随着工农业生产大规模地迅速发展，大量含氮、磷等营养物质的废污水排入湖泊、水库和河流(Camargo and Alonso， 2006; Wang et al., 2008).同时，化肥施用量和牲畜粪便排放量逐年增加，经雨水冲刷和渗透进入湖库及河流等营养物不断增多(Zhang and Huang， 2011).河流富营养化程度一般不如湖泊、水库等缓流水体严重(邱光胜等，2011; Monteagudo et al.，2012)，但河流营养盐浓度会导致富营养化风险增加，河流富营养化也将成为我国流域水环境面临的重大问题之一(吴在兴，2013; 张晟等，2008).

海河流域是我国政治文化中心和经济发达地区，包括首都北京在内20多座大中型城市.流域水资源禀赋不足，总体呈现资源性和水质性缺水特征.天然径流逐年减少导致河流自然补给过程弱化，城市工业废水和生活污水排放量逐年增加，使得河流呈现非常规水源补给特征(朱晓春，2012).氮磷等营养盐随着废污水排放进入河流，导致主要河流氮磷含量普遍超标(李珊珊等，2013).同时，流域河流灌区密布，水利设施修建造成平原河流物理连续性变差，河流闸坝林立，河流水流缓滞(汪群等，2004).大量氮磷元素随污水排入河流，河流中氮磷含量高，加之水流缓慢、库型特征明显，造成流域河流尤其是平原段河流富营养化问题突出(夏斌等，2006).

海河流域水资源匮乏且水污染严重，目前缺乏从流域层面解析流域河流富营养化程度.本文选择2009年海河流域水质现状数据，研究河流水体富营养化潜势指数，同时结合浮游植物表征河流富营养化程度，从流域层面对海河水系主要河流进行综合评价和整体评估，为流域水污染控制、水环境容量管理提供依据.

海河流域范围为东经112°~120°、北纬35°~43°，流域总面积31.8万km²，涵盖京、津、冀等8省(直辖市、自治区)，是我国政治文化中心和经济发达地区(范兰池等，2013).海河流域水系从南到北呈扇形分布，具有水系分散、支流众多、过渡带短、源短流急等特点(黎洁，2011).流域由滦河、北三河(北运河、潮白河、蓟运河)、永定河、大清河、海河干流、子牙河、黑龙港运东、漳卫河以及徒骇马颊河等九大水系构成，其中滦河和徒骇马颊河水系独流入海，其它水系主要通过海河干流入海(赵钰等，2013; 易少奎等，2013).海河流域从西到东依次为山区、内陆平原和滨海平原地貌，水系从源头到河口在空间上呈三段式分布特点：上游山区段、中部平原段和下游滨海段(盖美等，2005).

海河流域是我国水资源最贫乏地区之一，流域地表水平均资源量1956年至1979年期间为280亿m³，而在1980年至2000年的20年内流域地表水平均资源量仅180亿m³，呈持续下降趋势(丁相毅等，2010).海河流域人均水资源量270 m³，仅为全国平均水平12.8%，在全国10个水资源一级区域中最低(王中根等，2013).与此同时，流域工农业生产和城镇生活需水量剧增带来大量废污水的排放，自1980年至2007年，工业与城镇废污水产生量由31.4亿t增加到47.5亿t.

地表水水质现状数据来自于资料获取和现状调查，包括由海河水利委员会提供2009年重点水功能区88个主要监测站点逐月监测数据以及2009年7—10月对海河流域350个样点的水质调查数据，浮游植物采样与水质调查同步进行，样点分布见图 1.

图 1(Fig. 1)

图 1 海河流域水质调查数据样点分布 Fig. 1 Distribution of sampling points for water quality survey in the Haihe River Basin

(1)河流水体富营养化潜势及评价标准

富营养化预测研究一直是国内外的研究热点，大多数富营养化研究集中在湖泊上，对于河流富营养化的研究相对较少.海河流域各种水利设施(水库、灌区、闸坝等)造成河流水动力和水资源缺失，水系统流动性下降、连通性差、河流严重片段化.众多河流水动力学条件类似于湖泊、水库等缓流水体，因此，可参考湖库的富营养化评价方法对其营养状态进行评价.参考李祚泳等(2010)提出的对数型幂函数指数法对海河流域河流富营养化状态进行评价.根据总氮、总磷等指标评价海河流域主要河流富营养化潜势，并依据富营养状态分级标准(贫营养化：EI ≤ 20.00；中营养化：20.00 < EI ≤ 39.42；富营养化：39.42 < EI ≤ 61.29；重富营养化：61.29 < EI≤76.28；极富营养化：76.28 < EI ≤ 99.77)评价营养状态(李祚泳等，2010).评价公式如下：

式中，W_j为指标j的归一化权重值，本文将各指标视为等权重；EI_j为指标j富营养化评价普适指数；x_j为指标j的“规范值”.

