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衡水湖水体氮磷变化规律及富营养化现状分析

水科学与工程技术2014年第5期

衡水湖位于华北平原南部河北省衡水市境内，地处黑龙港流域中西部，地理位置在东经115°30′～

115°40′，北纬37°33′～37°40′之间，属于典型的浅水型

湿地湖泊，具有蓄洪、防涝、供水、景观、旅游、调节当地小气候、降解环境污染等多种功能。随着衡水市社会经济的快速发展，人们加大了对衡水湖的保护利用。由于衡水湖的水体较浅且交换不畅，植物体腐烂分解等原因，使衡水湖出现了富营养化、生物多样性减少等一系列环境问题。研究表明，氮和磷是浮游植物生长所需的营养元素，对藻类生长起促进作用，是造成水体富营养化的主要影响因子［1-2］。采用2004～

2013年衡水湖水质监测数据，调查分析了衡水湖水

体氮、磷营养元素的变化规律及其污染来源、成因，对衡水湖水体的富营养化现状进行了分析评价，提出了衡水湖水体氮、磷污染的控制对策，为衡水湖的

保护治理提供一定依据。

1衡水湖蓄水量变化分析

衡水湖总面积75.0km 2，蓄水设计高程21.0m ，总

容积为1.88亿m 3。整个湖泊分为东、西两个湖区。其中东湖又被一条人工堤分为大湖和冀州小湖两部分，大湖面积32.4km 2，小湖面积10.1km 2，总容积1.23亿m 3，现有水域平均水深普遍在3～4m 。西湖面积

32.5km 2，容积0.65亿m 3，除有少量坑池沼泽或鱼塘

外，其余大部分被杂草覆盖。

衡水湖年平均降水量518.9mm ，年平均水面蒸发量（E601）1147mm ，地表径流水量很小，靠流域降水很难维持其稳定的水位，因此人工调水是维系衡水湖的主要水源。自1994年以来，引黄河水成为衡水湖

［收稿日期］2014-06-27

［作者简介］周振昉（1965-），男（汉族），河北饶阳人，工程师，主要从事水文水资源工作，（Tel ）159********。

The Hengshui Lake Water Body Nitrogen ，Phosphorus Change Rule and

Eutrophication Present Situation Analysis

ZHOU Zhen-fang

（Hengshui Bureau for Hydrology and Water Resources Survey of Hebei Province ，Hengshui 053000，China ）

Abstract ：The Hengshui lake is the North China Plain has the unique natural landscape state-level wetland and the birds nature protection area ，the eutrophication question is a main question which it faces.To the Hengshui lake water body main nutrients nitrogen ，the phosphorus pollution characteristic ，the origin ，the origin have carried on the analysis ，has carried on the appraisal to the water body eutrophication present situation ，finally indicated:The Hengshui lake water quality condition recent years was improved certain degree ，but the nitrogen ，the phosphorus pollution quite was still seri -ous ；The pollution degree winter ，the spring are light ，then summer fall season heavy ，eutrophication degree nutrition to mild ，moderate rich nutrition.

Key words ：the Hengshui Lake ；nitrogen ；phosphorus ；eutrophic

衡水湖水体氮磷变化规律及富营养化现状分析

周振昉

（河北省衡水水文水资源勘测局，河北衡水053000）

摘

要：衡水湖是华北平原具有独特自然景观的国家级湿地和鸟类自然保护区，富营养化是其面临的一个主要问题。

通过对衡水湖水体的主要营养物质氮、磷的污染特征、来源、成因分析以及对水体的富营养化现状进行评价，表明衡水湖的水质状况近年来得到了一定程度的改善，但氮、磷的污染仍相当严重，污染程度冬春季较轻，夏秋季节较重，富营养化程度从中营养到轻度、中度富营养。关键词：衡水湖；氮；磷；富营养化中图分类号：X703

