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摘要：采集开封市湖泊水样46个，利用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-MS）测定水体中重金属V、Ni、Cd、Pb、Co、Cu、Zn、Cr的含量，利用连续流动分析仪法测定水体中氨氮及磷酸盐含量，应用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数分别评价开封市湖泊水质污染特征。结果表明，湖泊中主要污染因子浓度范围：钒1.67～6.61μg/L，铬0.78～1.10 μg/L，钴0.58～1.10μg/L，镍2.89～7.53μg/L，铜3.10～12.58 μg/L，锌6.00～48.66μg/L，镉0.17～0.78μg/L，铅0.16～4.67μg/L，氨氮50.71～496.14μg/L，磷酸盐129.00～153.17μg/L，以国家地表水环境质量Ⅲ类标准为评价基准，综合污染评价结果显示湖泊水质为无污染，但人类活动已对水体中重金属含量产生影响，应引起当地环保部门的重视。
关键词：湖泊；重金属；磷酸盐；氨氮；污染评价
中图分类号： X522；X824 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.11.027
开封市位于河南省中部偏东，坐落于广袤的豫东平原之上，是黄河冲积扇平原的尖端，其水域面积较大，素有“北方水城”之美誉，境内多河流、湖泊，主要湖泊有：包公湖、龙亭湖、铁塔湖、西北湖、汴西湖（2015年蓄水）等湖，水系相通，湖域面积占城区面积的四分之一。开封市作为首批24座历史文化名城，全国先进旅游城市，城市环境质量已成为制约其发展的主要因素。近年来，开封市旅游业发展迅速，年均接待海内外游客增长率以超过10%的比率递增，仅2012年，接待海内外游客人数为4416.20万人次，2012年比2011年增长13.2%；旅游产业已成为开封市支柱性产业，仅2012年旅游总收入达180.50亿元，占全市总GDP的14.9%。开封市区湖泊水体环境质量已经成为影响开封城市环境质量的重要因素。本文在湖泊水质采样与分析的基础上，采用内梅罗综合污染指数法对开封境内湖泊进行分析与评价，旨为合理利用地表水资源、加强污染防治提供有力的数据支持。
1材料与方法
1.1 样品采集
水样采集于2011年3月，共获得湖泊水样46个：其中，西北湖（LX）9个，潘家湖（LP）7个，杨家湖（LY）6个，包公湖（LB）7个，铁塔湖（LT）7个；同时在开封市饮水水源地黑池（LH）和柳池（LL）各采集水样5个作为对照样。采样器为瓶式深水采样器（江苏金坛ETC-1）。样点按照以下原则进行采集：湖泊的样品要在湖边，湖中心也有分布，在污水排放口、有生活垃圾排放地增加采集点。水样的保存：采集到的瞬时水样，现场记录其水体的表观特征，如水温、pH值后，立即将其转移入洁净的聚乙烯瓶内，并加入优级纯浓HNO3使其pH<2，密封保存，带回实验室低温保存待测。
1.2 样品测定
采集后的水样经过0.45μm的微孔滤膜过滤，使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS，X Series2，美国热电）测定水样中的V、Ni、Cd、Pb、Co、Cu、Zn、Cr等重金属含量；利用连续流动分析仪（AA3，德国SEAL）测定氨氮、磷酸盐等。实验过程中所使用硝酸均为优级纯，实验用水均为超纯水。所有器皿均用体积分数10%的硝酸浸泡过夜，用超纯水冲洗3～5次，在烘箱中烘干备用。
1.3 评价方法
单因子污染指内梅罗综合污染指数法及评价标准按照文献[1-4]开展分析，依据开封市水体功能区划，本研究采用地表水环境质量标准（GB3838-2002）[3]中的Ⅲ类水为标准：V≤50μg/L；Cr≤50μg/L；Co≤1000μg/L；Ni≤20μg/L；Cu≤1000μg/L；Zn≤1000μg/L；Cd≤5μg/L；Pb≤50μg/L；氨氮≤1000μg/L；磷酸盐≤150μg/L。
2 结果与讨论
2.1 湖泊水中重金属及氨氮、磷酸盐含量
