衡水湖水体富营养化状况及防治措施

2024年3月19日发(作者：关注留守儿童)

衡水湖水体富营养化状况及防治措施

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，富营养化问题

是衡水湖面临的一个主要问题。对衡水湖水体的主要营养物质氮、磷等水质参数的影响及循

环特征进行了分析，对水体的营养状况进行了评价，得出结论：衡水湖水体营养状况为富营

养，但

基本呈逐年减轻的趋势，并提出了富营养化治理措施。

关键词：衡水湖；水体；富营养化；

趋势分析

衡水湖位于河北省衡水市的冀州与桃城区之间，原是一片自然缓洪滞沥洼地，是冀州、

枣强、南宫、新河、广宗、威县等地沥水的归宿处，面积达几十万亩，因而被称为千顷洼

[1]

。

衡水湖控制流域面积1654 km

2

，分布有5条汇流河(渠)道，这些河(渠)分别是冀吕渠、冀午

渠、冀枣渠、冀南渠、西沙河。汛期降雨产生的径流通过几条河(渠)汇流至衡水湖。

2000年7月，河北省人民政府批准建立衡水湖湿地和鸟类自然保护区，面积达18787hm

2

。

2003年6月，国务院批准衡水湖晋升为国家级自然保护区，是华北平原目前唯一的国家级湿

地和鸟类自然保护区，具有独特的自然景观。衡水湖也是衡水市重要的水源地，其供水安全

性与该区生态环境功能建设密切相关。

水体的富营养化是由于受到生活污水、工业废水、农灌排水、降雨径流等的污染，使水

体中营养盐浓度过高从而造成水体从生产力低的贫营养状态逐步向生产力高的富营养状态变

化，促使藻类等浮游生物和低级水生植物异常增殖而造成的。富营养化问题也是衡水湖面临

的一个主要问题。

为研究衡水湖水质变化情况，选取衡水湖洼内（闸上）、冀县（闸下）、小库（闸上）三

个水质监测站点2006年～2010年5年来的常规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。衡水湖洼内（闸上）

采样点2006年监测6次（双月监测），2007年监测8次（2～8月双月监测、9～12月每月监

测），2008～2010年每年监测12次（每月监测），冀县（闸下）、小库（闸上）2006～2010年

均每年监测6次（双月监测）。该数据均由河北省水环境监测中心衡水分中心监测，所监测的

水质资料能基本反映衡水湖的水质情况。为了凸显年际变化规律，将断面年均值作为分析衡

水湖富营养化状况采用的数据。

1水体中氮、磷等水质指标的影响及循环

1.1 水温

水的理化性质与水温有密切关系。水中溶解性气体如O

2

、CO

2

等的溶解度，水中生物和微

生物的活动，盐度、PH值等都受水温变化的影响。水温是影响水体自净作用的因素之一。

水温升高会引起水的多种理化性质的变化，其中最受关注的是水中溶解氧的变化。研究

表明，水温与溶解氧的相关系数相当高（有三个水库的数据表明，相关系数高达0.87～0.98）。

当水温从0℃升高到40℃时，水温与DO含量呈负相关。水温每升高6oC～10oC，DO值要减少

0.5～3.0mg/L。此外，水温升高导致水体密度下降，水色变浊，透明度降低，水质矿物化加

强；加快各种化学反应的速度；增加水体氨、氮、氯及重金属的毒副作用；使总磷、总氨含

量偏高，加重水体的富营养进程

[2]

。

1.2溶解氧

溶解氧是水体与大气交换或经化学、生物化学反应后溶解于水体中的分子态氧。洁净的

地面水溶解氧一般接近饱和。当藻类繁殖时溶解氧可呈过饱和。如水体受有机或无机还原性

物质污染可使溶解氧降低。当大气中的氧还来不及补充时，水中溶解氧逐渐降低，以致趋近

于零，此时厌氧菌繁殖，水质恶化。

溶解氧对水质的影响：水体溶解氧影响水质及底泥的氧化还原件。溶解氧含量高，水质、

底泥呈氧化状态；溶解氧含量低，呈还原状态。随着氧化还原反应的进行，水质物质的存在 形

式及迁移能力改变。水库水体溶解氧含量较高，饱和度在90%以上，有利于氧化反应进行

[3]

。

溶解氧影响好氧、厌氧微生物的活动与分布。溶解氧含量高，好氧生物发展，氧化分解

有机物比较迅速，最终产物为C0

2

、H

2

O、N0

3

、S0

4

、P0

3

，对生物无害；溶解氧含量低，厌氧性

微生物生长，分解有机物速度慢，产物多为还原态，如H

2

S、NH

3

、CH

4

等，对水生生物有毒害

作用或不良影响

[4]

。

溶解氧变化间接影响pH值，使含钙、镁、铁、锰等盐类沉淀或溶解。

1.3高锰酸盐指数

富营养化水体在强烈的光合作用下产生大量的有机体，使水体的化学耗氧量明显增高。

高锰酸盐指数与溶解氧有着密切的关系，是水体受还原性无机和有机物污染程度的一项综合

指标。

1.4氮和磷

氮和磷都是水中生物的主要营养物质。

水体中的氮以有机氮和无机氮的形态出现。其中无机氮包括氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐

氮等。当水体中溶解氧含量充沛，pH值在7.5以上，水温适宜时，有机氮经水解作用部分降

解，部分转化为氨氮；氨氮在自养性的亚硝化杆菌作用下一部分被降解，一部分被氧化成为

亚硝酸盐氮：

NH

4

+

+3/2O

2

→NO

2

-

+2H

+

+H

2

O

亚硝酸盐氮在硝化杆菌作用下，同样被部分降解，部分氧化为硝酸盐氮：

NO

2

-

+1/2O

2

→NO

3

-

当水体中溶解氧亏损到一定程度时，硝酸盐氮被反硝化细菌作用，部分还原成亚硝酸盐

氮，放出氧为其他耗氧物质所利用，部分成为氮分子进入大气；亚硝酸盐氮由于同样的原因，

部分还原成氨氮，部分作为非离子氨的气体逸出。硝化反应最适宜的温度是15～25℃之间，

最适宜的pH值为6.5～8.0（中性或弱碱性环境），如水温和PH值不适宜时，硝化作用不明

显，反应时间将大大推迟

[5]

。氨氮由浮游生物死亡的有机腐殖质而产生，而氨氮、亚硝酸盐

氮和硝酸盐氮又为浮游植物所吸收，从而完成一个循环。通过对衡水湖水体的监测结果分析

可知，衡水湖水体的pH值除极个别测次外，全年在8.0以上，处于碱性环境，有利于硝化作

用的进行。衡水湖水体无机氮主要以氨氮和硝酸盐氮的形式存在，亚硝酸盐氮的含量较低。

天然水体中的磷含量不高，因此它往往是限制水体生产力发展的因素之一。细胞的新陈

代谢过程都需要磷。天然水和废水中，磷几乎都以各种磷酸盐的形式存在，包括正磷酸盐、

缩合磷酸盐（焦磷酸盐、偏磷酸盐和多磷酸盐）和有机结合的磷酸盐。它们存在于水体中、

腐殖质粒子或水生生物中。

溶解于水中的磷酸盐是水生生物的主要养料。因此当水体中氮含量充分时，只要正磷酸

盐磷的浓度达到0.015mg·L

-1

，就会出现“藻华”现象，引起水体富营养化，造成水体缺氧，

水质恶化。藻类死亡，又使水体中的氨氮浓度升高。

单位水体中氮、磷的循环如图1。

有机氮

死

亡

分

解

无机氮

吸

收

死

排

泄

水生植物

吸收

捕食

磷

水生动物

死亡

死排泄

图1 单位水体中氮、磷的循环模式图

2010年衡水湖水体pH值、溶解氧、高锰酸盐指数及氮、磷监测结果见表1。

表1 2010年衡水湖水体溶解氧、氮、磷监测结果

监测时间

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

高锰酸盐指数

内

氨氮

(mg·L

-1

)

亚硝酸盐氮

0.22

0.022 0.011

(mg·L)

-1

-1

硝酸盐氮

(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

总氮

(mg·L

-1

)

总磷

(mg·L

-1

)

监测时间

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

高锰酸盐

指数

(mg·L

-1

)

氨氮

(mg·L

-1

)

亚硝酸盐氮

(mg·L)

-1

-1

县

硝酸盐氮

(mg·L)

总氮

(mg·L

-1

)

总磷

(mg·L

-1

)

监测时间

pH值

1月

小

溶解氧

(mg·L)

-1

高锰酸盐

指数

(mg·L)

-1

氨氮

(mg·L

-1

)

亚硝酸盐氮

(mg·L)

-1

-1

库

硝酸盐氮

(mg·L)

总氮

(mg·L

-1

)

总磷

(mg·L

-1

)

2 衡水湖水质年际变化趋势分析

衡水湖水体总磷、总氮、高锰酸盐指数的年际变化趋势如图2～图4所示。

2.1 总磷的年际变化趋势

浓

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

洼内

冀县

小库

图2 衡水湖水体总磷年际变化趋势

2.2 总氮的年际变化趋势

浓

度

(

m

g

/

L

)

14

12

10

8

6

4

2

0

2

年份

20092010

洼内

冀县

小库

图3 衡水湖水体总氮年际变化趋势

2.3 高锰酸盐指数的年际变化趋势

浓

度

(

m

g

/

L

)

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

2

年份

20092010

洼内

冀县

小库

图4 衡水湖水体高锰酸盐指数年际变化趋势

由图2、3、4可看出，衡水湖水体的主要污染物质总磷、总氮、高锰酸盐指数均呈逐年

下降的趋势，但洼内站的变化较平稳。这说明衡水湖的水质状况近年得到了一定程度的改善。

3 衡水湖富营养化状况分析

3.1参数选择

根据衡水湖水质监测的实际情况，富营养化程度评价因子选用总氮、总磷和高锰酸盐指

数3个参数。评价因子的监测结果见表2。

表2 2006～2010年衡水湖各监测断面高锰酸盐指数、总氮、总磷监测结果

监测时间

洼

高锰酸盐指数(mg·L)