文献标识码：B

文章编号：1672-9900（2014）05-0016-04

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污水处理

的主要水源补给方式。

衡水湖1994～2013年间

累计引黄（引岳）补水

9.24亿m3。

衡水湖1994～2013

年间历次引黄（引岳）

入湖水量如表1。

受引蓄黄河水和

集水区降水年际变化

等因素的影响，衡水湖

的蓄水量年际变化较

大。由于历次引黄一般

主要在11月～次年1月

份进行，所以2月份成

为衡水湖蓄水量最多

的月份，从3月份开始，

随着蒸发量和农业灌

溉用水的增加，衡水湖的蓄水量开始减少，水位开始持续下降，到11月引水前，水位达到一年中的最低水位。

衡水湖2004～2013年历年的最高水位、最低水位、平均水位与蓄水量如表2。

2衡水湖水质污染特征

2.1水质监测

为研究衡水湖水质变化情况，选取衡水湖湖内（闸上）、小库（闸上）、冀州（闸下）3个基本水质监测站2004～2013年的水质监测数据作为评价依据。这3个站点分别位于衡水市彭杜乡大赵村、冀州市冀州镇南关村及冀州市魏屯乡魏屯村。衡水湖湖内（闸上）采样点2004～2006年每年监测6次（双月监测），2007年监测8次（2～6月双月监测、8～12月每月监测），2008～2013年每年监测12次（每月监测），小库（闸上）、冀州（闸下）2004～2013年均每年监测6次（双月监测）。

2.2氮、磷污染特征

2.2.1氮、磷污染年际变化特征分析

以2004～2013年衡水湖各监测站实测水质数据进行分析，TP和TN历年变化趋势如图1～图2。

由图1可以看出：①湖内站TP：2006～2008年和2010年略高于Ⅲ类水质浓度限值，其余年份低于Ⅲ类水质浓度限值，多年来变化趋势不太明显。②小库站TP：2004～2008年均高于Ⅴ类水质浓度限值，其中2004年、2007年污染最为严重，2009～2013年高于Ⅳ类但低于Ⅴ类水质浓度限值。小库站TP浓度波动变化较大，2005～2007年呈逐年上升趋势，之后大体呈下降趋势。③冀州站TP：历年均高于Ⅲ类水质浓度限值，2004、2006年污染最严重，高于Ⅴ类水质浓度限值，2004～2006年波动变化较大，之后总体呈下降趋势。

由图2可以看出：①湖内站TN：2006、2007两年污染较严重，高于（湖、库）Ⅴ类水质浓度限值，其余年份高于Ⅳ类但低于Ⅴ类水质浓度限值。2006年污染最严重，其余年份波动变化不大。②小库站TN：除

表1衡水湖1994～2013年

历次引黄（引岳）入湖水量

单位：亿m3

时间入湖水量

1994.11.11～1995.01.210.1496

1995.11.03～1995.12.080.0889

1997.12.12～1998.01.220.7362

1998.12.03～1999.01.260.6861

1999.12.04～2000.01.170.7361

2001.12.17～2002.01.180.4209

2002.12.15～2003.01.290.5704

2003.09.23～2003.11.040.3991

2004.11.06～2004.12.300.6563

2005.12.05～2005.12.300.6334

2006.11.29～2007.01.040.6351

2008.02.04～2008.05.090.6456

2009.01.06～2009.02.040.5272

2009.10.07～2009.11.260.5677

2011.01.04～2011.04.110.6001

2011.11.23～2012.01.010.6863

2012.11.20～2012.12.250.5029

合计9.2419表2衡水湖东湖2004～2013年蓄水情况（水位为黄海高程）

年份

最高最低平均

日期/

月·日

水位/

蓄水量/

亿m3

日期/

月·日

水位/

蓄水量/

亿m3

水位/

蓄水量/

亿m3

200412.2920.93 1.197011.0919.430.572020.050.8210 200501.0120.93 1.197012.0519.160.464020.080.8336 200612.3020.94 1.202011.2419.340.536020.090.8378 200701.0120.94 1.202012.3119.360.544020.060.8252 200805.0920.450.989002.0519.290.516019.840.7360 200911.0120.89 1.178001.0719.470.588020.270.9134 201001.0120.76 1.119012.1419.500.600020.100.8420 201112.3120.80 1.136001.0119.510.604020.100.8420 201212.2520.87 1.169007.2619.480.592020.120.8504 201301.0120.87 1.169006.2919.880.752020.440.9848

