城市河流是我国水体环境的重要组成部分，伴随着工业化程度的提高、 城市化进程的不断加快以及人口的不断增加，其遭到的污染日趋加重，水质不断恶化^[1]，其中，水体富营养化就是一个极为典型的问题^[2]，已经严重影响到城市水资源的利用和经济的可持续发展^{[3, 4]}，其治理已成为世界性的难题^[5]. 学者们在不同空间尺度上对江、 河、 湖、 库以及近海水域的富营养化机理做了大量的研究，指出氮、 磷是水体富营养化主要的限制性因素^{[6, 7]}，然而，大部分研究主要集中在城市干流流域，对其支流研究甚少^[8]. 目前，很多城市次级河流已成为城市的排污沟，这一情况使得城市环境进一步恶化^[9]； 城市次级河流作为城市河流的网络基础组成部分^[10]，与城市有着密切的联系，受城市居民生活的影响更为强烈. 次级河流富营养化不仅会导致河流本身的经济、 生态、 环境功能下降，也是导致其受纳水体(注入河流、 湖泊、 水库、 海湾等)污染的重要原因^{[11,12,13,14]}. 因此，全面了解城市次级河流氮、 磷营养盐时空动态及富营养化状况，有助于制定相应的治理措施，可以有效地预警和预防城市河流水体富营养化的产生，保障城市河流功能的正常发挥.

重庆主城区位于长江、 嘉陵江交汇处和三峡库区尾部，是我国西南部最大的中心城市区域. 城区内中小河流稠密，为改善重庆主城区的小气候起到了很大的贡献，但是同全国很多城市一样，近年来重庆也面临河流污染和富营养化的困扰，虽然主城区已实现污水截流，但排水管网渗漏以及城市非点源污染等仍然对水体水质造成威胁. 目前重庆段长江与嘉陵江的水质均为《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中的Ⅲ类标准，而次级河流往往以高于Ⅴ类水质标准流入长江与嘉陵江，对两江水质造成极大的危害. 张千千等^[15,16]在2011年对重庆市九龙坡区盘溪河的研究中，指出盘溪河氮、 磷浓度四季均超出地表水Ⅴ类标准. 目前，有关重庆市主城区次级河流的研究主要集中在某条河流日变化或季变化方面，对主城区次级河流缺乏专门、 系统的调查和深入研究. 鉴于此，本研究以重庆市主城区朝阳河、 伏牛溪、 盘溪河、 花溪河、 跳蹬河和清水溪河流为研究对象，在连续12个月每月2次的水样采集和分析测试基础上，分析水体氮、 磷污染动态特征与富营养化水平，并探究影响重庆水体水质的主要原因，以期为山地城市次级河流生态环境治理、 规划与评价提供重要参数.

重庆主城区地处青藏高原与长江中下游平原过渡地带的四川盆地东南部，居于川东平行岭谷与川中丘陵、 川南山地的结合部. 属中亚季风区，冬季受偏北季风控制，夏季受偏南季风影响，平均气温多在16~18℃之间，年降雨量大部分地区为1 000~1 200 mm，75％～80％以上的雨量主要集中在5～10月. 主城区共有14条次级河流，其中，朝阳河位于重庆市渝北区境内，全长约45 km，发源于古路镇新桥水库，流经王家镇、 石坪镇，铁山坪镇，于唐家沱汇入长江； 伏牛溪位于重庆市大渡口区，全长15.3 km，发源于大渡口简家岩，于伏牛溪火车站汇入长江； 盘溪河是嘉陵江的支流，全长约11 km，流域地跨重庆市江北区和渝北区，总汇水面积29.12 km²，上游主要是几个水库、 公园和商业区，中游以商业区为主，下游主要以居民住宅区和工业区为主； 花溪河发源于南泉镇，流经南彭镇、 界石镇、 南泉镇、 花溪镇，最后于李家沱街道汇入长江，位于重庆市巴南区境内，流域面积268.46 km²，河道总长63.62 km； 跳磴河发源于九龙坡区，流经华岩镇、 跳磴镇，于大渡口区土地岚垭汇入长江，全长约47 km； 清水溪位于重庆市沙坪坝区，全长15.88 km. 发源于歌乐山山洞龙井，流经上桥镇、 天星桥、 杨公桥，于瓷器口古镇汇入嘉陵江.