开封市湖泊水中重金属及氨氮、磷酸盐含量结果见表1。由表1可知，湖泊中不同污染因子的变化顺序为V：LT>LP>LB>LY>LX>LH>LL，Cr、 Co：LP>LY>LT>LX>LB>LH>LL， Ni：LP>LB>LY>LT>LH>LX>LL，Cu：LP>LB>LY>LX>LT>LL >LH，Zn：LP>LB>LX>LY>LT>LL>LH，Cd：LP>LB>LY>LX>LT>LH>LL，Pb：LB>LP>LY>LT>LX>LH>LL，氨氮：LT>LY>LL>LB>LH>LX>LP，磷酸盐：LY>LB>LX>LT>LP>LL>LH，综上所述，潘家湖水样中元素Cu、Zn、Ni、Cd、Cr、Co的含量高于其他湖泊，其次是包公湖，大部分市区湖泊水中重金属元素含量高于黑池、柳池，这可能与湖泊所处位置有关，潘家湖位于开封城内南北交通中枢干线中山路北段龙亭公园主干道东侧，周边有龙庭公园、清明上河园、翰园碑林、天波杨府等公园，人流量，车流量较多，同时潘家湖东侧居住着大量原住居民，可能与居民的休闲娱乐有关。黑池，柳池为开封市饮用水源地，频临黄河，远离人类活动干扰，重金属外源性输入较少，因此，黑池和柳池水中重金属含量相对较低。通过以上分析可知开封市区湖泊水体已受到不同程度人类活动扰动。氨氮和磷酸盐的来源比较复杂，因此变化规律不甚明显，原因有待进一步分析。
由表1还可以看出，所研究的湖泊水体中除氨氮的变异属于中等到强变异，变异系数为0.23～1.12外，其他污染因子基本上都属于弱到中等变异，变异系数范围为0.02～0.54，表明湖泊水体的空间分布均匀，差异不大。氨氮的变异系数变化较大，其中潘家湖和杨家湖的水体的氨氮属于强变异，变异系数分别为1.07和1.12，这可能与湖泊周边人类活动不同有关。
2.2 开封市地表水重金属及氨氮、磷酸盐污染评价 选用GB3838-2002中的Ⅲ类水作为标准，分别计算各湖泊中重金属、氨氮及磷酸盐的单因子污染指数Pi，计算结果见表2。由表2可知，除磷酸盐外，各污染因子的 Pi均小于1，说明开封市地表水中重金属、氨氮含量符合国家Ⅲ类水标准。西北湖和杨家湖水中的平均Pi微高于1，表明这些水体已出现轻微富营养化现象，磷酸盐的超标水体主要是位于开封市老城区的湖泊，可能是由于城镇居民排放的生活垃圾、生活污水及和某些工商业废水（如屠宰、食品、造纸、停车场等）所致。
分别计算各样点的内梅罗综合污染指数P，结果见表2，由表2可知，各湖泊的P值均小于1，属于无污染，其P值变化顺序为：LX（0.77）>LY（0.74）>LB（0.68）>LT（0.66）>LP（0.64）>LH（0.62）>LL（0.62），其中西北湖的污染程度最高，P值为0.77，黑池和柳池的污染程度最轻，P值均为0.62，整体而言，市区内湖泊的污染程度整体高于对照水体黑池和柳池，表明人类活动对湖泊水体中重金属、氨氮及磷酸盐影响较大。与辽宁锦州地表水[5]、北京市饮用水[6]、粤北地区地表水[7]、六安市饮用水[8]的同类指标比较发现：开封市湖泊水体中的重金属含量大多较低，而氮、磷含量相对较高，这可能是与开封城市的工业企业较少有关，杨永芳[9]等研究中开封市包公湖氨氮浓度值远均高于本研究结果，说明近年来政府采取的开展重点流域、区域环境综合整治工作以及深入开展整治违法排污企业、保障群众健康的环保专项行动取得了显著的成绩。
3结论
从整体看，开封市西北湖、潘家湖、杨家湖、包公湖、铁塔湖、黑池、柳池湖中的重金属含量，氨氮、磷酸盐含量符合我国地表水环境质量标准中的Ⅲ类水标准。潘家湖中元素Cu、Zn、Ni、Cd、Cr、Co的含量高于其它湖泊，黑池、柳池的元素含量最低。
湖泊中的重金属、磷酸盐的变异为弱到中等强度变异；磷酸盐属于中等到强变异等级。
单因子污染指数评价结果表明：Pi均小于1；内梅罗综合污染指数评价结果表明，各湖泊的P值均小于1，属于无污染，各湖泊污染程度顺序依次为：西北湖>杨家湖>包公湖>铁塔湖>潘家湖>黑池>柳池。
从空间上分析，位于城区的湖泊中重金属含量高于远离城市人类活动的黑池和柳池，表明人类活动与湖泊水质重金属含量密切相关，湖泊水质已受到人类活动的扰动。
参考文献
[1] 谷朝君，潘颖，潘明杰.内罗指数法在地下水水质评价中的应用及存在问题[J].环境保护科学，2002（28）：45-47.