图1衡水湖水体TP年际变化趋势

20042006200820102012

年份

湖内

小库

冀州

Ⅲ类标线

Ⅴ类标线

0.90

0.80

0.70

0.60

0.50

0.40

0.30

0.20

0.10

0.00

浓

度

（

）

20052007200920112013

图2衡水湖水体TN年际变化趋势

年份

湖内

小库

冀州

Ⅲ类标线14

浓

度

（

）

20042006200820102012

20052007200920112013

2010年低于Ⅴ类水质浓度限值外，其余年份均高于Ⅴ类水质浓度限值，2007年污染最为严重。小库站TN

浓度2004～2007年呈逐年上升趋势，之后总体呈下降趋势。③冀州站TN ：2006、2007年污染较严重，除2004年符合Ⅳ类水质标准，其余年份均高于Ⅳ类水质浓度限值或Ⅴ类水质浓度限值。冀州站TN 浓度2004～

2006年呈逐年上升趋势，之后大体呈下降趋势。

以上分析表明，多年来衡水湖湖内站TP 污染较轻，整体维持在Ⅲ类水质水平，小库站和冀州站则污染较重，尤其是2004年和2006、2007年超标严重。衡水湖各监测站TN 污染严重，多年来大致处于Ⅴ类或劣Ⅴ类水质，2006、2007年超标严重。2008年以来，由于引黄后蓄水量稳中见增，虽氮、磷的污染仍相当严重，但衡水湖的水质状况得到了一定程度的改善。

2.2.2氮、磷污染年内变化特征分析

2013年衡水湖各监测站总磷（TP ）、总氮（TN ）浓

度年内变化趋势如图3～图4。

通过分析可知，2013年湖内站的TP 浓度6、9月份较高，超Ⅲ类水质浓度限值，其余月份均符合Ⅲ类水质标准，年内波动变化较大，1～9月总体呈波浪上升的趋势；小库站的TP 浓度8月份最高，超Ⅴ类水质浓度限值，2～8月基本呈现升高的趋势，8～12月则呈降低的趋势；冀州站TP 浓度6月份最高，超过Ⅳ类水质浓度限值，之后基本呈下降趋势。

衡水湖各监测站2013年年初的TN 浓度都非常高，2月份湖内、小库、冀州站分别超Ⅴ类水质标准

1.5，1.5，1.1倍，之后除小库站4月份和6月份超过Ⅴ类

水质浓度限值外，其余均未超过Ⅴ类水质浓度限值。湖内、小库站2013年的TN 总体呈下降的趋势，冀州站

4月份以后则略呈上升的趋势。2.2.3

氮磷比

氮、磷浓度的比值与藻类增殖有密切的关系。据资料显示，当湖水的TN 、TP 浓度比值在10～15时，藻类生长与氮磷比值成直线相关；当湖水的TN 、TP 浓度比值在12～13时，藻类增殖速度最快［3］。若TN 、TP 浓度之比小于或大于此值，则藻类生长会受到一定限制。

2011～2013年衡水湖各监测站的氮磷比（TN 、TP

浓度为相同月份的平均值）如表3。

如果湖泊的TN 、TP 浓度比值>14，则通常认为磷是限值性因素。由表1可知，这3年间湖内站代表水域的氮磷比在18～90之间，多数时间远超过此值，可见此水域是磷限值性水域。而小库站代表水域的氮磷比在10～42之间，且夏、秋高温季节在10～16之间，这个范围的比值正适合藻类的繁殖，致使每年的7、8月

份均发生大面积“水华”。冀州站代表水域的氮磷比在15～86之间，6月、12月接近14，多数时间也远超过

14，基本上是磷限值性水域。

3衡水湖富营养化评价

衡水湖水体的富营养化问题是衡水湖面临的一

个主要问题，多年来历次评价结果营养程度均为富营养［4-7］。作为南水北调工程规划中的一个调蓄水水源地，应对衡水湖水体的富营养化给予足够重视。

采用综合营养状态指数法，以透明度（SD ）、高锰酸盐指数（COD Mn ）、总磷（TP ）、总氮（TN ）等5项指标为主，对衡水湖水体进行富营养化评价。评价结果如表4。