总氮(mg·L)

内

总磷(mg·L)

监测时间

冀

总氮(mg·L)

县

总磷(mg·L)

监测时间

小

总氮(mg·L)

库

总磷(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

高锰酸盐指数(mg·L) 12.1

3.92

0.37

2006

高锰酸盐指数(mg·L)

-1

16.4

8.74

0.50

3.2评价标准及方法

评价标准分为三级，即贫营养、中营养和富营养。在0～100分范围内分别赋予各参数评

分值，评分值越高说明水体的富营养化程度越严重。3个评价因子按不同的浓度赋予评分值。

评分标准见表3

[6]

。

评价方法：首先将选定的评价参数依相应的评分标准求得各项参数的评分值，按下面公

式求出总评分指数，然后根据总评分指数对照评分分级标准，确定其富营养化程度。计算公

式如下：

1

n

M



M

i

n

i1

式中：M—水体营养状态评分指数；M

i

—第i项评价参数的评分值；n—评价参数的个数。

表3 营养化评分与分级标准

营养程度 评分值（M）

10

20

30

中营养 40

50

60

70

富营养 80

90

100

分级标准

总磷(mg·L)

0.0011

0.004

0.01

0.025

0.05

0.1

0.2

0.6

0.9

1.3

-1

总氮(mg·L)

0.02

0.05

0.1

0.3

0.5

1

2

6

9

16

-1

高锰酸盐指数(mg·L)

0.1

0.4

1

2

4

8

10

25

40

60

-1

贫营养

3.3 评价结果

衡水湖水体富营养化程度评价结果见表4。从富营养化程度评价结果看，衡水湖水体的

氮、磷含量丰富，营养程度为富营养。三个监测断面中，小库的富营养化程度最为严重，洼

内的富营养化程度相对较轻。高锰酸盐指数、总磷、总氮均不同程度影响衡水湖的富营养化

状态。

表4 2006～2010年衡水湖水体富营养化程度评价结果

洼

内

冀

县

小

库

年份

评分值

富营养化程度

年份

评分值

富营养化程度

年份

评分值

富营养化程度

2006

60

富营养

2006

70

富营养

2006

73

富营养

2007

60

富营养

2007

67

富营养

2007

80

富营养

2008

57

富营养

2008

60

富营养

2008

70

富营养

2009

53

富营养

2009

60

富营养

2009

67

富营养

2010

53

富营养

2010

60

富营养

2010

60

富营养

3.4 趋势分析

从富营养化程度评价结果看，近年来衡水湖水体的富营养化程度有一定程度的改善，基

本呈逐年减轻的趋势。尤其是洼内站，营养程度近年已接近中营养。这与前述衡水湖水体总

磷、总氮、高锰酸盐指数的年际变化趋势的分析结果是一致的。分析原因应为近年衡水市水

环境保护意识增强及对衡水湖周边环境、污水排放等治理力度加大，使衡水湖水质有了一定

程度的改善。

4 衡水湖富营养化治理的几点措施

水体富营养化会造成湖内水生植物过度生长，生态平衡受到影响。为此应继续加大衡水

湖水环境的治理力度，人为干预以抑制水生植物的过度生长。为此可采取以下措施：

4.1 继续采取有力措施，严格控制工业废水和生活污水的排放。

4.2 加强周边的水土保持工作，减少周边农田残留农药、化肥等污染物随降雨径流排入湖中。

4.3 研究并实施生物防治氮、磷等营养物质污染及富营养化的技术。

4.4 对水生植物进行人工清除，使部分氮、磷等营养物质退出水循环，从而降低水体中的营

养盐含量，抑制水生植物的过度生长。

4.5 适时清除底泥，有效清除底泥中的营养盐类物质，抑制水生植物的过度生长。

参考文献：

[1]尹俊岭，崔希东，乔光建，等.衡水湖水体污染特征分析及治理对策研究[J].水资源保护，2008,24(sl)：

40-43.

[2]徐镜波.我国北方几个蓄水水体溶解氧的初步分析[J]．东北师范大学学报，1986，（1）：15-18．

[3]乔光建.氮、磷循环特征对水体富营养化影响分析[J].南水北调与水利科技，2010,8（6）：82-55,97.

[4]吴晓磊，俞毓馨，钱易.好氧及厌氧固定化微生物处理能力的比较研究[j].环境科学与技术，1994，（4）：

13-16.

[5]刘志培，刘双江.硝化作用微生物的分子生物学研究进展[j].应用与环境生物学报，2004，（4）：27-30.

[6]时秀梅，成颖，王东华.庙宫水库富营养化特征及成因分析[A].水利水电水文水资源科技论文汇编[C]，

2010：387-391.