衡水湖水體富營養化狀況及防治措施

2024年3月19日發(作者：關注留守兒童)

衡水湖水體富營養化狀況及防治措施

周振昉

（河北省衡水水文水資源勘測局，河北 衡水 053000）

摘要：衡水湖是華北平原具有獨特自然景觀的國家級濕地和鳥類自然保護區，富營養化問題

是衡水湖面臨的一個主要問題。對衡水湖水體的主要營養物質氮、磷等水質參數的影響及循

環特征進行了分析，對水體的營養狀況進行了評價，得出結論：衡水湖水體營養狀況為富營

養，但

基本呈逐年減輕的趨勢，并提出了富營養化治理措施。

關鍵詞：衡水湖；水體；富營養化；

趨勢分析

衡水湖位于河北省衡水市的冀州與桃城區之間，原是一片自然緩洪滯瀝洼地，是冀州、

棗強、南宮、新河、廣宗、威縣等地瀝水的歸宿處，面積達幾十萬畝，因而被稱為千頃洼

[1]

。

衡水湖控制流域面積1654 km

2

，分布有5條匯流河(渠)道，這些河(渠)分別是冀呂渠、冀午

渠、冀棗渠、冀南渠、西沙河。汛期降雨產生的徑流通過幾條河(渠)匯流至衡水湖。

2000年7月，河北省人民政府批準建立衡水湖濕地和鳥類自然保護區，面積達18787hm

2

。

2003年6月，國務院批準衡水湖晉升為國家級自然保護區，是華北平原目前唯一的國家級濕

地和鳥類自然保護區，具有獨特的自然景觀。衡水湖也是衡水市重要的水源地，其供水安全

性與該區生態環境功能建設密切相關。

水體的富營養化是由于受到生活污水、工業廢水、農灌排水、降雨徑流等的污染，使水

體中營養鹽濃度過高從而造成水體從生產力低的貧營養狀態逐步向生產力高的富營養狀態變

化，促使藻類等浮游生物和低級水生植物異常增殖而造成的。富營養化問題也是衡水湖面臨

的一個主要問題。

為研究衡水湖水質變化情況，選取衡水湖洼內（閘上）、冀縣（閘下）、小庫（閘上）三

個水質監測站點2006年～2010年5年來的常規監測數據作為評價依據。這3個站點分別位

于衡水市彭杜鄉大趙村、冀州市冀州鎮南關村及冀州市魏屯鄉魏屯村。衡水湖洼內（閘上）

采樣點2006年監測6次（雙月監測），2007年監測8次（2～8月雙月監測、9～12月每月監

測），2008～2010年每年監測12次（每月監測），冀縣（閘下）、小庫（閘上）2006～2010年

均每年監測6次（雙月監測）。該數據均由河北省水環境監測中心衡水分中心監測，所監測的

水質資料能基本反映衡水湖的水質情況。為了凸顯年際變化規律，將斷面年均值作為分析衡

水湖富營養化狀況采用的數據。

1水體中氮、磷等水質指標的影響及循環

1.1 水溫

水的理化性質與水溫有密切關系。水中溶解性氣體如O

2

、CO

2

等的溶解度，水中生物和微

生物的活動，鹽度、PH值等都受水溫變化的影響。水溫是影響水體自凈作用的因素之一。

水溫升高會引起水的多種理化性質的變化，其中最受關注的是水中溶解氧的變化。研究

表明，水溫與溶解氧的相關系數相當高（有三個水庫的數據表明，相關系數高達0.87～0.98）。

當水溫從0℃升高到40℃時，水溫與DO含量呈負相關。水溫每升高6oC～10oC，DO值要減少

0.5～3.0mg/L。此外，水溫升高導致水體密度下降，水色變濁，透明度降低，水質礦物化加

強；加快各種化學反應的速度；增加水體氨、氮、氯及重金屬的毒副作用；使總磷、總氨含

量偏高，加重水體的富營養進程

[2]

。

1.2溶解氧

溶解氧是水體與大氣交換或經化學、生物化學反應后溶解于水體中的分子態氧。潔凈的

地面水溶解氧一般接近飽和。當藻類繁殖時溶解氧可呈過飽和。如水體受有機或無機還原性

物質污染可使溶解氧降低。當大氣中的氧還來不及補充時，水中溶解氧逐漸降低，以致趨近

于零，此時厭氧菌繁殖，水質惡化。

溶解氧對水質的影響：水體溶解氧影響水質及底泥的氧化還原件。溶解氧含量高，水質、

底泥呈氧化狀態；溶解氧含量低，呈還原狀態。隨著氧化還原反應的進行，水質物質的存在 形

式及遷移能力改變。水庫水體溶解氧含量較高，飽和度在90%以上，有利于氧化反應進行

[3]