图3

2013年衡水湖水体TP 年内变化趋势

123456789101112

月份

湖内小库冀州

0.25

0.200.150.100.050.00浓度/（m g /L ）

图42013年衡水湖水体TN 年内变化趋势

123456789101112

月份

湖内小库冀州

6.005.004.003.002.001.000.00

浓度/（m g /L ）

表3

衡水湖各监测站氮磷比

站名月份

TN/（mg/L ）TP/（mg/L ）TN/TP 湖内

1～4 1.49～4.910.02～0.0761～905～120.91～1.840.04～0.0618～37小库

2～4 2.84～4.660.1126～426～12 1.95～3.120.12～0.3010～23冀州

2～4 1.20～4.290.04～0.0530～866～12

1.14～

2.04

0.0～70.12

15～20

从富营养化程度评价结果看，湖内站冬、春季污染程度较轻，富营养化程度为中营养，夏秋季节污染程度较重，为轻度富营养。小库站污染程度较重，全年均为中度富营养。冀州站与湖内站类似，冬、春季污染程度较轻，富营养化程度为中营养或轻度富营养，夏秋季节污染程度较重，为中度富营养，但总体而言要比湖内站富营养化程度严重。该结果与氮磷比的分析结果基本一致。

4衡水湖氮、磷污染原因分析

4.1工业污染

虽然衡水湖严禁一切形式的排污，但在小库上游的冀码渠上仍有化肥厂、化工厂的部分排污口。平日进水闸关闭，污水不能进入湖区，一旦上游来水，所有积存在河道内的污水会汇入小库，造成鱼类大量死亡，对库内水质影响严重。另外，企业生产产生的烟尘和工业废气中的颗粒落入湖内，也会造成污染。

4.2生活污染

衡水湖湖中心的顺民庄、梅花岛等地的生活污水直接排入湖内，生活垃圾没有进行统一的收集和处理，随风漂迁或水冲刷后进入湖内，对湖水造成了一定的污染。

4.3农业面源污染

衡水湖周边土地利用以农业和林果生产为主。化肥（主要为磷肥和氮肥）和农药的大量使用，导致湖区周边农田里的营养盐随降雨产流汇入湖中，面源污染日趋严重。

4.4养殖污染

衡水湖的网箱、拦网养鱼曾广泛分布于东湖大库中南部及小库内，主要养殖鲤鱼、鲢鱼等杂食性品种，以人工投饵饲养。这些饵料中含有大量的氮、磷营养物质，这些营养物质有的直接被水溶解影响水质，有的以排泄物形式进入水体，有的形成污泥给二次污染带来内源。湖区周边人们的放养等活动也大多数采用饲料喂养，再加上饲养物本身的排泄物，加重了湖水污染。

4.5引水污染

衡水湖自然水源补给严重不足，跨流域调水是衡水湖水源的唯一保障方式。“引黄济冀”已开展近20年，引水路线经过几次调整优化，但沿线上仍存在多点污染源；引水途经枣强县城和“皮毛之乡”大营镇，城内生活污水及皮毛洗染废水直接或间接排入引水渠道进入衡水湖；引水途经广大农村地区，沿途农民利用河床内大片植物资源放养牲畜，牲畜排入河床的废物等含有的氮、磷等营养物质溶进土壤后会随黄河水的冲刷逐渐进入衡水湖。

参考文献：

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［7］周振昉.衡水湖水体富营养化状况及防治措施［J］.南水北调与水利科技，2012，10（1）：90-93.

表42013年衡水湖富营养化评价结果

站名月份综合营养状态指数营养状态水质定性评价

湖内2、4、541.79～49.35中营养良好6～1153.49～57.21（轻度）富营养轻度污染1249.10中营养良好

小库2、6、8、10、1260.15～65.32（中度）富营养中度污染

冀州

254.78（轻度）富营养轻度污染449.18中营养良好659.36（轻度）富营养轻度污染8、1060.64～62.47（中度）富营养中度污染1256.73（轻度）富营养轻度污染