海水富营养化指标 氮磷含量的浓度

富营养化综合防治调控指标探讨
李锦秀 廖文根
中国水利水电科学研究院水环境研究所
摘要：通过分析富营养化发生机理,提出富营养化防治的主要调控指标,在常规富营养化控制性水质指标基础上,引入了临界水流流态概念.建议建立一套包括水质和水流流态等富营养化综合评价指标体系的设想,对湖泊水库富营养化进行多目标防治研究.
关键词：富营养化 营养盐 临界流态 综合防治
前言
富营养化问题是当今世界面临的最主要水污染问题之一,我国在经济持续高速增长的同时,所带来的最大负效应就是环境污染日益严重,大江大河及湖库水环境质量日趋恶化.国家环保总局在"八五"期间把我国的水污染治理重点放在三江、三湖,尤其是对两大淡水湖泊太湖和滇池的富营养化治理过程中,从地方到*极其重视,投入大量人力物力进行污染治理.但是,湖泊富营养化的治理成效不是十分理想.
湖泊富营养化化的发生、发展是多因素共同作用的结果,本文通过分析富营养化发生机理,提出富营养化防治的主要可调控指标,在常规营养盐控制性指标的基础上,引入了临界水流流态概念.以期通过开展对富营养化发生的机理性判别指标进行深入研究,为富营养化综合、有效防治措施的制定提供科学依据.
1．富营养化发生机理初步分析
提到富营养化,普遍想到的就是营养盐总磷、总氮超标.诚然,总磷总氮等营养盐是发生富营养化的必要条件.如果水体中总磷总氮浓度很低,不可能发生富营养化；但是,反之则不然,水体中总磷总氮浓度的升高,并不一定能发生富营养化问题.富营养化发生发展是由于水体整个环境系统出现失衡,导致某种优势藻类大量繁殖生长的过程.因此,了解富营养化的发生机理和发生条件,实质上需要了解的是藻类生长繁衍的过程.尽管对于不同的水域,由于区域地理特性、自然气候条件、水生生态系统和污染特性等诸多差异,会出现不同的富营养化表现症状,也即出现不同的优势藻类种群,并连带出现各种不同类型的水生生物种类的失衡.但是,富营养氧化发生所需的必要条件基本上是一样的,最主要影响因素可以归纳为以下三个方面：
（1）总磷、总氮等营养盐相对比较充足；
（2）缓慢的水流流态；
（3）适宜的温度条件；
只有在三方面条件都比较适宜的情况下,才会出现某种优势藻类"疯"长现象,爆发富营养化.其中的水流流态主要指以流速、水深为要素的水流结构.
富营养化的防治过程,实质上就是通过调节诱发富营养化发生的主要控制性条件,遏止富营养化发生.由于温度要素是大气候形成的自然结果,目前尚无力通过人工措施调节局部水域的气候条件,也就是说,只能通过对要素一营养盐水平和要素二水流流态的调节来控制富营养化的发生.
2．富营养化单目标污染控制进程缓慢
在以往的富营养化治理与防御过程中,人们在认识和观念上,往往把主要侧重点集中在对富营养化发生的第一要素,即控制水体营养盐浓度上,而轻视了对其它要素的调控.在国内外判别富营养化发生的条件中,也只有营养盐、水生动植物和透明度等评判指标,并制定了国家或地方水质标准和富营养化分级判别标准,以此作为水质评价和水污染治理的唯一依据.但对于富营养化发生的第二要素流态,尚无定量化的判别标准和依据.
无可否认,富营养化治理的最终目标,通过控制污染源,使水体中营养盐浓度不超过优势藻类大量繁衍的临界浓度,维持生态系统的良性循环.但是,由于我国湖泊或水域富营养化已经十分严重,水体中的营养盐浓度超过富营养化发生临界浓度标准的几倍以上的现象十分普遍,如果仅仅通过控制营养盐污染源,降低湖库营养盐浓度来防治水体富营养化的发生,其过程将是相当漫长的,主要原因如下：
（1）营养盐来源比较广,短时段内难以控制
湖泊水库作为开放式系统,湖库周围通常有大量农田径流或则河道径流汇入,大量湖库污染源调查资料显示,面源是营养盐的重要来源之一.由于面源分布广,污染控制难度很大,目前,我国的水污染控制尚以控制点源为主.另外,对于大型湖泊如太湖、滇池等,底泥淤积比较严重,而底泥中通常含有大量的营养盐,底泥污染治理难度较大.因而,在短时段内,营养盐来源控制难度较大.
