世界范围内，跨区域性的调水工程被广泛应用于灌溉、防洪、供水以及发电等领域，而大量的清水引入也被很多国家作为治理湖泊或水库富营养化的有效途径^[1,2]. 为保障望虞河两岸、江苏、上海等地区用水，改善太湖水质，2002年起实施“引江济太”调水工程. “引江济太”工程是通过长江口常熟水利枢纽和太湖口望亭立交水利枢纽工程调度，经望虞河将长江水引入太湖，并通过太浦河由太湖向上海等下游地区供水. 配合流域内其它诸多水利工程的优化调度，工程实施可缩短太湖换水周期，改善太湖水环境，优化水资源配置，缓解地区用水紧张状况，达到“以动治静、以清释污、以丰补枯、改善水质”的调水目标^[3,4].

有研究表明，长江望虞河河口下游15 km处长江徐六泾断面的高锰酸盐指数、TN、NH₄⁺-N、PO^3-₄-P浓度均低于太湖，虽然TP浓度略高于太湖TP平均值，但优于梅梁湾、竺山湖等一些湖湾^[1,5]. 在一定程度上，“引江济太”有利于改善太湖水质，减轻蓝藻水华^{[6, 7, 8, 9]}，但势必会引起长江水及其沿程河流的污染物汇入太湖^[10,11]，曹卉等^[12]对2005~2009年贡湖环湖带河网污染物负荷及输移规律进行研究，结果显示，与贡湖湾进行水体交换的河道主要为苏州河网和望虞河，望虞河总体流量表现为出湖略大于入湖，污染负荷总体表现为入湖，且平均入湖污染负荷量COD为416.42 t ·a^-1，TP为29.84 t ·a^-1，TN为598.32 t ·a^-1，NH₄⁺-N为254.28 t ·a^-1. 高怡等^[13]研究认为“引江济太”将会引起太湖TP和TN的输入，且望虞河沿线支流的污染物输入也不可避免地影响太湖水质. 张又等^[14]通过建立马尔科夫模型分析了2008年“引江济太”调水对望虞河水质的影响，结果发现调水对望虞河水质整体上有明显的改善，但望虞河西岸的重度污染区阻碍了望虞河水质改善的效果. 随着“引江济太”工程的不断进行，目前针对“引江济太”期间长江、望虞河污染物输入情况的研究仍然比较欠缺，本研究即根据2013年“引江济太”工程不同时期长江、望虞河引水过程中的水体实测数据，重点探讨长江、望虞河对太湖贡湖的营养盐输入特征，旨在为贡湖供水安全以及太湖水环境的科学管理和治理工作提供依据. 1 材料与方法 1.1 采样区域概况

贡湖位于太湖东北部，长约19 km，宽7~8 km，水域面积147 km²，仅西南面开敞与大太湖水体相通. 贡湖是“引江济太”的通道，也是金墅湾、南泉、锡东3处集中式饮用水水源地所在^[1].

望虞河位于太湖流域北部，河道底宽80~90 m，河底高程3.0 m，南起太湖边沙墩口，流向东北，在耿径口入长江，总长60.8 km，入湖、入江口分别设有望亭水利枢纽和常熟水利枢纽，既是流域洪水外排长江的主要河道，又是目前唯一一条将长江水源直接引入太湖的通道，具有行洪、排涝、引水、航运等综合利用功能^[15]. 1.2 采样点设置

在长江段、望虞河段和太湖贡湖段共计设置20个采样点，其中长江段(望虞河引水段)6个，编号为C1~C6；望虞河段5个，编号为W7~W11(W8采样点位于嘉陵荡上游、W9采样点位于鹅真荡下游、W10采样点位于漕湖下游、W11采样点位于望虞河贡湖入口附近)；贡湖段9个，编号为G7~G15(G7采样点位于锡东水厂取水口处，其与望虞河入湖口W11采样点较为接近，是受望虞河引水输入影响较显著的区域，G9采样点位于南泉水厂取水口处，G15采样点位于金墅湾水厂取水口处)(图 1). 分别于2013年8月和2013年12月“引江济太”期间两次采样，2013年8月采样期间受持续性降雨和风浪较大等条件限制，本次未对长江段的6个采样点取样，W7采样点位于长江和望虞河交汇处，用该点代表采样期间长江段的水质状况.