(2)以浮游植物表征河流富营养化水平评价方法

浮游植物标本定性样品用25^#浮游生物网采集，采集时按“∞”形状捞取.采集后标本用鲁哥氏液(15 mL · L^-1)固定保存并贴好标签备用.用光学显微镜进行定性分析，以一个视野中出现的数量的多少表示.浮游植物定量样品用2.5 L有机玻璃采水器采集，采样时取河流上、中、下层水样，混合后取1.0 L用鲁哥氏液(15 mL · L^-1)固定，带回室内沉淀24 h，浓缩至 30 mL保存待检.计数时将浓缩液摇匀，取0.1 mL样品至0.1 mL计数框中，置于光学显微镜下进行计数(赖英，2009;刘凯然，2008).

大量研究表明，浮游植物种类能够指示河流富营养化程度(阮仁良，2000; 原居林等，2009; Villegas and De Giner，1973).一般贫营养水体中优势浮游植物类群包括：金藻门的锥囊藻属、鱼鳞藻属，绿藻门的叉链藻属、叉星藻属，硅藻门的平板藻属、根管藻属等；中营养河流水体中的优势浮游植物类群包括：甲藻门的角藻属、多甲藻属，硅藻门的脆杆藻属，绿藻门的空星藻属、鼓藻属等；富营养化河流或超富营养化河流中的优势浮游植物类群包括：蓝藻门的微囊藻属、鱼腥藻属、颤藻属、束丝藻属、平裂藻属、蓝纤维藻属，绿藻门的栅藻属等.

海河流域2009年主要河流中总氮(TN)、氨氮(NH₃-N)和硝氮(NO^-₃-N)浓度分布如图 2所示.河流TN平均含量8.13 mg · L^-1，超过《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅴ类标准限值(2 mg · L^-1)4倍.NO^-₃-N和NH₃-N平均含量均超过4 mg · L^-1，其中NH₃-N(平均含量4.34 mg · L^-1)超过Ⅴ类标准(2 mg · L^-1)2倍以上.NH₃-N是控制水体含氮有机物污染和保护水生生态系统指标，以铵离子(NH⁺₄)和游离氨(NH₃)形式存在.氨氮对河流水生态系统影响表现在多个方面：为藻类生长提供营养源，增加水体富营养化发生几率；河流中主要耗氧物质之一，氧化分解消耗水体中溶解氧(Díaz et al., 2011)；非离子氨是引起水生生物毒害主要因子(王文琪等，2007)；氨氮可被微生物氧化为亚硝酸盐氮，亚硝酸盐氮与蛋白质结合生成亚硝胺，具有致癌和致畸作用.

图 2(Fig. 2)

图 2 海河流域河流氮素分布 Fig. 2 Distribution of nitrogen in the rivers of the Haihe River Basin

北三河水系、子牙河水系和海河干流水系TN浓度最高，平均含量均超过9 mg · L^-1(图 3a).其中，海河干流TN平均含量最高，为10.8 mg · L^-1，超过Ⅴ类标准5倍以上；滦河水系TN含量相对最低(4.13 mg · L^-1)，但也超过Ⅴ类标准2倍以上；NH₃-N表现出类似分布特征，最高出现海河干流水系(7.05 mg · L^-1)，最低出现在滦河水系，平均含量仅为1.55 mg · L^-1，略高于Ⅳ类标准(1.5 mg · L^-1).

图 3(Fig. 3)

图 3 海河流域九大水系河流水中氮磷营养盐均值统计 Fig. 3 Statistics of the mean concentrations of nitrogen and phosphorus in the river systems of the Haihe River Basin

流域主要河流总磷(TP)和溶解活性磷(SRP)浓度分布如图 4所示.TP平均含量0.87 mg · L^-1，超过Ⅴ类标准(0.4 mg · L^-1)2倍以上；SRP平均含量0.58 mg · L^-1.从分布区域来看，滦河水系TP含量相对较低(0.18 mg · L^-1)，基本达到Ⅲ类标准，其它水系均超过Ⅴ类标准(0.4 mg · L^-1).其中北三河水系、子牙河水系和黑龙港运东水系TP平均含量最高，超过1.0 mg · L^-1，超标严重(图 3b).

