2.2.4　滇池內(nèi)源污染狀況與歷史趨勢(shì)分析

2.2.4.1　滇池底泥現(xiàn)狀調(diào)查

底泥既是污染物的“匯” ，也是污染的“源” 。底泥中的氮磷總量及其存在形式，都對(duì)水質(zhì)污染特征和營養(yǎng)鹽釋放風(fēng)險(xiǎn)性起著至關(guān)重要的作用。滇池是昆明地區(qū)工業(yè)廢水和生活污水的主要排放體，自20世紀(jì)70～80年代開始就有大量污水排入。隨廢水排入滇池的有害物質(zhì)有汞、砷、氟、鉻、氰化物，有機(jī)磷、酚等30多種。大量外源污染排入，對(duì)滇池這樣一個(gè)容量不大，流量較小，自凈能力較差的湖泊來講，大量排入污水，必然導(dǎo)致水質(zhì)污染，并使水中污染物在底泥中得到較高積累。

(1)底泥的基本物理指標(biāo)狀況

由圖2.2.4.1－1可以看出:各采樣點(diǎn)處的酸堿度基本都接近中性，除湖心3#顯弱酸性外，pH均大于7;滇池底泥含水率普遍偏高，除個(gè)別點(diǎn)位外，全湖各處相差不大，其中4#、7#、13#點(diǎn)位處水土流失嚴(yán)重，底質(zhì)為砂質(zhì)底，含水率相對(duì)較低;大部分點(diǎn)位處表層泥的Eh為負(fù)值，底泥處于厭氧狀態(tài)，東部采樣點(diǎn)處水深較淺，故Eh值較高。表層底泥基本都為污染底泥，較高的含水率不利于挺水植物、沉水植物扎根，較低的Eh值不利于底棲動(dòng)物生存。

(2)底質(zhì)亞鐵含量與還原性狀況

由圖2.2.4.1－2看出，全湖底泥亞鐵含量偏高，最低處超過1000mg/kg，而最高處高達(dá)9000mg/kg。東岸相對(duì)較低，而西部和湖心區(qū)域的亞鐵含量超標(biāo)嚴(yán)重。較高的亞鐵含量反映了底質(zhì)的強(qiáng)還原性，這是一種不適合底棲生物存活的底棲環(huán)境。

(3)底質(zhì)氮含量狀況

一般認(rèn)為，清潔底泥中TN含量低于1000mg/kg。除個(gè)別點(diǎn)位外，滇池底泥中的氮含量均嚴(yán)重超標(biāo)，北岸、南岸及湖心區(qū)域的TN含量極高，是清潔底泥標(biāo)準(zhǔn)的6倍以上。且由于湖心區(qū)域的高氮濃度，氮污染已遍及全湖。氨氮、硝氮所占比例均不大，有機(jī)氮為主要氮形態(tài)。氨氮高于硝氮，底泥處于厭氧狀態(tài)，底泥中的氮有一定的釋放風(fēng)險(xiǎn)(如圖2.2.4.1－3) 。

(4)底質(zhì)磷含量狀況

各點(diǎn)位的TP值都很高，遠(yuǎn)超過500mg/kg的清潔底泥標(biāo)準(zhǔn)。全湖底質(zhì)均受到嚴(yán)重污染。其中北部船閘附近、南岸、河口附近TP較高，湖心區(qū)域次之，可見磷污染已經(jīng)不局限于沿岸淺水區(qū)域，湖心的污染已相當(dāng)嚴(yán)重(如圖2.2.4.1－4) 。

從磷形態(tài)的角度來看，底質(zhì)中磷的形態(tài)以IP為主，而IP中Fe－ P占較大比重。故由人類活動(dòng)造成的污染為滇池的主要污染源。鑒于Fe/Al－ P是具有釋放潛力的一部分磷，可以認(rèn)為滇池底質(zhì)中的磷具有較大的釋放風(fēng)險(xiǎn)。