图 1

Fig. 1

图 1 采样点分布示意 Fig. 1 Distribution diagram of sampling sites

根据水质采样第四部分：湖泊和水库采样指导(GB/T 14581-93)的原则进行样品采集和预处理，现场采样时利用采水器采集表层水样，取50 mL经0.45 μm滤膜过滤后加入1~2滴氯仿，于50 mL干净的塑料瓶中冷藏保存，用于测定水体中的NO^-₂-N、NO₃^--N、NH₄⁺-N、TDN、PO^3-₄-P和TDP质量浓度. 其余水样则储于500 mL塑料瓶中冷藏保存，用于测定其中的TN、TP质量浓度. 1.4 分析方法

水体中NO^-₂-N、NO₃^--N、NH₄⁺-N、TDN、

TN、PO^3-₄-P、TDP、TP采用表 1列出的方法进行测定^{[16, 17, 18]}. 溶解态总有机氮(DON)质量浓度由溶解态总氮(TDN)质量浓度减去无机态总氮(NO^-₂-N、NO₃^--N、NH₄⁺-N质量浓度之和)质量浓度；颗粒态总氮(TPN)质量浓度由水体总氮(TN)质量浓度减去溶解态总氮(TDN)质量浓度；溶解态总有机磷(DOP)质量浓度由溶解态总磷(TDP)质量浓度减去水体磷酸盐(PO^3-₄-P)质量浓度；颗粒态总磷(TPP)质量浓度由总磷(TP)质量浓度减去溶解态总磷(TDP)质量浓度. 实验中测得的所有数据均以N或P来计.

表 1(Table 1)

表 1 化学分析方法 Table 1 Methods of chemical analysis 编号 实验内容 实验方法 1 现场监测水质参数 美国YSI6600V2型便携式多参数水质监测仪 2 NO-2-N 萘乙二胺分光光度法 3 NO3--N 经镉柱还原法将水体NO3--N还原为NO-2-N后，采用萘乙二胺分光光度法测定 4 NH4+-N 水杨酸-次氯酸盐光度法 5 TDN 现场过滤后的水样经过5%的碱性过硫酸钾消解后，按照水体NO3--N的测定方法测定 6 TN 原水样经过5%的碱性过硫酸钾消解后，按照水体NO3--N的测定方法测定 7 PO3-4-P 磷钼蓝分光光度法 8 TDP 现场过滤后的水样经过5%的碱性过硫酸钾消解后，按照水体PO3-4-P的测定方法测定 9 TP 原水样经过5%的碱性过硫酸钾消解后，按照水体PO3-4-P的测定方法测定

表 1 化学分析方法Table 1 Methods of chemical analysis

两个引水时期长江-望虞河-贡湖水体各形态N质量浓度如图 2所示.

图 2

Fig. 2

图 2 不同引水时期长江-望虞河-贡湖水体N质量浓度变化特征Fig. 2 Changes of various N mass concentrations within different water transfers

2013年8月和12月长江-望虞河-贡湖水体中 NO^-₂-N、NO₃^--N和DON质量浓度沿程变化显著，NH₄⁺-N、TPN和TN质量浓度沿程较平缓，呈波峰波谷交替出现的变化，NO^-₂-N质量浓度沿程变化趋势：望虞河段>长江段>贡湖段，而NO₃^--N质量浓度沿程变化趋势：长江、望虞河段显著高于贡湖段，DON质量浓度沿程变化趋势则与NO₃^--N相反. 从时间变化来看，2013年8月水体的DON质量浓度总体上高于12月；而NO₃^--N则相反. 具体分析如下.

2013年8月NO^-₂-N质量浓度从望虞河长江引水处(W7)向下游逐渐增加，至贡湖G7采样点达到最高值，但贡湖其他采样点NO^-₂-N质量浓度均低于检测限. 2013年12月W7采样点NO^-₂-N质量浓度为0.005 mg ·L^-1，与长江段NO^-₂-N平均质量浓度(0.007 mg ·L^-1)相差不大，之后逐渐增加，至W11采样点达到最高值0.027 mg ·L^-1，入贡湖后，NO^-₂-N质量浓度迅速降低[图 2(a)].

