郑家传 朱勇坤 柳后起*

（1. 苏州市环科环保技术发展有限公司，江苏苏州 215000；2. 中国科学技术大学苏州高等研究院，江苏苏州 215123）

1 引言

苏州工业园区是中国与新加坡的重要合作项目，园区的经济与生态环境备受关注。独墅湖位于苏州工业园区西南部，属于小型湖泊，面积约11.5 km2，平均水深1.99 m，蓄水量约1.9×107m3。独墅湖北边通往金鸡湖与娄江相连，南经过苏申外港与吴淞江相通，西面经苏申外港与京港运河相通。独墅湖进出河道约11 条，入湖河道主要分布于西部和北部，出湖河道主要分布于东部与南部。城市湖泊是城市生态系统中不可替代的宝贵资源，独墅湖在呈现城市景观形象、改善生态与人居环境、调水蓄洪、增强园区内文化内涵和经济可持续发展等方面具有重要作用。近年来，独墅湖沿岸现代化建设进程迅速，给生态环境带来一定的影响。戴全裕早年对独墅湖的研究发现，湖体少数鱼类的铅、汞含量出现超标［1］；舒勰俊等研究了独墅湖枯水期水质状况和水动力，结果显示，独墅湖枯水期进出湖流量较小，导致独墅湖水体氮磷已达到富营养化程度［2］。调研可知，有关独墅湖生态评价的研究非常缺乏。因此，本研究对环独墅湖水样进行了采集，系统分析评价独墅湖水质污染现状，为独墅湖生态保护与污染防控提供参考。

2 材料与方法

2.1 样品采集

2020 年12 月期间，对环独墅湖表层水体（0～20 cm）进行采集（见图1），共获得8 个水样。每个点采集平行样，体积各1 L。

图1 采样点位置示意

2.2 样品分析

现场测试了透明度（SD）和pH 值等指标。参照国标法对样品TN、TP、氨氮和COD 进行分析。采用离子色谱仪（DIONEX，ICS－2000）测试氟化物含量。利用电感耦合等离子体质谱（ICP－MS，Thermo，X－SERIES 2）测试溶解态重金属含量。药品、试剂为分析纯及以上纯度，去离子水来自超纯水仪（MILLPORE，Milli－Q，18.2 MΩ·cm）。容器需经硝酸（10%，V/V）浸泡过夜，再用超纯水润洗3 次。设置质控样和样品空白各3 份，标准曲线线性系数R2＞0.999，元素回收率为91%～106%。

2.3 富营养化评价

按如下公式对独墅湖水体富营养化程度进行计算与评价［3-4］：

式中，TLI（∑）为综合营养状态指数；TLI（i）为第i 个因子的营养化指数；Wi为第i 个水质指标的富营养化权重；m 为参与富营养化评价因子的个数。

第i 个因子的权重计算公式为：

式中，ri为参与评价水质参数与叶绿素a（Chla）的相关系数。

TLI（∑）＜30 时，水体贫营养；30≤TLI（∑）≤50，水体中营养；50＜TLI（∑）≤60，水体轻度富营养；60＜TLI（∑）≤70，水体中度富营养；TLI（∑）＞70，水体重度富营养。水体富营养化评定指标选择TP，TN，COD，Chla 和SD 5 项。

2.4 污染评价

评价因子包括TP、TN、COD、氨氮、铜（Cu）、锌（Zn）、硒（Se）、砷（As）、汞（Hg）、镉（Cd）、六价铬（Cr6＋）、铅（Pb）和氟化物，参照地表水环境质量Ⅲ类标准限值对水质进行评价［5］。

2.4.1 单因子污染指数

单个水质指标的污染程度采用单因子污染指数进行评价，按如下公式计算：

式中，Pi为单因子污染指数；Ci为水质指标i 的实测浓度；Si为相应的水质标准值。

Pi＜1，水体未受污染；Pi＝1，水质处于临界状态；Pi＞1，水体受到了污染。

2.4.2 内梅罗综合污染指数

综合污染程度采用内梅罗综合污染指数法进行评价［6］，计算公式为：

式中，Pave和Pmax分别对应单因子Pi中的算术平均值和最大值。

该评价法将水质污染程度分为6 个水平，即：P＜0.5，清洁；0.5≤P＜1.0，尚清洁；1.0≤P＜2.0，轻度污染；2.0≤P＜5.0，中度污染；5.0≤P＜10.0，重度污染；P≥10.0，严重污染。

3 结果与分析

3.1 水体污染特征

独墅湖表层水体pH 值为7.81±0.31，呈中性偏弱碱性（见表1），与2005 年比较，水体有明显酸化趋势［2］。透明度均值为39.69 cm，变异类型为中等差异［7］。总Hg 含量属于Ⅳ类地表水，其他重金属含量较低，均满足Ⅰ类地表水标准。氨氮含量均值为0.12 mg/L，满足Ⅰ类地表水标准，且与2005 年数据相比有明显下降趋势。