(5)底質(zhì)重金屬含量狀況

潛在生態(tài)危害指數(shù)法是瑞典學(xué)者Hakanson于1980年提出的，它是劃分底泥污染物污染程度及其水域潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的一種相對(duì)快速、簡(jiǎn)便和標(biāo)準(zhǔn)的方法。通過測(cè)定底泥樣品中污染物含量進(jìn)行計(jì)算，可以綜合反映底泥中重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響潛力。根據(jù)滇池底泥重金屬分析檢測(cè)結(jié)果，應(yīng)用潛在生態(tài)危害指數(shù)法(其中各重金屬背景值取為: As = 15.00mg/kg，Hg =0.25 mg/kg，Cr =60.00 mg/kg，Cd = 0.50 mg/kg，Pb = 25 mg/kg，Zn=80 mg/kg，Cu =30 mg/kg)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

從單個(gè)金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)來看，Cd是全湖危害系數(shù)最高的重金屬，基本處于中等生態(tài)危害水平( 40≤Eri﹤80) ，在北部湖區(qū)甚至達(dá)到了很強(qiáng)級(jí)別( 160≤Eri﹤320) 。其次是Hg，在全湖也基本達(dá)到了中等危害程度。此外，As、Pb對(duì)于滇池的污染也不可忽視，在全湖較多點(diǎn)位同樣達(dá)到了中等風(fēng)險(xiǎn)水平。對(duì)于各種金屬而言，平均污染程度順序?yàn)镃d＞Hg＞As＞Pb＞Cu＞Cr＞Zn。結(jié)合土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB15618－1995來看，也能得到基本相同的結(jié)論: Cd含量基本大于1mg/kg，超過了三級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)，即超過了林業(yè)生產(chǎn)和植物正常生長的土壤臨界值，是污染最為嚴(yán)重的重金屬; Hg和As基本處于三級(jí)土壤水平，在一些點(diǎn)位(主要是北部湖區(qū)和湖心5號(hào)及12號(hào)點(diǎn)) ，As甚至超過了三級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn);其次是Pb和Cu，總體上處于二級(jí)水平，個(gè)別點(diǎn)位達(dá)到三級(jí);較好的是Cr和Zn，除北部湖區(qū)外基本處于一級(jí)水平。從多個(gè)重金屬綜合潛在生態(tài)危害指數(shù)而言，全湖總體處于中等生態(tài)危害水平，可見滇池重金屬污染是比較嚴(yán)重的，其一般規(guī)律是北部大于南部、西部大于東部，湖心并不弱于沿湖，其中北部的有3個(gè)點(diǎn)甚至達(dá)到了強(qiáng)度生態(tài)危害水平。因此，不管是單金屬分析還是多金屬綜合評(píng)價(jià)，北部湖區(qū)的重金屬污染均是最嚴(yán)重的，必須采取各種措施重點(diǎn)進(jìn)行治理。全湖多個(gè)重金屬綜合生態(tài)危害程度如圖2.2.4.1－5所示。

綜上所述，滇池底質(zhì)污染特征如下:①重污染。由于受上游城市——昆明市的城市、流域農(nóng)村和農(nóng)田污染源的污染，使大量N、P營養(yǎng)鹽、有機(jī)質(zhì)、部分有害物質(zhì)通過滇池29條主要入湖河流進(jìn)入滇池，造成底質(zhì)N、P污染非常嚴(yán)重，有機(jī)質(zhì)濃度高，重點(diǎn)河口受有害物質(zhì)的污染;②強(qiáng)還原性。除冬季外，滇池藍(lán)藻水華持續(xù)性暴發(fā)，造成大量藻類殘?bào)w死亡，堆積于底泥表層，有機(jī)質(zhì)耗氧造成底泥的高度厭氧與強(qiáng)還原性，對(duì)底棲生物與水生植物的生存不利，對(duì)其生長產(chǎn)生脅迫。③一定毒性。大量有毒藻類殘?bào)w的堆積，使表層底泥有機(jī)質(zhì)含量高，同時(shí)藻毒素使底泥具一定的毒性。④重金屬污染嚴(yán)重。全湖總體處于中等生態(tài)危害水平，其一般規(guī)律是北部大于南部、西部大于東部，湖心并不弱于沿湖，其中北部達(dá)到了強(qiáng)度生態(tài)危害水平。⑤新生污染層不斷形成。由于外源污染未能有效控制，入湖徑流中污染顆粒物濃度較高，大量外源污染物源源不斷由河流和溝渠進(jìn)入，污染顆粒物沉降于底泥表層，使新生污染層不斷形成，使底泥污染層增厚。