2013年8月望虞河长江引水处(W7)NO₃^--N质量浓度为1.350 mg ·L^-1，望虞河段(W8~W11) NO₃^--N质量浓度均高于望虞河长江引水处，贡湖段NO₃^--N质量浓度迅速降低，贡湖接近湖心部分的G9~G14采样点NO₃^--N质量浓度低于检测限. 2013年12月长江段NO₃^--N平均质量浓度与望虞河段相差不大，且显著高于贡湖段，但贡湖G7采样点NO₃^--N质量浓度为2.337 mg ·L^-1，与望虞河段NO₃^--N质量浓度持平，受望虞河引水影响显著[图 2(b)].

两个采样周期内，NH₄⁺-N质量浓度高低起伏不一，2013年8月望虞河NH₄⁺-N质量浓度从W7采样点逐渐降低，至W10、W11低于检测限，贡湖除G8、G9和G15这3个采样点外，其余采样点NH₄⁺-N质量浓度也低于检测限. 与国家地表水环境质量标准(GB 3838-2002)相比，2013年12月除长江段C5采样点为劣V类水质外，大部分采样点的NH₄⁺-N处于Ⅱ或Ⅲ类水质[图 2(c)].

2013年8月望虞河长江引水处(W7) DON质量浓度为1.712 mg ·L^-1，至W8采样点时迅速降至低于检测限，之后又迅速升高至W11采样点0.791 mg ·L^-1，贡湖段DON质量浓度总体上高于望虞河段，且DON的最高值出现在贡湖G9采样点. 2013年12月长江、望虞河和贡湖段水体DON质量浓度的沿程变化与8月相似 [图 2(d)].

2013年8月望虞河长江引水处(W7) TPN质量浓度最高，为4.158 mg ·L^-1，之后至W11采样点时TPN质量浓度已降至低于检测限，贡湖段G13、G14这2个采样点TPN质量浓度也低于检测限. 2013年12月长江和望虞河段TPN质量浓度沿程变化较为平缓，质量浓度处于较低水平，而贡湖段则相反，各采样点TPN质量浓度变化幅度较大，平均质量浓度高于长江和望虞河段 [图 2(e)].

2013年8月望虞河长江引水处(W7) TN质量浓度为8.762 mg ·L^-1，至W8采样点时迅速降至3.124 mg ·L^-1，之后至W11采样点进一步降至2.218 mg ·L^-1，贡湖段TN质量浓度变化幅度较大. 2013年12月长江和望虞河段水体TN质量浓度总体表现平稳，介于2.974~4.848 mg ·L^-1之间，平均质量浓度分别为3.398 mg ·L^-1和3.407 mg ·L^-1，贡湖段水体除G7、G10~G12采样点TN质量浓度较高(介于3.110~5.547 mg ·L^-1)外，其余各采样点均较望虞河段有所降低 [图 2(f)]. 2.2 长江、望虞河各形态N对贡湖的输入特征

两个采样时期内，长江和望虞河段水体NO₃^--N是主要N形态. 2013年8月望虞河长江引水处(W7) NO₃^--N百分含量为15.41%，远远小于望虞河W8~W11采样点NO₃^--N百分含量(52.09%~72.47%)(图 3、图 4)，而与此同时，W7采样点TPN百分含量为47.46%，远高于W8~W11采样点，这说明在引水期间TPN为望虞河长江引水的主要N形态，之后TPN百分含量降低，反之NO₃^--N百分含量相对增加. 另外，8月引水期间，望虞河入湖口附近的G7采样点各形态N百分含量与W11采样点相似，说明贡湖受望虞河引水输入的影响显著，与长江、望虞河相比，贡湖其他采样点NO₃^--N百分含量迅速降低，G9~G14采样点甚至低于检测限，与此相对应的是DON百分含量迅速增加. 2013年12月长江和望虞河段水体NO₃^--N平均百分含量分别为65.58%和67.74%，是该时期望虞河引水过程中水体N输入的主要形态，与此同时，贡湖NO₃^--N平均百分含量只有12.03%，远低于长江和望虞河水体，而贡湖G7采样点NO₃^--N百分含量为75.13%，稍高于望虞河W11采样点(64.43%)，说明贡湖水体NO₃^--N受望虞河输入影响显著，需要注意的是，贡湖其他采样点各形态N百分含量表现不一.