通过多次对6条河流进行实地考察、 调研，并严格按照地表水和污水监测技术规范(HJ/T 91-2002)及文献^[17]确定每条河流的5个断面监测点(图 1)，其中朝阳河监测断面编号为C1～C5，伏牛溪监测断面编号为F1～F5，盘溪河监测断面编号为P1～P5，花溪河监测断面编号为H1～H5，跳蹬河监测断面编号为T1～T5，清水溪监测断面编号为Q1～Q5，各监测断面均自上游到下游依次编号. 监测频率为每月2次，每次野外采样从08:00~14:00，在河流中部采集浅表 0.3~0.5 m处河水，采集量为1 000 mL，装入洁净的1 000 mL聚乙烯瓶中，样品采集后用硫酸酸化保存，1 d内带回实验室完成分析. TN(过硫酸钾氧化-紫外分光光度法，GB 11894-89)、 TP(钼酸铵分光光度法，GB 11894-89)、 各样品均进行3个平行样分析，求平均值所得.

图 1

Fig. 1

图 1 重庆主城区主要水系与采样点分布示意 Fig. 1 Distribution of main river reaches and sampling sites in Chongqing City

分别计算了6条河流各监测点距河口的距离，并对应计算出各监测点不同季节的TN、 TP质量浓度，求出不同季节各次级河流水体TN、 TP质量浓度变化与距河口距离的线性回归方程，其斜率反映了各次级河流的污染物质量浓度递增率.

重庆市主城区次级河流多为雨源性河流，河流流速低、 流量小、 水体交换能力较差、 营养盐累积现象较为严重，根据次级河流的特点，采用中国环境监测总站推荐的综合综合营养状态指数法(TLI)作为富营养化评价方法. 该方法采用0～100一系列连续数字对水体营养状态进行分级，分级方法见表 1. 在同一营养状态下，指数值越高，其营养程度越重. 本研究选取TP和TN作为评价因子，其各自影响权重及具体计算方法见文献^[18].

表 1(Table 1)

表 1 富营养程度评价标准 Table 1 Criteria of eutrophication assessment 营养程度 贫营养 中营养 富营养 轻度富营养 中度富营养 重度富营养 评分 TLI＜30 30≤TLI≤50 TLI＞50 50＜TLI≤60 60＜TLI≤70 TLI＞70

表 1 富营养程度评价标准 Table 1 Criteria of eutrophication assessment

本研究数据处理与分析均采用SPSS 18.0和Excel 2007统计软件，并用Originpro 8.0软件进行图像绘制.

对次级河流水质进行了12个月24次定点监测. 表 2是每月监测点水质TN、 TP变化特征，监测期间水体中TN和TP大体为劣于《国家地表水环境质量标准》(GB/T 3838 2002)V类水最小允许值(2mg ·L^-1和0.4mg ·L^-1)，氮污染相对严重，其中TN月平均质量浓度在2.38~20.41mg ·L^-1之间，年平均质量浓度为9.10mg ·L^-1，30个监测点TN年平均质量浓度均超过V类水质标准，超标率为100%. TP月平均质量浓度在0.16~1.90mg ·L^-1之间，年平均质量浓度为0.71mg ·L^-1，30个监测点TP年平均质量浓度超标率高达80.00%. 从TN、 TP月变化结果来看，每月多数监测点TN与TP质量浓度都超出地表水V类标准，并远超过国际上广泛认可的发生水体富营养化的临界浓度(TN为0.2mg ·L^-1，TP为0.02mg ·L^-1)^[19]，表明氮、 磷生源要素完全可以满足藻类生长的需要，一旦温度、 光照、 水动力条件等适宜，藻类就可能快速生长、 繁殖，从而导致水质恶化^[20].