(6)滇池底泥污染物釋放模擬研究

底泥是滇池污染物的重要蓄積庫，受20多年來污染物入湖的影響，大量的外源污染物入湖后蓄積在底泥中，造成底泥的嚴(yán)重污染。本章節(jié)通過對(duì)滇池污染底泥釋放的模擬研究，對(duì)內(nèi)源污染貢獻(xiàn)進(jìn)行分析，為滇池污染源分析提供基礎(chǔ)。

通過在滇池東岸、西岸、南岸、北岸和湖心選擇5個(gè)有代表性的點(diǎn)位，采集底泥柱狀樣，用滇池的水和泥在滇池現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行底泥污染物釋放模擬研究。實(shí)驗(yàn)室分析項(xiàng)目為PO^3－₄－ P、DTP、NH₄－ N、NO₃－ N和DTN。

研究結(jié)果整理后得圖2.2.4.1－6。

參考相關(guān)文獻(xiàn)資料，采用下式計(jì)算釋放速率:

式中，R為釋放速率［ mg· ( m²·d)^－1］ ; V為柱中上覆水體積( L) ; c_n、 c_o、 c_j－1分別為第 n次、初始和j^－1次采樣時(shí)某物質(zhì)含量( mg·L^－1) ; c為添加原水后水體中某物質(zhì)含量( mg_a·L^－1) ; V_j－1為第j^－1次采樣體積( L) ; A為柱樣中水—底泥接觸界面( m²) ; t為釋放時(shí)間( d) 。由于不考慮NH₃的水汽界面交換，所計(jì)算的NH⁴⁺－ N為表觀釋放速率。

全湖釋放量計(jì)算公式為:

式中， W為全湖氮或磷的釋放總量( t·a^－1) ; r_ji表示第j區(qū)域沉積物在i溫度下的釋放速率［ mg· ( m²·d)^－1］ ; A_j為j區(qū)域所代表的面積( km²) ; Δt_i表示i溫度下所代表的時(shí)間段( a) 。

依照以上兩式計(jì)算可得滇池底泥中的總氮釋放量約為950t/a，磷釋放量約為100t/a。

該計(jì)算結(jié)果與滇池流域污染物排放總量相比較，約為全流域污染物排放總量的10%、非點(diǎn)源污染物產(chǎn)生的污染總量的一半。這將意味著:即便將外源污染降為零，其污染底泥釋放的氮磷也將嚴(yán)重超標(biāo)，并達(dá)到湖泊富營養(yǎng)化的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)倍以上。如此高的內(nèi)源污染應(yīng)給予足夠的重視。

(7)底泥污染空間分布

綜合三次全湖調(diào)查的結(jié)果:滇池底泥普遍高磷、高氮、高含水率，北部靠近草海區(qū)域污染最重，南部、湖心次之，東岸由于臨近沙體底質(zhì)含沙污染相對(duì)較輕?？臻g上的氮磷污染分布如圖2.2.4.1－7所示。