TN、总Hg、COD 和TP 的空间分布特征如图2所示。独墅湖水体COD 含量均值为9.24 mg/L，满足Ⅰ类地表水限值（见表1），仅发现位于西北部的S4采样点COD 含量（23.52 mg/L）达到Ⅳ类地表水标准，其他区域COD 含量都满足Ⅰ类地表水标准。TP均值为0.03 mg/L，分布范围为0.013～0.049 mg/L，总体显示为Ⅲ类地表水。其中，S2 和S8 采样点的TP含量分别满足Ⅰ类和Ⅱ类地表水标准，其他区域的TP 含量达到Ⅲ类地表水标准。研究区水体TN 含量均值为3.26 mg/L，已超出Ⅴ类地表水限值，为劣Ⅴ类地表水。研究区水体总Hg 含量均值为0.11 μg/L，满足Ⅳ类地表水限值。分析可知，独墅湖水体总Hg 含量变异系数为0.98，呈现强变异型的空间分布特征，其中，S6 和S7 采样点的总Hg 含量显示为Ⅰ类地表水标准，S3～S5 采样点总Hg 满足Ⅲ类地表水标准，其他区域总Hg 含量达到Ⅳ类地表水标准。分析发现，S1 采样点水体总Hg 含量极高，达到了0.35 μg/L，从而导致整个研究区总Hg 含量均值偏高，若忽略计算该采样点总Hg 数值，独墅湖总Hg 含量将满足Ⅲ类地表水标准。

图2 独墅湖水体主要污染指标分布特征

自苏州工业园区建立以来，辖区内农业发展规模受到了明显削减，农业面源污染有明显减轻趋势，这可能是独墅湖TP 和氨氮下降的主要原因，但由于独墅湖水体与外界交流有限，以及工业污染的加剧，TN 和COD 含量增加明显。

3.2 综合富营养指数

独墅湖水体富营养评价见图3。

图3 独墅湖水体富营养评价

独墅湖水体综合富营养指数［TLI（∑）］平均值为32.36，为中营养状态，未达到富营养状态［TLI（∑）＞50］。研究表明，采样点S1，S5 和S7 显示贫营养，其他区域都显示中营养，其中，位于太湖西南部的S4采样点综合富营养指数相对较高［TLI（∑）＝39.4］，分析可知，该采样点周围分布较多住宅，人类活动强度较大，所以COD 含量相对偏高，导致该采样点［TLI（∑）］增加。SD，COD，Chla，TP，TN 的单个营养指数［TLI（∑），平均数±标准偏差］均值依次为：－19.6±5.1，55.0±17.6，28.4±3.3，36.6±9.2，64.0±5.1，采样点单个指标富营养化分布类型变异系数（Coefficient of Variation，CV）属于弱变异（0≤CV≤0.15）或中等变异（0.16≤CV≤0.35）［7］。

3.3 单因子污染指数

研究表明，TN 单因子污染指数为3.26±0.97，总Hg 单因子污染指数为11.23±11.01，两个指标的单因子污染指数呈严重污染状态，其他水质参数的单因子污染指数均显示为未污染。

3.4 内梅罗综合污染指数

由图4 可知，独墅湖水体内梅罗综合污染指数平均值为8.13，分布范围为1.79～24.83，水质总体显示为重度污染。位于独墅湖东北部的S6 和S7 采样点内梅罗综合污染指数都低于2.0，显示轻度污染。达到严重污染的采样点S1 和S8 分别位于半月湾与苏州独墅湖图书馆。分析可知，由于这两个采样点总Hg 含量较高，从而导致水质内梅罗综合污染指数偏高。因此，这两个采样点附近存在Hg 污染源。其他6个采样点的内梅罗综合污染指数均值为4.58，显示为中度污染。

图4 独墅湖水体内梅罗综合污染指数

3.5 重金属分布特征

由表1、图5 可知，独墅湖表层水体重金属除Hg元素外含量均较低。总体来看，重金属浓度（μg/L）均值由高到低依次为：As（1.38）＞Zn（0.97）＞Cu（0.62）＞Se（0.46）＞Cr（0.34）＞Hg（0.11）＞Pb（0.03）＞Cd（0.01）。8 种重金属总量较高的采样点位于S2 和S4，这两处的Zn 含量明显高于其他区域，其中S2 位于苏申外港，而该港两端分别与京杭运河和吴淞江相连，水体更容易受到污染。S4 采样点位于独墅湖西北部，该采样点附近有较多的住宅与商业设施，因此可能有更多的污染物流入，从而导致水体Zn 元素也明显高于其他区域。Cr（Ⅵ）在研究区分布较为均匀，变异系数显示为弱变异型（CV＝0.13）；As，Cu，Pb 和Se 显示为中等变异（CV 在0.16～0.35 之间）；Cd，Hg 和Zn 显示为强变异（CV＞0.36）。

图5 独墅湖水体重金属分布特征

参照有关重金属水质基准，独墅湖水体Hg 含量虽然相对较高，但未超出我国淡水水生生物Hg 慢性水质基准限值（LTHC5：0.467 μg/L）［8］，Hg 元素对水生生物也不具有明显的潜在危害。Pb，Cd 和Zn 含量也均未超出水生生物慢性或急性基准数值，显示较高的安全性［9-12］。

4 结论

通过独墅湖表层水体污染现状研究可知，该湖泊当前富营养化等级为中营养化状态，未达到富营养化等级。单因子污染指数显示，TN 和总Hg 污染相对严重，其含量分别达到了劣Ⅴ类和Ⅳ类地表水限值，TP 含量达到Ⅲ类地表水标准，其他水质因子都满足Ⅰ类地表水标准。单因子污染指数显示，TN 和总Hg 是研究区主要的污染因子，污染累积贡献率占全部污染负荷的90.18%。内梅罗综合污染指数结果显示，研究区水质呈重度污染状态，主要原因是S1，S8 采样点总Hg 含量严重超标。