图 4(Fig. 4)

图 4 海河流域河流磷素分布 Fig. 4 Distribution of phosphorus in the rivers of the Haihe River Basin

九大水系氮磷营养盐浓度范围所占河长比例统计见表 1.子牙河、漳卫河和徒骇马颊河水系全部河段均为劣Ⅴ类以下，其中漳卫河水系82%河段TN超过10 mg · L^-1.滦河水系36%河段TN优于Ⅲ类，水质相对较好；漳卫河水系有49%河段NH₃-N超过5 mg · L^-1，其次为子牙河水系和海河干流水系，30%以上河段超过5 mg · L^-1.滦河水系88%河段NH₃-N优于Ⅲ类，大清河15%河段优于Ⅲ类.TP浓度超过1 mg · L^-1且河长比例大于40%以上的有永定河水系、大清河水系和北三河水系，而滦河水系、子牙河水系超过60%河段TP浓度优于Ⅲ类标准.

表 1(Table 1)

表 1 海河流域九大水系河流不同氮磷营养盐浓度河长比例统计* Table 1 Statistics of the ratios between the length of rivers with nitrogen and phosphorus concentrations of the rivers in the Haihe River Basi

表 1 海河流域九大水系河流不同氮磷营养盐浓度河长比例统计* Table 1 Statistics of the ratios between the length of rivers with nitrogen and phosphorus concentrations of the rivers in the Haihe River Basi 水系名称 等级 TN NH3-N NO-3-N TP SRP *注：氮类指标分级标准，A：地表水Ⅱ类和Ⅲ类；B：Ⅳ类和Ⅴ类；C：劣Ⅴ类1级(TN < 10 mg · L-1，NH3-N < 5 mg · L-1，NO-3-N<10 mg · L-1)；D：劣Ⅴ类2级(TN < 33 mg · L-1，NH3-N < 10 mg · L-1，NO-3-N < 33 mg · L-1).磷类指标分级标准，A：地表水Ⅱ类和Ⅲ类；B：Ⅳ类和Ⅴ类；C：劣Ⅴ类1级(TP < 1 mg · L-1，SRP < 1 mg · L-1)；D：劣Ⅴ类2级(TP < 7 mg · L-1，SRP < 7 mg · L-1，NO-3-N < 33 mg · L-1).黑龙港远东水系无统计数据. 滦河水系 A 36% 88% 23% 64% 84% B 0 0 0 0 0 C 64% 12% 77% 36% 16% D 0 0 0 0 0 北三河水系 A 1% 1% 32% 28% 14% B 16% 24% 9% 12% 28% C 38% 58% 30% 21% 42% D 45% 17% 18% 40% 16% 永定河水系 A 0 0 44% 0 8% B 7% 36% 27% 27% 37% C 64% 64% 28% 17% 0 D 28% 0 0 56% 56% 大清河水系 A 15% 15% 19% 49% 49% B 25% 17% 10% 0 4% C 24% 51% 9% 4% 47% D 36% 17% 63% 47% 0 子牙河水系 A 0 9% 60% 76% 73% B 0 8% 0 0 3% C 70% 36% 42% 9% 9% D 30% 41% 3% 15% 15% 海河干流水系 A 0 0 0 43% 0 B 0 43% 43% 0 0 C 67% 23% 23% 57% 100% D 33% 33% 33% 0 0 漳卫河水系 A 0 0 18% 38% 18% B 0 0 65% 10% 27% C 18% 51% 18% 44% 47% D 82% 49% 0 9% 9% 徒骇马颊河水系 A 0 18% 0 27% 0 B 11% 39% 78% 30% 16% C 84% 38% 22% 38% 73% D 5% 0 0 5% 0

海河流域主要河流富营养化潜势评价，结果见图 5a.氮磷含量处于中、贫营养化水平样点占3%(EI值小于39.42)，主要位于拒马河、唐河、中易水河、泜河等河流，大部分处于流域山区，上述区域人口密度相对较小、工农业发展缓慢，以及城镇分布密集程度低，使得河流接纳污水量小，且氮磷等含量低(刘静玲等，2012).

图 5(Fig. 5)

图 5 海河流域富营养化潜势和以浮游植物指示的富营养盐化程度 Fig. 5 Eutrophication degree of the rivers in the Haihe River Basin indicated by phytoplankton and eutrification potential

河段处于富营养化水平(EI值为39.42—61.29)样点比例达26%，其中27%处于重富营养化状态(EI值为61.29—76.28)，主要包括滦河、白河、蓟运河、唐运河、洋河、武烈河、子牙河、徒骇河、马颊河等河段.上述河段大多处于平原地区，城镇密集、工农业发达，河流接纳大量生活、工业废污水，大量氮磷等营养元素进入河流，导致河段处于富营养化或重富营养化水平.