[2] 牛显春，周建敏，李春晖等.茂名近岸海域底质重金属污染及潜在生态风险综合评价[J].黑龙江水专学报，2007，34（03）：101-103.
[3] 战玉柱，姜霞等.太湖西南部沉积物重金属的空间特征和污染评价，2011，24（04）：363-365.
[4] GB3838-2002，地表水环境质量标准[S].
[5] 胡兵，于志恒.锦州市地表水环境质量状况调查与分析[J].环境保护与循环经济，2010.
[6] 高继军，张力平，黄圣彪，马梅，王子健.北京市饮用水源水重金属污染物健康风险的初步评价[J].环境科学.2004，25（02）：47-50.
[7] 张新华，冉东辉.粤北地区地表水中重金属危害及防治对策[J].珠江现代建设，2007，2（01）：14-16.
[8] 汪万芬，钱东升，黄润.六安市城区饮用水源水重金属健康风险评价[J].皖西学院学报，2010，26（02）：140-142.
[9] 杨永芳，郭廷忠，周志民.开封市水环境问题研究[J].河南大学学报.2005，35（04）：68-72.
作者简介：蔡晓强，硕士，开封市环境监测站，工程师，研究方向：环境污染与保护；高强立，硕士，中环联新（北京）环境保护有限公司，工程师，研究方向：环境影响评价及污染防治。
关键词：湖泊；重金属；磷酸盐；氨氮；污染评价
中图分类号： X522；X824 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.11.027
开封市位于河南省中部偏东，坐落于广袤的豫东平原之上，是黄河冲积扇平原的尖端，其水域面积较大，素有“北方水城”之美誉，境内多河流、湖泊，主要湖泊有：包公湖、龙亭湖、铁塔湖、西北湖、汴西湖（2015年蓄水）等湖，水系相通，湖域面积占城区面积的四分之一。开封市作为首批24座历史文化名城，全国先进旅游城市，城市环境质量已成为制约其发展的主要因素。近年来，开封市旅游业发展迅速，年均接待海内外游客增长率以超过10%的比率递增，仅2012年，接待海内外游客人数为4416.20万人次，2012年比2011年增长13.2%；旅游产业已成为开封市支柱性产业，仅2012年旅游总收入达180.50亿元，占全市总GDP的14.9%。开封市区湖泊水体环境质量已经成为影响开封城市环境质量的重要因素。本文在湖泊水质采样与分析的基础上，采用内梅罗综合污染指数法对开封境内湖泊进行分析与评价，旨为合理利用地表水资源、加强污染防治提供有力的数据支持。
1材料与方法
1.1 样品采集
水样采集于2011年3月，共获得湖泊水样46个：其中，西北湖（LX）9个，潘家湖（LP）7个，杨家湖（LY）6个，包公湖（LB）7个，铁塔湖（LT）7个；同时在开封市饮水水源地黑池（LH）和柳池（LL）各采集水样5个作为对照样。采样器为瓶式深水采样器（江苏金坛ETC-1）。样点按照以下原则进行采集：湖泊的样品要在湖边，湖中心也有分布，在污水排放口、有生活垃圾排放地增加采集点。水样的保存：采集到的瞬时水样，现场记录其水体的表观特征，如水温、pH值后，立即将其转移入洁净的聚乙烯瓶内，并加入优级纯浓HNO3使其pH<2，密封保存，带回实验室低温保存待测。
1.2 样品测定