。

溶解氧影響好氧、厭氧微生物的活動與分布。溶解氧含量高，好氧生物發展，氧化分解

有機物比較迅速，最終產物為C0

2

、H

2

O、N0

3

、S0

4

、P0

3

，對生物無害；溶解氧含量低，厭氧性

微生物生長，分解有機物速度慢，產物多為還原態，如H

2

S、NH

3

、CH

4

等，對水生生物有毒害

作用或不良影響

[4]

。

溶解氧變化間接影響pH值，使含鈣、鎂、鐵、錳等鹽類沉淀或溶解。

1.3高錳酸鹽指數

富營養化水體在強烈的光合作用下產生大量的有機體，使水體的化學耗氧量明顯增高。

高錳酸鹽指數與溶解氧有著密切的關系，是水體受還原性無機和有機物污染程度的一項綜合

指標。

1.4氮和磷

氮和磷都是水中生物的主要營養物質。

水體中的氮以有機氮和無機氮的形態出現。其中無機氮包括氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽

氮等。當水體中溶解氧含量充沛，pH值在7.5以上，水溫適宜時，有機氮經水解作用部分降

解，部分轉化為氨氮；氨氮在自養性的亞硝化桿菌作用下一部分被降解，一部分被氧化成為

亞硝酸鹽氮：

NH

4

+

+3/2O

2

→NO

2

-

+2H

+

+H

2

O

亞硝酸鹽氮在硝化桿菌作用下，同樣被部分降解，部分氧化為硝酸鹽氮：

NO

2

-

+1/2O

2

→NO

3

-

當水體中溶解氧虧損到一定程度時，硝酸鹽氮被反硝化細菌作用，部分還原成亞硝酸鹽

氮，放出氧為其他耗氧物質所利用，部分成為氮分子進入大氣；亞硝酸鹽氮由于同樣的原因，

部分還原成氨氮，部分作為非離子氨的氣體逸出。硝化反應最適宜的溫度是15～25℃之間，

最適宜的pH值為6.5～8.0（中性或弱堿性環境），如水溫和PH值不適宜時，硝化作用不明

顯，反應時間將大大推遲

[5]

。氨氮由浮游生物死亡的有機腐殖質而產生，而氨氮、亞硝酸鹽

氮和硝酸鹽氮又為浮游植物所吸收，從而完成一個循環。通過對衡水湖水體的監測結果分析

可知，衡水湖水體的pH值除極個別測次外，全年在8.0以上，處于堿性環境，有利于硝化作

用的進行。衡水湖水體無機氮主要以氨氮和硝酸鹽氮的形式存在，亞硝酸鹽氮的含量較低。

天然水體中的磷含量不高，因此它往往是限制水體生產力發展的因素之一。細胞的新陳

代謝過程都需要磷。天然水和廢水中，磷幾乎都以各種磷酸鹽的形式存在，包括正磷酸鹽、

縮合磷酸鹽（焦磷酸鹽、偏磷酸鹽和多磷酸鹽）和有機結合的磷酸鹽。它們存在于水體中、

腐殖質粒子或水生生物中。

溶解于水中的磷酸鹽是水生生物的主要養料。因此當水體中氮含量充分時，只要正磷酸

鹽磷的濃度達到0.015mg·L

-1

，就會出現“藻華”現象，引起水體富營養化，造成水體缺氧，

水質惡化。藻類死亡，又使水體中的氨氮濃度升高。

單位水體中氮、磷的循環如圖1。

有機氮

死

亡

分

解

無機氮

吸

收

死

排

泄

水生植物

吸收

捕食

磷

水生動物

死亡

死排泄

圖1 單位水體中氮、磷的循環模式圖

2010年衡水湖水體pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數及氮、磷監測結果見表1。

表1 2010年衡水湖水體溶解氧、氮、磷監測結果

監測時間

pH值

溶解氧

(mg·L

-1

)

1月

8.5

10.8

7.2

(mg·L)