圖2.2.4.1－7左側(cè)為滇池底質(zhì)氮污染空間分布示意圖，右側(cè)為滇池底質(zhì)磷污染空間分布示意圖。從氮的污染分布圖上可以看出:西部的觀音山、白魚口附近以及東部的大部區(qū)域底泥的氮污染相對(duì)較小，而北部海埂附近區(qū)域、東南部湖灣以及螳螂川入?？诟浇鼌^(qū)域底泥中氮含量極高，表層泥中的總氮基本都超過8000mg/kg，超標(biāo)8～10倍。滇池的氮污染已由南北兩岸延伸至湖心，外源污染的控制與內(nèi)源污染的治理同樣迫在眉睫。

磷的污染比氮的更為突出，分布規(guī)律上有明顯的由北向南、由西向東的推進(jìn)趨勢(shì)?？梢郧逦乜闯隼ッ魇袇^(qū)對(duì)滇池底泥磷污染的貢獻(xiàn)。北部船閘附近、南岸、河口附近TP較高，湖心區(qū)域次之，可見磷污染已經(jīng)不局限于沿岸淺水區(qū)域，湖心的污染已相當(dāng)嚴(yán)重。

綜合氮磷情況來看，北岸、南岸及河口附近污染最重，西岸梁王河到梁王村一帶污染較輕，底泥中的氮磷含量均較小，但仍大大超過清潔底泥中氮含量低于1000mg/kg、磷含量低于500mg/kg的標(biāo)準(zhǔn)。

(8)底泥污染的垂直分布

各層底泥中的pH值變化不大，基本在7.0～7.6之間，呈弱堿性。但可以清晰地看出，含水率由表層到底層逐漸降低。這是一方面由于重力原因壓縮沉降的自然因素造成，另一方面則是由于表層大多污染較重，呈稀薄黑泥，而底層多為黃沙，質(zhì)地干凈，含水率較低(如圖2.2.4.1－8) 。

從污染的垂向分布上看(如圖2.2.4.1－ 8) ，大多點(diǎn)位處的TP及TN均表現(xiàn)出由表層至底層稍有降低，但至20cm處TN和TP值仍較高，可見滇池底泥的氮磷污染不僅全湖較重，且污染層也較厚，重污染層普遍在20cm以上。

與磷相比，氮的污染稍輕:由表層到底層有明顯降低趨勢(shì);僅從氮的角度來看，東岸區(qū)域底泥10cm以下基本為清潔底泥。磷的污染情況則不容樂觀，全湖底泥磷污染層超過20cm。而磷是水體富營養(yǎng)化的限制性因素，且轉(zhuǎn)換周期長，故滇池底泥中磷污染物質(zhì)帶來的危險(xiǎn)性更大(如圖2.2.4.1－9) 。

(9)不同季節(jié)底泥污染的變化

由圖2.2.4.1－10可知，與春季相比，夏季底泥中的氮污染更嚴(yán)重、面積更廣。在春季嚴(yán)重的氮污染主要集中在西部水域，東部湖區(qū)還有部分TN含量不超標(biāo)的相當(dāng)清潔底泥。而到了夏季，污染范圍明顯向東擴(kuò)張，低氮底泥范圍迅速縮小。

從不同季節(jié)底泥中TP含量變化圖(如圖2.2.4.1－11)中可以看出，滇池全湖底泥磷含量超標(biāo)，在藻華暴發(fā)的夏季尤其嚴(yán)重。

2.2.4.2　滇池底泥污染物歷史變化趨勢(shì)

由于流域內(nèi)工業(yè)廢水和生活污水的肆意排放，在20世紀(jì)70～80年代，由有色金屬冶煉帶來的重金屬及砷的污染為滇池的首要污染。到了20世紀(jì)80年代中后期，富營養(yǎng)化和水華的暴發(fā)使氮磷的污染受到了人們的普遍重視。

(1)滇池底泥氮的變化趨勢(shì)