图 3

Fig. 3

图 3 8月各形态N占TN的百分比 Fig. 3 Percentage of various N species in August

图 4

Fig. 4

图 4 12月各形态N占TN的百分比 Fig. 4 Percentage of various N species in December

两个引水时期，长江-望虞河-贡湖水体各形态P质量浓度变化特征如图 5所示.

图 5

Fig. 5

图 5 不同引水时期长江-望虞河-贡湖水体P质量浓度变化特征 Fig. 5 Changes of various P mass concentrations within different water transfers

2013年8月和12月长江-望虞河-贡湖水体PO^3-₄-P和DOP质量浓度呈现出波浪式交替变化的趋势，而TPP和TP质量浓度沿程趋势相似，即长江、望虞河段变化较平缓，贡湖段变化幅度较大. 从时间变化来看，2013年8月水体TP质量浓度总体上高于12月，而DOP则相反，具体分析如下.

2013年8月望虞河-贡湖段水体PO^3-₄-P质量浓度在0.008~0.072 mg ·L^-1之间变化，望虞河段PO^3-₄-P平均质量浓度为0.032 mg ·L^-1，贡湖段PO^3-₄-P平均质量浓度为0.023 mg ·L^-1. 2013年12月长江段PO^3-₄-P平均质量浓度为0.076 mg ·L^-1，望虞河段PO^3-₄-P平均质量浓度为0.064 mg ·L^-1，贡湖段PO^3-₄-P质量浓度最低，平均质量浓度仅为0.012 mg ·L^-1，但贡湖G7采样点PO^3-₄-P质量浓度显著高于贡湖其他各采样点，为0.054 mg ·L^-1，与望虞河段W11采样点PO^3-₄-P质量浓度(0.054 mg ·L^-1)持平，受引水输入影响显著[图 5(a)].

2013年8月各采样点DOP质量浓度介于nd~0.045 mg ·L^-1之间，望虞河长江引水处(W7) DOP质量浓度为0.032 mg ·L^-1，至W11采样点振荡降至0.011 mg ·L^-1，贡湖段大部分采样点DOP质量浓度低于望虞河段，但G7采样点DOP质量浓度最高，为0.045 mg ·L^-1，显著高于贡湖其他采样点. 2013年12月长江、望虞河段和贡湖段DOP平均质量浓度相差不大，分别为0.023、0.020和0.024 mg ·L^-1 [图 5(b)].

2013年8月望虞河段TPP质量浓度在W7~W9区间逐渐增加，由0.195 mg ·L^-1增长至0.215 mg ·L^-1，之后迅速降至W10采样点的0.119 mg ·L^-1，至W11采样点又进一步降至0.077 mg ·L^-1，贡湖段G7采样点TPP质量浓度稍低于W11采样点，而G9采样点TPP质量浓度最高，为0.295 mg ·L^-1，可能与该处较强的藻类生长或沉积物再悬浮有关，除G15采样点TPP质量浓度较低外，贡湖其他采样点TPP质量浓度低于G9但高于G7采样点. 2013年12月长江和望虞河段TPP质量浓度介于0.016~0.026 mg ·L^-1之间，贡湖段各采样点TPP质量浓度变化幅度较大，G7和G9采样点质量浓度较低，分别为0.039 mg ·L^-1和0.035 mg ·L^-1，G10~G12采样点质量浓度较高，介于0.147~0.272 mg ·L^-1之间，从平均值来看，表现为：贡湖段(0.119 mg ·L^-1)>望虞河段(0.097 mg ·L^-1)>长江段(0.082 mg ·L^-1) [图 5(c)].