表 2(Table 2)

表 2 TN、 TP质量浓度月变化基本特征 Table 2 Basic characteristics of TN and TP monthly variation 监测时间 TN/mg·L-1 超标率(Ⅴ类)/% TN/mg·L-1 超标率(Ⅴ类)/% 最小值 最大值 平均值 最小值 最大值 平均值 2013-04 3.09 20.04 9.04 100.00 0.07 3.88 0.66 53.33 2013-05 2.87 16.9 8.41 100.00 0.15 1.67 0.84 80.00 2013-06 1.36 15.8 7.22 96.67 0.16 1.52 0.49 50.00 2013-07 1.68 12.85 6.47 96.67 0.06 1.38 0.47 56.67 2013-08 0.44 15.59 6.69 90.00 0.06 1.49 0.67 76.67 2013-09 1.33 19.06 7.57 93.33 0.09 1.15 0.45 43.33 2013-10 4.14 24.71 10.09 100.00 0.12 2.90 0.78 76.67 2013-11 3.13 18.29 9.24 100.00 0.13 1.52 0.48 46.67 2013-12 1.82 26.36 9.84 93.33 0.15 3.47 0.97 80.00 2014-01 1.43 32.18 12.4 96.67 0.09 3.05 1.1 86.67 2014-02 1.24 30.6 11.9 96.67 0.31 2.96 0.97 86.67 2014-03 2.50 22.74 10.33 100.00 0.12 1.43 0.61 70.00 平均值 2.38 20.41 9.10 100.00 0.16 1.9 0.71 80.00

表 2 TN、 TP质量浓度月变化基本特征 Table 2 Basic characteristics of TN and TP monthly variation

由于各河流流域受到人类不同程度的影响，因此选择6条河流下游河口处监测点的指标值代表不 同次级河流流经城市累积后的河流污染物的含量.

采用综合营养状态指数法(TLI)来评价重庆主城区次级河流的营养盐状态. 6条河流水体富营养化程度评价结果见图 2. 可以看出，所有河流在各季节均处于富营养化状态，其中清水溪河流春季富营养化

图 2

Fig. 2

图 2 各河流营养化状态评价 Fig. 2 Assessment of nutrition states of the rivers

状态(TLI值分别为84.53)，为季节富营养化状态最严重的河流. 根据全年营养状态指数大小，得到水体富营养化程度排序：盘溪河＞清水溪＞跳蹬河＞花溪河＞伏牛溪＞朝阳河.

各河流TN、 TP季节差异性较大(表 3). 朝阳河与盘溪河TN、 TP无显著季节差异性； 伏牛溪与花溪河TN均于春、 秋季； 夏、 春季； 秋、 冬季与春季表现出显著季节差异，TP各季节无显著差异性； 跳蹬河TN在春、 夏季，春、 秋季表现出显著性差异，TP无显著季节差异性； 清水溪河流TN在春、 秋季，秋、 冬季均表现出显著性差异. 各河流TN和TP不同季节都超出地表水V类标准，最大值分别出现于清水溪河流的春季与冬季分别为23.98mg ·L^-1和2.04mg ·L^-1，最小值出现于秋季的花溪河与伏牛溪河流分别为5.56mg ·L^-1和0.35mg ·L^-1. 总体而言各河流春、 冬季的TN、 TP污染物质量浓度值高于夏、 秋季.

表 3(Table 3)