采集后的水样经过0.45μm的微孔滤膜过滤，使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS，X Series2，美国热电）测定水样中的V、Ni、Cd、Pb、Co、Cu、Zn、Cr等重金属含量；利用连续流动分析仪（AA3，德国SEAL）测定氨氮、磷酸盐等。实验过程中所使用硝酸均为优级纯，实验用水均为超纯水。所有器皿均用体积分数10%的硝酸浸泡过夜，用超纯水冲洗3～5次，在烘箱中烘干备用。
1.3 评价方法
单因子污染指内梅罗综合污染指数法及评价标准按照文献[1-4]开展分析，依据开封市水体功能区划，本研究采用地表水环境质量标准（GB3838-2002）[3]中的Ⅲ类水为标准：V≤50μg/L；Cr≤50μg/L；Co≤1000μg/L；Ni≤20μg/L；Cu≤1000μg/L；Zn≤1000μg/L；Cd≤5μg/L；Pb≤50μg/L；氨氮≤1000μg/L；磷酸盐≤150μg/L。
2 结果与讨论
2.1 湖泊水中重金属及氨氮、磷酸盐含量
开封市湖泊水中重金属及氨氮、磷酸盐含量结果见表1。由表1可知，湖泊中不同污染因子的变化顺序为V：LT>LP>LB>LY>LX>LH>LL，Cr、 Co：LP>LY>LT>LX>LB>LH>LL， Ni：LP>LB>LY>LT>LH>LX>LL，Cu：LP>LB>LY>LX>LT>LL >LH，Zn：LP>LB>LX>LY>LT>LL>LH，Cd：LP>LB>LY>LX>LT>LH>LL，Pb：LB>LP>LY>LT>LX>LH>LL，氨氮：LT>LY>LL>LB>LH>LX>LP，磷酸盐：LY>LB>LX>LT>LP>LL>LH，综上所述，潘家湖水样中元素Cu、Zn、Ni、Cd、Cr、Co的含量高于其他湖泊，其次是包公湖，大部分市区湖泊水中重金属元素含量高于黑池、柳池，这可能与湖泊所处位置有关，潘家湖位于开封城内南北交通中枢干线中山路北段龙亭公园主干道东侧，周边有龙庭公园、清明上河园、翰园碑林、天波杨府等公园，人流量，车流量较多，同时潘家湖东侧居住着大量原住居民，可能与居民的休闲娱乐有关。黑池，柳池为开封市饮用水源地，频临黄河，远离人类活动干扰，重金属外源性输入较少，因此，黑池和柳池水中重金属含量相对较低。通过以上分析可知开封市区湖泊水体已受到不同程度人类活动扰动。氨氮和磷酸盐的来源比较复杂，因此变化规律不甚明显，原因有待进一步分析。
由表1还可以看出，所研究的湖泊水体中除氨氮的变异属于中等到强变异，变异系数为0.23～1.12外，其他污染因子基本上都属于弱到中等变异，变异系数范围为0.02～0.54，表明湖泊水体的空间分布均匀，差异不大。氨氮的变异系数变化较大，其中潘家湖和杨家湖的水体的氨氮属于强变异，变异系数分别为1.07和1.12，这可能与湖泊周边人类活动不同有关。
2.2 开封市地表水重金属及氨氮、磷酸盐污染评价 选用GB3838-2002中的Ⅲ类水作为标准，分别计算各湖泊中重金属、氨氮及磷酸盐的单因子污染指数Pi，计算结果见表2。由表2可知，除磷酸盐外，各污染因子的 Pi均小于1，说明开封市地表水中重金属、氨氮含量符合国家Ⅲ类水标准。西北湖和杨家湖水中的平均Pi微高于1，表明这些水体已出现轻微富营养化现象，磷酸盐的超标水体主要是位于开封市老城区的湖泊，可能是由于城镇居民排放的生活垃圾、生活污水及和某些工商业废水（如屠宰、食品、造纸、停车场等）所致。