两个采样时期内长江-望虞河-贡湖段水体TP质量浓度与国家地表水环境质量标准(GB3 838-2002)相比，长江和望虞河大部分采样点水质为Ⅲ类，由于评价标准值的不同，贡湖段水体TP表现为Ⅴ类或劣Ⅴ类水质，只有金墅湾水厂(G15)的水质达到Ⅳ类标准 [图 5(d)]. 2.4 长江、望虞河各形态P对贡湖的输入特征

从图 6和7中可以看出，2013年8月长江、望虞河、贡湖水体TPP是主要P形态，其百分含量介于40.06%~90.11%之间，另外，贡湖G7采样点PO^3-₄-P百分含量有逐渐增加的趋势，相反TPP百分含量逐渐降低，尤其是望虞河下游段的W10和W11采样点PO^3-₄-P质量浓度显著高于W7~W9采样点，说明悬浮颗粒物沉降明显. 由W11采样点P形态组成可以看出，望虞河入湖口处PO^3-₄-P和TPP百分含量分别为44.30%和48.81%，是贡湖P输入的主要形态. 2013年12月长江、望虞河和贡湖段水体各形态P百分含量较8月有所变化，其中长江、望虞河段以及贡湖G7采样点TPP仍占主要部分，但百分含量较8月有所降低，介于29.00%~63.24%之间，其次为PO^3-₄-P，百分含量介于28.38%~51.39%之间，DOP百分含量较小. 两个采样时期贡湖段水体均以TPP为主，百分含量介于33.33%~90.30%之间，其次为DOP，百分含量介于6.98%~62.51%之间，这可能与贡湖较旺盛的藻类生长有关.

图 6

Fig. 6

图 6 8月各形态P占TP的百分比 Fig. 6 Percentage of P in various forms and TP in August

图 7

Fig. 7

图 7 12月各形态P占TP的百分比 Fig. 7 Percentage of P in various forms and TP in December

NO₃^--N和DON质量浓度沿程和时间变化显著，长江-望虞河段NO₃^--N质量浓度和百分含量显著高于贡湖段，是长江引水和贡湖水体输入的主要N形态，且长江-望虞河段12月样品中NO₃^--N质量浓度高于8月，可能的原因是：8月水生生物生长较为旺盛，消耗了水体中大量的溶解氧(DO)，使得8月DO低于12月(数据未给出)，而12月水体中较高的DO质量浓度使水体尤其是望虞河水体中部分NO^-₂-N被氧化成NO₃^--N，从而造成12月水体NO₃^--N质量浓度较高，这与12月望虞河水体中较低的NO^-₂-N质量浓度相一致. DON沿程和时间变化恰好与NO₃^--N相反，水体中DON主要来源于农业用水排放、细菌代谢产生的可溶性微生物产物、藻类的代谢产物以及土壤中存在的有机氮^[19]，望虞河W7~W11采样点途经嘉陵荡、鹅真荡和漕湖等几个大的湖荡区，采样时期中各湖荡区中水生生物生长茂盛，较强的生物活性造成望虞河水体中DON质量浓度的不断增加，另外8月处于太湖蓝藻暴发的高发期^[20]，这可能造成贡湖水体中DON质量浓度高于长江和望虞河段，而12月水体生物活性的降低，造成此引水期各采样点DON质量浓度低于8月引水期.

NO^-₂-N和TPN质量浓度沿程变化较明显，望虞河段NO^-₂-N质量浓度明显高于长江和贡湖段，据资料显示，通过望虞河引入的长江水受望虞河西岸地区排水影响，望虞河引江期间干流水质劣于出湖水质^[11]. 8月望虞河长江引水处(W7) TPN质量浓度最高，之后望虞河途经嘉陵荡、鹅真荡和漕湖等几个重要的湖荡区后，悬浮颗粒物逐渐沉降下来，至W11采样点时TPN质量浓度已降至低于检测限，而贡湖段除了G13、G14这2个采样点TPN质量浓度低于检测限外，其余采样点TPN质量浓度均高于望虞河入湖断面(W11)，这可能是因为引水引起底泥再悬浮后的吸附和解析^{[21, 22, 23]}、入湖河网雨污水汇入^[24] (一般来说，太湖流域5~10月为汛期，其余为非汛期，汛期区域的降水频繁，河网水量充沛^[12])，也可能是由于该采样时期贡湖水体中较强的藻类活性，另外8月处于太湖蓝藻暴发的高发期^[19]等因素也可导致该时期TPN质量浓度较高.