表 3 各河流TN、 TP质量浓度季变化 Table 3 Seasonal change of TN and TP of each river/mg ·L-1 指标-河流 春季均值(n=6) 夏季均值(n=6) 秋季均值(n=6) 冬季均值(n=6) P值 TN-朝阳河 8.55±2.54a 6.86±1.00a 6.08±1.04a 8.07±0.86a 0.309 5 TN-伏牛溪 12.46±0.17a 8.52±1.48b 6.21±1.31c 9.81±1.17b 0.001 6 TN-盘溪河 13.75±3.55a 12.12±2.27a 11.65±2.73a 14.95±0.81a 0.359 1 TN-花溪河 13.16±1.52a 8.91±0.55b 5.56±1.05c 9.41±2.08b 0.001 5 TN-跳蹬河 17.98±3.52a 10.40±2.35b 11.43±2.69b 13.80±1.43ab 0.036 5 TN-清水溪 23.98±4.33a 18.53±2.06ab 15.21±4.46b 21.50±0.99a 0.045 TP-朝阳河 0.63±0.21a 0.50±0.09a 0.58±0.18a 0.59±0.22a 0.080 1 TP-伏牛溪 0.85±0.15a 0.53±0.27a 0.35±0.12a 0.58±0.23a 0.107 2 TP-盘溪河 1.25±0.45ab 1.18±0.51ab 0.95±0.46a 1.41±0.48ab 0.616 4 TP-花溪河 0.72±0.15a 0.73±0.32a 0.46±0.12a 0.52±0.19a 0.282 5 TP-跳蹬河 1.07±0.43a 0.60±0.24a 0.53±0.16a 1.20±1.02a 0.411 2 TP-清水溪 1.89±0.62ab 1.47±0.33ab 1.09±0.39ab 2.04±0.56a 0.166 7 1)表中数据位mean±S.D；n为每月监测次数与月份数的乘积； 相同字母表示无显著的差异(P＞0.05)

表 3 各河流TN、 TP质量浓度季变化 Table 3 Seasonal change of TN and TP of each river/mg ·L-1

表 4表明6条河流TN污染物质量浓度递增率在不同季节变化差异较大，但总体而言，河流在各季节TN污染物质量浓度从上游向下游含量逐渐增加，如朝阳河、 盘溪河、 花溪河和跳蹬河，这种从上游到下游增加的趋势，在盘溪河最为显著(P＜0.05)，从上游向下游TN污染物质量浓度递增率在春、 夏、 秋、 冬季分别达到了1.25、 1.10、 1.09和1.20mg ·(L ·km)^-1，而伏牛溪与清水溪河流分别在秋季与冬季表现出了迥异现象，上游TN污染比较严重，而下游污染较轻，TN污染物质量浓度递增率分别为-0.28mg ·(L ·km)^-1和-0.59mg ·(L ·km)^-1. TP污染物质量浓度递增率与TN表 现出相似的规律(表 5)，大部分河流在各季节TP污

表 4(Table 4)

表 4 TN污染物质量浓度递增率 Table 4 Gradually increasing rate of TN pollutant 次级河流 指标值 春 夏 秋 冬 TN浓度递增率/mg·(L·km)-1 -0.30 -0.21 -0.18 -0.28 朝阳河 R2 0.39 0.51 0.34 0.28 P 0.29 0.18 0.31 0.36 TN浓度递增率/mg·(L·km)-1 -0.87 -0.02 0.28 -0.18 伏牛溪 R2 0.61 0.001 0.16 0.10 P 0.12 0.94 0.50 0.61 TN浓度递增率/mg·(L·km)-1 -1.25 -1.10 -1.10 -1.20 盘溪河 R2 0.82* 0.91** 0.85* 0.88* P 0.03 0.01 0.03 0.02 TN浓度递增率/mg·(L·km)-1 -0.11 -0.06 -0.09 -0.07 花溪河 R2 0.68 0.59 0.62 0.87* P 0.09 0.13 0.12 0.02 TN浓度递增率/mg·(L·km)-1 -0.39 -0.10 -0.26 -0.26 跳蹬河 R2 0.92* 0.48 0.84* 0.61 P 0.01 0.19 0.03 0.12 TN度递增率/mg·(L·km)-1 -0.70 -0.67 -0.69 0.59 清水溪 R2 0.12 0.51 0.43 0.06 P 0.56 0.18 0.23 0.69

表 4 TN污染物质量浓度递增率 Table 4 Gradually increasing rate of TN pollutant

表 5(Table 5)