在20世紀(jì)80年代末氮的水平分布表現(xiàn)為草海最高，外海北部次之，中部最低。而根據(jù)2008年4月份的采樣數(shù)據(jù)分析，目前TN在外海的水平分布表現(xiàn)為北岸、南岸相對(duì)較低，東岸最低，西岸最高。可見由于昆明市的管道改造及市民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，近20年影響滇池氮負(fù)荷的污染源由南側(cè)的昆明市區(qū)轉(zhuǎn)為西岸的城鎮(zhèn)居民聚集區(qū)。相比1989年3月0.39mg/L的平均值，近期調(diào)查的結(jié)果為4.61mg/L，增長了近11倍，滇池底泥的內(nèi)源污染已不容忽視。

在20世紀(jì)80年代末期，氮的垂直分布狀況，一般為表層底泥中的含量高于下層的含量，但這樣上下遞減的變化不算很大。而根據(jù)7月的調(diào)查數(shù)據(jù)，只有部分點(diǎn)位處的底泥有這樣的趨勢(shì)，其余部分底泥中的含氮量隨深度增加而增加或變化不大?？梢娫?0世紀(jì)80年代末期，滇池底質(zhì)還有污染層、過渡層和自然底質(zhì)的劃分，而現(xiàn)在的滇池底質(zhì)已經(jīng)很難挖到潔凈的自然底質(zhì)了。

由圖2.2.4.2－1的滇池底泥中氮近18年的變化趨勢(shì)來看，20世紀(jì)90年代的滇池底泥中氮含量極高，尤其是草海。2002～2005年間雖有所下降，可能是出于人口增加、城市擴(kuò)大、監(jiān)管不嚴(yán)等原因，2005年后的持續(xù)增加令人擔(dān)憂。

(2)滇池底泥磷的變化趨勢(shì)

對(duì)比20世紀(jì)80年代末期資料和近期調(diào)查的結(jié)果分析，外湖底質(zhì)中磷的含量基本都呈由北向南逐漸增高的趨勢(shì)，但磷的濃度均有明顯增加。

表2.2.4.2－1　不同年代磷形態(tài)分布情況　　　單位: g/kg

對(duì)比1989年和2008年的磷形態(tài)分布狀況，經(jīng)過近20年，TP雖有增加但變化不大，但磷形態(tài)的轉(zhuǎn)變非常明顯:由1989年的OP占大部分到現(xiàn)在的以IP為主的磷形態(tài)分布，隨著IP含量的增加，F(xiàn)e/Al－ P和Ca－ P的含量也增大很多，雖然Ca－ P仍占主導(dǎo)，但較Fe/Al－ P多出的程度卻有所減小(見表2.2.4.2－1) 。

滇池外海與草海底泥中的磷含量相差不大，但從1990年開始便穩(wěn)步增高，尤其是近兩年，磷負(fù)荷增加的幅度已超過了歷史最高值。這與磷的來源廣、形態(tài)多、轉(zhuǎn)化慢有一定關(guān)系，但產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、城市規(guī)模擴(kuò)大應(yīng)是主要原因(如圖2.2.4.2－2) 。

(3)滇池底泥有機(jī)質(zhì)的變化趨勢(shì)

由圖2.2.4.2－ 3可知:滇池底泥中的有機(jī)質(zhì)含量在20世紀(jì)80～90年代相對(duì)穩(wěn)定，在21世紀(jì)初達(dá)到最大后有一定的降低趨勢(shì)，但總的來看，變化不大。

從水平分布上來看，自20世紀(jì)80年代中期至21世紀(jì)初期，都是草海底質(zhì)有機(jī)質(zhì)含量高，而外海各處相差不大，且有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)低于草海。故有機(jī)質(zhì)的變化主要體現(xiàn)在百分含量上，從20世紀(jì)80年代中期2.58%的平均值，到2003年89.25g/kg的平均含量，有機(jī)質(zhì)的變化是令人震驚的。

綜合考慮有機(jī)質(zhì)的各種來源，不難看出對(duì)水土流失的防止、入湖河流的凈化及富營養(yǎng)化的控制方面，我們的工作還有待進(jìn)一步的加強(qiáng)。

(4)滇池底泥重金屬污染變化趨勢(shì)