-1

2月

8.3

7.2

5.9

0.16

3月

8.5

9.7

8.1

0.39

0.006

0.19

1.74

0.07

3月

3月

4月

8.4

7.1

6.4

0.20

5月

8.6

8.5

6.1

0.10

6月

8.0

6.3

7.8

0.13

7月

8.8

10.9

8.2

0.13

8月

8.8

3.6

8.1

0.23

9月

9.2

5.1

7.2

0.17

10月

9.3

4.2

8.2

0.24

11月

8.8

6.4

8.3

0.38

12月

8.4

6.1

7.2

0.13

洼

高錳酸鹽指數

內

氨氮

(mg·L

-1

)

亞硝酸鹽氮

0.22

0.022 0.011

(mg·L)

-1

-1

硝酸鹽氮

(mg·L)

0.49

0.036 0.008 0.006 0.005 0.007 0.009 0.011 0.009 0.008

0.20

1.06

0.13

4月

8.8

5.0

7.4

0.25

0.008

0.23

0.961

0.03

4月

8.5

7.7

9.5

0.23

0.011

0.28

1.48

0.03

0.55

1.14

0.05

5月

5月

0.33

1.43

0.05

6月

9.3

5.9

11.1

0.43

0.008

0.43

1.99

0.16

6月

8.4

5.5

11.4

0.45

0.008

0.17

1.81

0.13

3.00

0.04

9月

9月

0.33

2.05

0.20

10月

8.8

6.3

11.7

0.57

0.018

0.10

2.31

0.09

10月

8.2

3.8

7.3

0.39

0.022

1.37

3.06

0.06

1.96

2.54

0.04

11月

11月

0.19

1.42

0.02

12月

8.3

6.7

9.4

0.18

0.014

0.26

1.54

0.06

12月

8.0

8.1

7.7

0.19

0.012

0.24

1.84

0.07

0.28

0.862

0.02

2月

8.4

6.9

6.2

0.25

0.012

0.21

0.796

0.03

2月

8.3

5.1

6.5

0.19

0.015

0.32

1.26

0.15

總氮

(mg·L

-1

)

總磷

(mg·L

-1

)

監測時間

pH值

1.34

0.02

1月

0.586 0.935

0.03

7月

7月

0.07

8月

9.3

3.8

14.4

0.42

0.013

0.11

2.01

0.14

8月

8.6

5.1

10.9

0.51

0.023

0.15

1.34

0.54

冀

溶解氧

(mg·L)

-1

高錳酸鹽

指數

(mg·L

-1

)

氨氮

(mg·L

-1

)

亞硝酸鹽氮

(mg·L)

-1

-1

縣

硝酸鹽氮

(mg·L)

總氮

(mg·L

-1

)

總磷

(mg·L

-1

)

監測時間

pH值

1月

小

溶解氧

(mg·L)

-1

高錳酸鹽

指數

(mg·L)

-1

氨氮

(mg·L

-1

)

亞硝酸鹽氮

(mg·L)

-1

-1

庫

硝酸鹽氮

(mg·L)

總氮

(mg·L

-1

)

總磷

(mg·L

-1

)

2 衡水湖水質年際變化趨勢分析

衡水湖水體總磷、總氮、高錳酸鹽指數的年際變化趨勢如圖2～圖4所示。

2.1 總磷的年際變化趨勢

濃

度

(

m

g

/

L

)

0.90

0.80

0.70

0.60

0.50

0.40

0.30

0.20

0.10

0.00

2

年份

20092010

洼內

冀縣

小庫

圖2 衡水湖水體總磷年際變化趨勢

2.2 總氮的年際變化趨勢

濃

度

(

m

g

/

L

)

14

12

10

8

6

4

2

0

2

年份

20092010

洼內

冀縣

小庫

圖3 衡水湖水體總氮年際變化趨勢

2.3 高錳酸鹽指數的年際變化趨勢

濃

度

(

m

g

/

L

)

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

2

年份

20092010

洼內

冀縣

小庫

圖4 衡水湖水體高錳酸鹽指數年際變化趨勢

由圖2、3、4可看出，衡水湖水體的主要污染物質總磷、總氮、高錳酸鹽指數均呈逐年

下降的趨勢，但洼內站的變化較平穩。這說明衡水湖的水質狀況近年得到了一定程度的改善。

3 衡水湖富營養化狀況分析

3.1參數選擇

根據衡水湖水質監測的實際情況，富營養化程度評價因子選用總氮、總磷和高錳酸鹽指

數3個參數。評價因子的監測結果見表2。

表2 2006～2010年衡水湖各監測斷面高錳酸鹽指數、總氮、總磷監測結果

監測時間

洼

高錳酸鹽指數(mg·L)