表 5 TP污染物质量浓度递增率 Table 5 Gradually increasing rate of TP pollutant 次级河流 指标值 春 夏 秋 冬 TP浓度递增率/mg·(L·km)-1 -0.02 -0.02 -0.02 -0.02 朝阳河 R2 0.39 0.56 0.32 0.47 P 0.26 0.14 0.32 0.20 TP浓度递增率/mg·(L·km)-1 0.01 0.10 0.07 0.10 伏牛溪 R2 0.01 0.38 0.22 0.21 P 0.90 0.27 0.42 0.44 TP浓度递增率/mg·(L·km)-1 -0.09 -0.09 -0.09 -0.12 盘溪河 R2 0.93** 0.82* 0.87** 0.92** P 0.01 0.03 0.02 0.01 TP浓度递增率/mg·(L·km)-1 -0.01 -0.01 -0.001 -0.01 花溪河 R2 0.25 0.64 0.51 0.59 P 0.39 0.10 0.18 0.13 TP浓度递增率/mg·(L·km)-1 -0.03 0.02 0.02 -0.01 跳蹬河 R2 0.42 0.53 0.83* 0.07 P 0.24 0.16 0.03 0.67 TP浓度递增率/mg·(L·km)-1 -0.06 -0.06 0.05 0.04 清水溪 R2 0.20 0.63 0.37 0.02 P 0.44 0.11 0.27 0.83

表 5 TP污染物质量浓度递增率 Table 5 Gradually increasing rate of TP pollutant

染物质量浓度从上游到下游逐渐增加，比如朝阳河、 盘溪河和花溪河，同TN污染物一样，这种增加趋势也在盘溪河最为显著，从上游向下游TP污染物质量浓度递增率在春、 夏、 秋、 冬季分别达到了0.10、 0.10、 0.10和0.13mg ·(L ·km)^-1，其次在跳蹬河河流的秋季也较为显著； 但也有例外，如伏牛溪、 跳蹬河与清水溪河流分别在四季、 夏秋季和秋冬季，上游TP污染物质量浓度比下游污染物质量浓度高，如伏牛溪各季节的TP污染物质量浓度递增率分别为-0.01、 -0.10、 -0.07和-0.10mg ·(L ·km)^-1，跳蹬河夏秋季TP污染物质量浓度递增率为-0.02mg ·(L ·km)^-1，而清水溪河秋冬季TP污染物质量浓度递增率分别达到-0.05mg ·(L ·km)^-1和-0.04mg ·(L ·km)^-1.

城市次级河流往往要接纳大量的城市生活污水和城市地表的化学径流污染. 重庆市多属山地、 丘陵地形，人地矛盾十分突出，在这种形势下，为了提高城市用地效益，人们对土地的利用强度不断加大，从而使降雨形成的地表径流在流经住宅区、 商业区、 街道和停车场时，地表聚集的一系列污染物含量不断上升，如氮、 磷、 有毒物质及杂物等，进而通过经地表径流和排水管网的传输，进入城市河流中，最终经次级河流进入长江与嘉陵江. 根据文献^[21]，重庆盘溪河不透水地表年污染负荷TN为80.3 t，TP为6.3 t，已对盘溪河水体水质构成严重的危害. 段丙政^[22]对重庆老城区面源污染的研究发现，街区径流中TP平均浓度(EMC)为2.55~4.64 mg ·L^-1，TN的EMC值达到12.63~14.47 mg ·L^-1，与上海市^[23]、 合肥市^[24]相比，重庆主城区非点源氮磷污染也已较为严重. 事实上，由于重庆市主城区次级河流沿岸分布有大量的城镇，目前，这些城镇基本未建设相应的污水处理设施，所产生的生活污水大多直接排入次级河流； 同时，由于绝大部分城镇生活垃圾未经处置，所产生的垃圾渗滤液也直接或间接地进入次级河流水体. 重庆的降水特征：5~10月为丰水期，1~4月为枯水期，表 2显示重庆市主城区次级河流枯水期TN、 TP远远高于丰水期，因此，重庆市主城区次级河流除了受非点源氮磷污染以外，而城镇生活污水和生活垃圾渗滤液等点源氮磷污染对主城区次级河流水质的影响更加严重.