处于极富营养化状态样点占50%(EI值为76.28—99.77)，主要分布在潮白新河、温榆河、北运河、永定新河、石津总干渠、滹沱河、滏阳河、滏阳新河、卫河等河段.上述河段人口集聚，分布有北京、天津、石家庄等大型城市和密集中小城镇，大量城镇生活污水排入河流.与此同时，海河流域大中型闸坝主要位于中部平原带与滨海湿地带，大多分布在北三河及黑龙港运东水系，其中北三河水系平原段及滨海段水闸数量最多.河段闸坝众多造成水流缓滞，加速了氮磷的积累，进一步加剧河流富营养化状态(单保庆等，2012).

总之，海河流域主要河流水中氮磷含量相对较高，处于中或贫营养样点比例仅3%；44%样点处于极富营养化水平，主要分布在北三河水系、子牙河水系和漳卫河水系.

氮磷污染严重区域主要集中在海河流域平原段，这可能与平原段城市化进程、城市人口集聚、废污水排放量大、河流闸坝分布密集等因素有关(李宗礼等，2011).20世纪80年代以来，海河流域城市人口迅速增长，城镇土地扩张增幅较大.流域城市人口聚集效应凸显，1980—2005年总量增长了119%.京津唐城市圈明显扩大，子牙河水系、徒骇马颊河水系以及漳卫新河水系出现新兴城市群.流域城镇建设用地面积由80年代的4166 km²增长到7687 km²，增长将近1倍.城市化进程加剧了水资源开发利用强度，导致河湖、湿地及林草地的退化消失，河流水资源更加缺乏、平原段河流非常规水源补给特征明显.

各类水利工程的建设也对水系空间格局变化造成深远影响.海河流域大部分水库集中在上游山区，形成明显的山前水库带，如1998年至2010年，流域大中型水库平均蓄水量为68亿m³，而该时期海河水系年平均地表水资源量为118亿m³，河流流量的73%被水库截留.山前水库带造成中部平原段河流水动力和水资源缺失，导致部分河道流动缓慢甚至断流，河流连续性遭受严重破坏.海河流域共有大中型闸坝480座，其中，水库坝主要位于山区水系，山区-平原交界区分布尤为集中；水闸主要分布在北三河、大清河及黑龙港运东水系，其中北三河水系平原段及滨海段水闸数量最多，目前186 km的河道上共有中小型水库14座，干流上建有9座橡胶坝，防洪、节制闸17座.

城市人口聚集效应加大了氮磷等污染物的排放，河流闸坝林立，导致河流流动性下降，河流稀释能力极弱；大量氮磷元素随污水排入河流，河流中氮磷含量高，造成海河流域河流尤其是平原段河流富营养化问题突出.

浮游植物指示法对流域九大水系河流富营养化程度评价结果见图 4.处于贫营养化水平河段占15%，主要分布于滦河、武烈河、白河、潮河、桑干河、滹沱河、唐河、安阳河等；中营养和富营养化河段占67%，主要分布于青龙河、滦河下游、凤河、小白河、大清河、子牙河、大沙河、南运河、浊漳河、马颊河、徒骇河等；超富营养化河段占18%，主要分布在蓟运河、潮白新河、青龙河、独流减河、滏东排河、滏阳新河、大沙河、卫河、漳卫新河等.主要河流状况和浮游植物情况见表 2.

表 2(Table 2)

表 2 海河流域九大水系河流浮游植物基本状况 Table 2 The information of phytoplankton in the rivers of the Haihe River Basin