（2）河道与湖泊营养盐控制标准差别很大
在地面水环境质量标准中,对于营养盐水质指标如TP而言,同样的三类水标准,河道中的标准浓度值为0.1mg/l,湖泊中的标准浓度值为0.025mg/l,河道中三类水标准浓度值比湖泊的相应标准浓度值高四倍.即使在河道中通过污染源治理,水体浓度达到三类水标准浓度值,流入湖泊以后,也超过了湖泊的四类水水质标准浓度值,更何况,在对河道进行污染源总量控制或功能区达标控制的污染源治理过程中,目前我国通常仅将有机污染指标COD和氨氮作为河道控制性水质指标,很少考虑到控制营养盐如TP浓度.
（3）水污染处理工艺复杂
受国内外污水处理工艺技术限制,目前我国已经建成运行或者正在规划设计的城市污水处理厂,普遍只考虑有机污染指标的去除效果,以有机污染指标CODmn和BOD5去除效果作为水质处理效果的评价指标,若要考虑脱氮脱磷,则处理工艺通常需要改进,处理成本也将成倍增加.
由于以上几方面不利条件的影响,导致总磷总氮等污染源控制难度很大、进程十分缓慢,我国富营养化治理成效不大.
3．水流流态在富营养化治理与防治中的作用和地位
（1）临界流态富营养化治理过程中的作用
目前,我国水体污染十分严重,即使在水质比较好的长江江段,总磷总氮的浓度普遍比较高,如在长江中上游的三峡库区江段及其重要支流嘉陵江和乌江,总体水质良好,但是,断面平均总磷浓度普遍在0.1mg/l-0.2mg/l左右,接近湖泊和水库五类水质标准,也就是说,水体中的营养盐浓度水平已经达到了湖库发生富营养化的水平.之所以在长江干流尚未出现富营养化问题,主要是长江水流比较急,不能满足湖泊富营养化发生的缓慢的水流流态条件.而初步分析2000年在长江一级支流乌江和汉江相继发生富营养化的现象表明,乌江和汉江营养盐含量常年比较高,遇到枯水季节,随着水流流态的改变,河道出现低流速区,为富营养化发生发展提供有利的水流结构.因此,在判别富营养化发生的过程中,流态是一个十分关键的判别条件.
近年来,随着我国湖泊富营养化的日趋严重,在太湖、滇池纷纷采取水利工程措施,通过引水, 调节湖库出入水量,加速湖泊换水周期,控制湖泊富营养化,取得了一定成效.其实,调水的目的,一方面通过引入比较清洁的水体,增加湖泊的稀释容量,另一方面,也是最主要的目的,是通过引水,意在改变湖泊原有不利的湖流流态结构,加速湖体水循环周期.如果在利用水利工程措施,进行湖泊调水试验过程中,从湖泊富营养化发生的机理出发,通过深入研究,提出不同营养盐水平条件下,富营养化发生的临界流态条件,以此作为湖泊引水调度时的参考依据,想必将会取得事半功倍的效果.
（2）临界流态在富营养化防治过程中的作用
由于湖库富营养化问题通常呈现发展快、危害大、治理难等特点,对富营养化进行预防性研究是控制富营养化发生、发展的最有效办法.以大型水利工程三峡水库为例,水库蓄水以后,改变最大的就是库区水流流态结构.研究表明,三峡水库建成以后,枯水期在蓄水位175m条件下,预测库区断面平均总磷总氮浓度在0.1mg/l-0.2mg/l,总氮浓度在3mg/l左右,与天然河道浓度含量相当.但是,水库建成以后,坝前深水区断面平均流速只有0.04m/s,比天然河道断面平均流速减小将近5倍左右.在天然河道状况下,由于河道流速比较大,三峡库区江段尽管总磷总氮浓度比较高,尚未出现富营养化问题.水库建成以后,随着水流流态结构的变化,库区是否诱发富营养化,这也涉及到富营养化发生的临界流态判别条件问题.三峡库区一级支流乌江和汉江出现的富营养化现象,无不给人警示.如果通过大量机理性研究,找出在不同营养盐水平条件下,富营养化发生的临界流态判别条件,将为三峡水库或其它水域的水流调度和富营养化防治研究提供关键性的科学依据.
4．结论
综合分析富营养化发生机理、发生条件,以及富营养化综合治理与防治出发,对富营养化发生的临界流态进行深入研究,具有重大的理论意义和实用价值.在未来水域富营养化评价指标体系中,建议通过研究,给出不同营养盐水平下,富营养化发生的临界流态阀值,建立一套综合反映富营养化发生、发展,包括营养盐和水流流态等的临界判别指标体系,结合以往以控制污染源为主要富营养化防治措施的基础上,充分发挥水利工程调度优势,研究富营养化综合防治对策,以期尽快遏止我国富营养化的发展态势.