根据重庆区域气候特征，划分1~3月为春季、 4~6月为夏季、 7~9月为秋季、 10~12月为冬季. 根据表 2可知，总体上TN、 TP浓度较大值基本都出现在春冬季，较小值出现在夏秋季，这与不同季节降水量有关^[25]，除此之外，TN、 TP浓度在夏、 秋季节较低，也可能与水温较高有关，水温较高时有利于水体微生物活动，反硝化强度加大，消耗了迁移到水体的无机氮^[26]，且藻类等浮游植物生长迅速，消耗大量的无机氮磷，从而降低了水体中的营养盐，而春、 冬季水温低，植物、 微生物对水体营养盐的利用降低，而死亡藻类等的分解代谢及地层营养盐的释放，均有利于表层水体营养盐浓度的升高.

整个采样期间，盘溪河、 跳蹬河和清水溪河流的TN、 TP浓度显著高于其他河流，并且变化幅度较大，其中TN浓度变化范围分别为7.55~17.32、 7.07~18.85和10.33~26.89 mg ·L^-1，TP浓度变化范围分别为0.58~1.73、 0.28~2.10和0.66~2.40mg ·L^-1，远高于地表水的Ⅴ类标准，盘溪河、 跳蹬河和清水溪水体在氮磷方面表现出的迥异现象，与河流两岸点源污染有关，其中盘溪河两岸居住了十几万居民，以居民住宅区和工业区为主，近几年来河岸建筑开发越来越多，而排水系统未能跟上，导致生活污水直接排入河流，加之红岩水库、 汪家桥暗渠等处涌出的污水日渐污染盘溪河，严重影响了盘溪河的水质状况； 跳蹬河主要流经厂矿集中的中梁山地区，大量工业污染水及厂矿家属区的生活污水汇入其中，造成较严重的污染； 清水溪河岸存有大量生活污水汇入，每天的污水排放量达到5万~6万t^[10]，并清水溪下游的截流管网与河道标高之间存在很大差异，清水溪下游黑水无法进入主城排污管网，造成水体严重的污染.

在监控周期内(2013年4月~2014年3月)，各次级河流水体中TN、 TP严重超标，TN月平均质量浓度为地表水V类标准的3~5倍之多，TP为1.5~3倍之多，12个月30个监测点，TN的超标率到达96.94%，TP到达61.11%. 次级河流水体氮、 磷营养盐质量浓度严重超标，势必造成水体富营养化. 本研究采用综合营养状态指数法，通过计算水体富营养化评价综合指数，评价了6条河流上游及下游河口处水体的营养状态. 无论是时间尺度还是空间尺度，次级河流水体都处于富营养状态(图 2). 次级河流水体富营养化虽不直接影响城市居民用水，但通过汇入嘉陵江与长江间接对居民用水造成污染，并营养化水体中蓝藻常于夏季大量繁殖，在水面形成一层蓝绿色且有腥臭味的浮沫(伏牛溪上游与花溪河下游水体已观测到)，引起水质恶化，严重时会耗尽水中溶氧造成鱼类死亡，进而导致水生态系统紊乱，水生生物种类减少，多样性受到破坏，严重危害水生态系统健康^[27]，进而对城市生态系统造成严重危害. 随着经济发展，大量营养物排入，重庆主城区次级河流水体富营养化问题已十分严重，影响到河流水生态恢复，这将成为城市河流水环境质量的新问题和关注点.

(1)各河流总体上表现出春冬季TN、 TP大于夏秋季，这主要与流域点源污染有关，其次降水量和温度对TN、 TP的季节变化也有一定的影响.

(2)不同季节TN、 TP的空间变化表明：TN、 TP与各次级河流监测点距河口距离浓度递增率总体呈现平缓下降的趋势，各季节大部分河流污染物质量浓度从上游向下游逐渐增加，受到同等生态过程的影响.

(3)重庆市主城区次级河流TN、 TP营养盐都处于富营养化状态，水体污染严重. 因此，应加大力度防止重庆市主城区次级河流的进一步污染，预防富营养化现象的发生.