分别计算各样点的内梅罗综合污染指数P，结果见表2，由表2可知，各湖泊的P值均小于1，属于无污染，其P值变化顺序为：LX（0.77）>LY（0.74）>LB（0.68）>LT（0.66）>LP（0.64）>LH（0.62）>LL（0.62），其中西北湖的污染程度最高，P值为0.77，黑池和柳池的污染程度最轻，P值均为0.62，整体而言，市区内湖泊的污染程度整体高于对照水体黑池和柳池，表明人类活动对湖泊水体中重金属、氨氮及磷酸盐影响较大。与辽宁锦州地表水[5]、北京市饮用水[6]、粤北地区地表水[7]、六安市饮用水[8]的同类指标比较发现：开封市湖泊水体中的重金属含量大多较低，而氮、磷含量相对较高，这可能是与开封城市的工业企业较少有关，杨永芳[9]等研究中开封市包公湖氨氮浓度值远均高于本研究结果，说明近年来政府采取的开展重点流域、区域环境综合整治工作以及深入开展整治违法排污企业、保障群众健康的环保专项行动取得了显著的成绩。
3结论
从整体看，开封市西北湖、潘家湖、杨家湖、包公湖、铁塔湖、黑池、柳池湖中的重金属含量，氨氮、磷酸盐含量符合我国地表水环境质量标准中的Ⅲ类水标准。潘家湖中元素Cu、Zn、Ni、Cd、Cr、Co的含量高于其它湖泊，黑池、柳池的元素含量最低。
湖泊中的重金属、磷酸盐的变异为弱到中等强度变异；磷酸盐属于中等到强变异等级。
单因子污染指数评价结果表明：Pi均小于1；内梅罗综合污染指数评价结果表明，各湖泊的P值均小于1，属于无污染，各湖泊污染程度顺序依次为：西北湖>杨家湖>包公湖>铁塔湖>潘家湖>黑池>柳池。
从空间上分析，位于城区的湖泊中重金属含量高于远离城市人类活动的黑池和柳池，表明人类活动与湖泊水质重金属含量密切相关，湖泊水质已受到人类活动的扰动。
参考文献
[1] 谷朝君，潘颖，潘明杰.内罗指数法在地下水水质评价中的应用及存在问题[J].环境保护科学，2002（28）：45-47.
[2] 牛显春，周建敏，李春晖等.茂名近岸海域底质重金属污染及潜在生态风险综合评价[J].黑龙江水专学报，2007，34（03）：101-103.
[3] 战玉柱，姜霞等.太湖西南部沉积物重金属的空间特征和污染评价，2011，24（04）：363-365.
[4] GB3838-2002，地表水环境质量标准[S].
[5] 胡兵，于志恒.锦州市地表水环境质量状况调查与分析[J].环境保护与循环经济，2010.
[6] 高继军，张力平，黄圣彪，马梅，王子健.北京市饮用水源水重金属污染物健康风险的初步评价[J].环境科学.2004，25（02）：47-50.
[7] 张新华，冉东辉.粤北地区地表水中重金属危害及防治对策[J].珠江现代建设，2007，2（01）：14-16.
[8] 汪万芬，钱东升，黄润.六安市城区饮用水源水重金属健康风险评价[J].皖西学院学报，2010，26（02）：140-142.
[9] 杨永芳，郭廷忠，周志民.开封市水环境问题研究[J].河南大学学报.2005，35（04）：68-72.
作者简介：蔡晓强，硕士，开封市环境监测站，工程师，研究方向：环境污染与保护；高强立，硕士，中环联新（北京）环境保护有限公司，工程师，研究方向：环境影响评价及污染防治。