各形态P质量浓度沿程和时间变化均不明显，8月引水期水体TP质量浓度总体上较12月引水期高，可能的原因是：8月引水期处于汛期，上游来水携带了较多的悬浮颗粒物，另外8月水体藻类生长也较旺盛，生物体对P的吸附也可转化为TPP，而8月DOP质量浓度总体上小于12月. 就形态而言，TPP是两个引水时期的主要P形态，望虞河流经嘉陵荡、鹅真荡和漕湖等湖荡区，流速的减缓造成水体悬浮颗粒物的沉降，TPP和TP质量浓度下降，PO^3-₄-P质量浓度逐渐增加，与沈爱春^[25]、翟淑华等^[26]的研究结果一致，即当具有一定流速的长江水进入望虞河后，流速变小，水流夹沙能力降低，望虞河泥沙淤积的特点为从长江到贡湖沿程递减，其中TPP随泥沙一起沉降，并且贡湖水体的弱氧化还原电位Eh值有利于悬移质对TP产生吸附，这时入贡湖的长江水中TP质量浓度主要取决于TDP质量浓度. 但研究区域较高的TPP质量浓度仍表示“引江济太”期间TPP是望虞河水体P输入的主要形态.

吕昌伟等^[27]研究了我国乌梁素海和岱海上覆水中DOP质量浓度分层特征，本研究中各水体DOP质量浓度低于乌梁素海，与岱海相差不大，另外8月引水过程中，受气候和温度等条件影响，望虞河水体沿程分布着大量的湖荡区，而8月也是太湖藻类生长旺盛时期，湖荡区和太湖湖中大量浮游植物对DOP的吸收利用可能是导致贡湖水体中DOP质量浓度较低的原因，而在12月引水期间，气候变化导致长江和望虞河水体中藻类生长变少，湖水对DOP的吸收能力降低，水流作用导致长江-望虞河-贡湖水体中DOP质量浓度趋于一致.

4 结论

(1)2013年8月望虞河长江引水处(W7) NH₄⁺-N为Ⅴ类水质，而至望虞河贡湖入湖口附近W11采样点处则降至低于检测限，长江、望虞河和贡湖段TN为劣Ⅴ类或Ⅴ类水质，与12月(劣Ⅴ类)相差不大. 另外受贡湖藻类生长较旺盛等因素影响，贡湖DON质量浓度较长江和望虞河高.

(2)两个不同的引水期，望虞河长江引水处(W7)水体N的输入形态发生了变化，在8月引水期以TPN为主，而在12月引水期则以NO₃^--N为主，长江引水经望虞河长距离运输后，所携带的悬浮颗粒物逐渐沉降，TPN质量浓度降低，NO₃^--N成为两个引水期贡湖水体N输入的主要形态，但贡湖水体各形态N百分含量却表现不一.

(3)由于评价标准值的不同，长江和望虞河大部分采样点TP表现为Ⅲ或Ⅳ类水质，而贡湖段则为Ⅴ或劣Ⅴ类水质，只有金墅湾水厂(G15)的水质达到Ⅳ类标准. 两个不同引水期内，望虞河段W7~W11采样点的TP质量浓度均高于贡湖G7采样点，TPP也表现出相似的变化规律.

(4)2013年8月望虞河长江引水处(W7)以TPP为主，是望虞河长江引水P输入的主要形态，之后TPP逐渐沉降，PO^3-₄-P百分含量逐渐增加，TPP和PO^3-₄-P成为贡湖P输入的主要形态. 2013年12月长江段、望虞河段以及贡湖G7采样点以PO^3-₄-P和TPP为主，是望虞河长江引水以及贡湖水体输入的主要P形态，而两个引水期间，贡湖段均以TPP为主，可能与贡湖较强的藻类生长有关.

(5)从时间变化来看，2013年8月水体的DON和TP质量浓度总体上高于12月，而NO₃^--N和DOP质量浓度总体上低于12月，其余N、P形态质量浓度高低变化不一.