根據(jù)昆明市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心提供的歷史資料與現(xiàn)狀調(diào)查，主要研究了從1987年到2008年這22年間滇池重金屬污染狀況與變化趨勢(shì)。采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法與土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB15618－1995相結(jié)合的方法，對(duì)滇池重金屬污染歷史趨勢(shì)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)〔見表2.2.4.2－2 (略) 〕 。

近20年滇池外海和草海底泥中砷、汞、鎘、鉛、鉻和銅的含量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖2.2.4.2－4。

如圖2.2.4.2－4所示，除鉻含量漸增外，滇池底泥中的重金屬含量均在進(jìn)入21世紀(jì)后有明顯降低趨勢(shì);除銅含量在2007年達(dá)到最大值外，其他重金屬均在2006年達(dá)到一個(gè)極值;除鉻外，其他6種重金屬在草海底泥中的含量均遠(yuǎn)高于外海中的;外海底泥中的重金屬，除鉻含量有較大波動(dòng)外，其余均保持穩(wěn)定。

在1992～1994年，草海底泥中的砷、汞、鉛、鎘、銅、鋅含量均有大幅度的增加，變化率分別為170%、204%、350%、748%、214%和52%，1998～2000年又都急劇下降，變化率分別為63%、52%、60%、56%、51%和69%。其后便略有下降或趨于穩(wěn)定。

底泥是滇池污染物的重要蓄積庫，受20多年來污染物入湖的影響，大量的外源污染物入湖后蓄積在底泥中，造成底泥的嚴(yán)重污染。本章節(jié)通過對(duì)滇池污染底泥釋放的模擬研究，對(duì)內(nèi)源污染貢獻(xiàn)進(jìn)行分析，為滇池污染源分析提供基礎(chǔ)。

從滇池重金屬污染的歷史趨勢(shì)來看，Cd仍然是最主要的污染因子，在1997年曾達(dá)到了19.63mg/kg，超過了GB15618－1995中Cd三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值( 1mg/kg)將近20倍，并且在過去22年里，超三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)有15年，占68%左右。這種毒性大的重金屬會(huì)對(duì)滇池底泥生態(tài)造成巨大的威脅與危害，若不采取各種措施去除或降低其含量，也會(huì)不利于底泥生態(tài)修復(fù)工程的開展。其次對(duì)滇池潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較大的是Hg和As，其中As也在較多年份超過了三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，Hg在2006年達(dá)到了強(qiáng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。對(duì)各種重金屬進(jìn)行比較，其歷史污染評(píng)價(jià)與2008年現(xiàn)狀評(píng)價(jià)有著較好的一致性，均為Cd＞Hg＞As＞Pb＞Cu＞Cr＞Zn。

從多種重金屬綜合評(píng)價(jià)來看，滇池在20世紀(jì)80年代尚處于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平，進(jìn)入90年代后，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈快速上升趨勢(shì)，在1997年達(dá)到很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別。其后情況有所好轉(zhuǎn)，特別是在2002年后，一度達(dá)到輕微風(fēng)險(xiǎn)水平，其后呈波動(dòng)性變化，目前滇池重金屬污染總體處于中等危害水平。

(5)污染程度及空間變化趨勢(shì)分析

對(duì)比1988年和2008年年底泥中TN的空間分布情況，1988年時(shí)大部分水域的氮含量均不高，都符合清潔底泥的氮含量標(biāo)準(zhǔn)。近些年來，氮污染由北向南快速推進(jìn)，已蔓延至全湖，北部湖區(qū)污染最重(如圖2.2.4.2－5) 。

而早在1988年，滇池底質(zhì)中的TP已嚴(yán)重超標(biāo)。近20年來，污染面積逐漸增大，污染程度也逐漸增高。東岸和西南部底質(zhì)相對(duì)清潔，植物也較多，可考慮用生態(tài)修復(fù)的方法修復(fù)治理該處底泥(如圖2.2.4.2－6) 。