總氮(mg·L)

內

總磷(mg·L)

監測時間

冀

總氮(mg·L)

縣

總磷(mg·L)

監測時間

小

總氮(mg·L)

庫

總磷(mg·L)

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

2006

9.9

3.26

0.06

2006

-1

2007

8.8

2.26

0.07

2007

8.6

3.65

0.20

2007

11.5

12.4

0.84

2008

8.6

1.51

0.06

2008

9.8

1.82

0.18

2008

10.4

4.59

0.28

2009

9.0

1.51

0.04

2009

9.2

1.82

0.10

2009

10.6

2.62

0.12

2010

7.4

1.51

0.06

2010

10.0

1.60

0.08

2010

8.9

1.80

0.16

高錳酸鹽指數(mg·L) 12.1

3.92

0.37

2006

高錳酸鹽指數(mg·L)

-1

16.4

8.74

0.50

3.2評價標準及方法

評價標準分為三級，即貧營養、中營養和富營養。在0～100分范圍內分別賦予各參數評

分值，評分值越高說明水體的富營養化程度越嚴重。3個評價因子按不同的濃度賦予評分值。

評分標準見表3

[6]

。

評價方法：首先將選定的評價參數依相應的評分標準求得各項參數的評分值，按下面公

式求出總評分指數，然后根據總評分指數對照評分分級標準，確定其富營養化程度。計算公

式如下：

1

n

M?

?

M

i

n

i?1

式中：M—水體營養狀態評分指數；M

i

—第i項評價參數的評分值；n—評價參數的個數。

表3 營養化評分與分級標準

營養程度 評分值（M）

10

20

30

中營養 40

50

60

70

富營養 80

90

100

分級標準

總磷(mg·L)

0.0011

0.004

0.01

0.025

0.05

0.1

0.2

0.6

0.9

1.3

-1

總氮(mg·L)

0.02

0.05

0.1

0.3

0.5

1

2

6

9

16

-1

高錳酸鹽指數(mg·L)

0.1

0.4

1

2

4

8

10

25

40

60

-1

貧營養

3.3 評價結果

衡水湖水體富營養化程度評價結果見表4。從富營養化程度評價結果看，衡水湖水體的

氮、磷含量豐富，營養程度為富營養。三個監測斷面中，小庫的富營養化程度最為嚴重，洼

內的富營養化程度相對較輕。高錳酸鹽指數、總磷、總氮均不同程度影響衡水湖的富營養化

狀態。

表4 2006～2010年衡水湖水體富營養化程度評價結果

洼

內

冀

縣

小

庫

年份

評分值

富營養化程度

年份

評分值

富營養化程度

年份

評分值

富營養化程度

2006

60

富營養

2006

70

富營養

2006

73

富營養

2007

60

富營養

2007

67

富營養

2007

80

富營養

2008

57

富營養

2008

60

富營養

2008

70

富營養

2009

53

富營養

2009

60

富營養

2009

67

富營養

2010

53

富營養

2010

60

富營養

2010

60

富營養

3.4 趨勢分析

從富營養化程度評價結果看，近年來衡水湖水體的富營養化程度有一定程度的改善，基

本呈逐年減輕的趨勢。尤其是洼內站，營養程度近年已接近中營養。這與前述衡水湖水體總

磷、總氮、高錳酸鹽指數的年際變化趨勢的分析結果是一致的。分析原因應為近年衡水市水

環境保護意識增強及對衡水湖周邊環境、污水排放等治理力度加大，使衡水湖水質有了一定

程度的改善。

4 衡水湖富營養化治理的幾點措施

水體富營養化會造成湖內水生植物過度生長，生態平衡受到影響。為此應繼續加大衡水

湖水環境的治理力度，人為干預以抑制水生植物的過度生長。為此可采取以下措施：

4.1 繼續采取有力措施，嚴格控制工業廢水和生活污水的排放。

4.2 加強周邊的水土保持工作，減少周邊農田殘留農藥、化肥等污染物隨降雨徑流排入湖中。

4.3 研究并實施生物防治氮、磷等營養物質污染及富營養化的技術。

4.4 對水生植物進行人工清除，使部分氮、磷等營養物質退出水循環，從而降低水體中的營

養鹽含量，抑制水生植物的過度生長。

4.5 適時清除底泥，有效清除底泥中的營養鹽類物質，抑制水生植物的過度生長。

參考文獻：

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