表 2 海河流域九大水系河流浮游植物基本状况 Table 2 The information of phytoplankton in the rivers of the Haihe River Basin 水系名称 河流分河段状况 主要种类 优势种 指示结果 滦河水系 上游河段受到外界污染较小，水清，浮游植物的种类和数量均较少 以硅藻门居多 小环藻、尖针杆藻、隐头舟形藻等 贫营养至中营养 中游位于河北承德至迁西县境内的河段水体较清澈 以硅藻门、绿藻门居多 梅尼小环藻、尖针杆藻变种 下游水体清澈，透明度高，砂砾较多 以硅藻门居多，绿藻门其次 谷皮菱形藻、帽形菱形藻、弯菱形藻、尖针杆藻等 北三河水系 上游段包括白河、潮河以及清水河等地处山区，水质整体好于下游 以硅藻门为主 以四尾栅藻、梅尼小环藻以及双射盘星藻、扭曲扁裸藻、单角盘星藻居多 中营养和贫营养 下游河段接受了大量生活污水和农业灌溉退水 以蓝藻门和绿藻门居多 湖泊颤藻、巨颤藻、极大螺旋藻、铜绿微囊藻、实球藻等 富营养或超富营养 永定河水系 上游前段浮游植物的种类和数量均较少 无明显优势种 有广缘小环藻、普通等片藻 贫营养 中游段有机质较丰富，水中腐质较多 绿藻门 短棘盘星藻、锐新月藻，披针新月藻 中营养 官厅水库以下，有机质相当丰富，水体呈现浅绿色，透明度较低 蓝藻门、绿藻门 美丽颤藻、小颤藻等形成绝对优势，其次为铜绿微囊藻、双射盘星藻，空球藻 富营养至超富营养 大清河水系 白沟河河段水体有机质丰富，浮游植物种类和数量较多 硅藻门、绿藻门、裸藻门 上游段以扭曲小环藻为优势种，下游段以绿色裸藻为优势种，还有多形丝藻、四尾栅藻等常见种 富营养 唐河河段水体比较清澈 以硅藻门较多 无明显优势种，仅见谷皮菱形藻、帽形菱形藻等种 贫营养 独流减河段 以蓝藻门居多 湖泊颤藻、两栖颤藻等 富营养和超富营养之间 子牙河水系 滹沱河中游河段、上游支流永兴河河段、支流柳林河河段、文都河河段 以硅藻门种类居多，其次是绿藻门 双头针杆藻为绝对优势种，此外扭曲小环藻、梅尼小环藻、偏肿桥弯藻、谷皮菱形藻亦相对较多 贫营养至中营养 滹沱河支流冶河及上游甘陶河河段水质较好，污染程度较低。浮游植物种类多但数量不多 硅藻门种类较多，其次为绿藻门 双头针杆藻、连结脆杆藻等 中营养 滏阳河支流洨河河段、滏阳河下游河段、滏阳新河下游段水体污染严重，水色发黑，透明度低 以蓝藻门、绿藻门种类居多，其次是硅藻门 湖泊鞘丝藻、弱细颤藻等 超富营 漳卫河水系 安阳河段水体透明度较高，浮游动植物种类和数量均不高 以硅藻门，绿藻门种类居多 月牙藻、针杆藻、梅尼小环藻等 贫营养至中营养 汤河段由于受到生活污水及工业废水影响，水体污染程度较重，水色发黑且散发臭味 无明显优势种 以绿色裸藻、梭形裸藻等较多 中营养 卫河下游段水质偏黑，受工厂污染较严重 以绿藻门、蓝藻门、硅藻门居多 有梅尼小环藻、栅藻、小空星藻等 富营养 黑龙港运东水系 南运河下游段水体清澈见底，基本未受污染，水中藻类较多 以硅藻门为主 梅尼小环藻、尖布纹藻、舟形藻 中营养 黑龙港下游河段 以蓝藻门为主 湖泊颤藻、弱细颤藻、两栖颤藻、水华鱼腥藻、极大螺旋藻、绿球藻、优美平裂藻、小胶鞘藻 富营养 滏东排河上、中游段受污染程度较严重 绿藻门种类较多 小溪绿球藻、四尾栅藻 中营养 徒骇马颊河水系 漳卫新河位于德州市庆云县境内的河段，水体透明度较高，水质较好 以蓝藻门居多 小型色球藻、极大螺旋藻 中营养 马颊河位于河南濮阳市境内的上游河段，水体呈现出墨绿色，水体有机质较为丰富 以蓝藻门和硅藻门的种类居多 胶鞘藻、小环藻 富营养 徒骇河下游位于山东聊城高唐县境内的中游河段 以硅藻门、绿藻门的种类为主 富营养

1)海河流域主要河流水中氮磷含量相对较高，2009年流域河流TN、NH₃-N平均含量分别为8.13、4.34 mg · L^-1，分别超过《地表水环境质量标准》Ⅴ类限值(2 mg · L^-1)4倍、2倍以上.北三河水系、子牙河水系和海河干流水系TN平均含量最高；TP平均含量0.87 mg · L^-1，超过Ⅴ类(0.4 mg · L^-1)2倍以上.北三河水系、子牙河水系和黑龙港运东水系TP平均含量均超过1.0 mg · L^-1.

2)海河流域河流总体呈现一定程度富营养化，平原段河流富营养化问题突出.富营养化潜势评价表明，44%样点处于极富营养化水平，主要分布在北三河水系、子牙河水系和漳卫河水系.

3)浮游植物指示河流富营养化程度评价表明，贫营养化水平河段15%，中营养和富营养化河段67%；部分河段处于超富营养化水平，主要分布于北运河水系、子牙河水系和漳卫河水系.