沙溪竹洲水電站水體富營養(yǎng)化評價

王欽建

摘 要:對沙溪竹洲水電站水體的富營養(yǎng)化評價結(jié)論:水體總氮超出評價標準,庫區(qū)具有藻類生長的營養(yǎng)條件,磷是藻類生長限制因子。3種評價方法結(jié)果基本一致,表明水體處于貧營養(yǎng)向中營養(yǎng)過渡類型,并現(xiàn)出向富營養(yǎng)化發(fā)展的趨勢。庫區(qū)浮游動物種類以輪蟲(rotifera)和原生動物(protozoa)為主,浮游植物種類以綠藻門(Chlorophyta)和硅藻門(Bacilariophyta)為主,庫區(qū)應(yīng)屬于中營養(yǎng)類型。

關(guān)鍵詞:水電站;富營養(yǎng)化;調(diào)查

中圖分類號:X824 文獻標識碼: A 文章編號:1005-569X(2009)09-0051-03

1 引 言

沙溪為閩江干流上的三大支流之一,發(fā)源于寧化縣境內(nèi)的武夷山脈南麓,流經(jīng)寧化、清流、永安、三明和沙縣,在沙溪口和富屯溪合流,流域面積11793km2,河流長度328km,河道平均坡降0.8%。竹洲水電站是沙溪流域梯級開發(fā)中的第二級,大壩位于三明市三元區(qū)莘口鎮(zhèn)竹洲村,壩址多年平均流量251m3/s,年徑流總量7.9×1010m3,安裝有3臺貫流式水輪機組。國內(nèi)外的調(diào)查研究表明,流域水電梯級開發(fā)會產(chǎn)生一些水環(huán)境問題[1-6],例如:改變河流水文條件、影響庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)、導(dǎo)致水質(zhì)下降和氮磷超標、引發(fā)水體富營養(yǎng)化、對下游河道生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負面影響等。本文根據(jù)作者編制的竹洲水電站竣工環(huán)保驗收調(diào)查報告,分析評價蓄水后庫區(qū)水質(zhì)現(xiàn)狀和水體富營養(yǎng)趨勢,為控制庫區(qū)水體富營養(yǎng)化提供基礎(chǔ)資料。

2調(diào)查結(jié)果

本次調(diào)查在15 km庫區(qū)河段上,共布設(shè)了4個調(diào)查斷面,現(xiàn)場調(diào)查時間2天,每天采樣1次。調(diào)查內(nèi)容包括:透明度(SD)、溶解氧(DO)、pH、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、生化需氧量(BOD5)、氨氮(HN3-H)、總氮(T-N)、總磷(T-P)、葉綠素a(Chla)和浮游生物,調(diào)查結(jié)果見表1。

3結(jié)果討論

3.1理化指標評價

根據(jù)福建省水環(huán)境功能區(qū)劃,以GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中的Ⅲ類標準值來評價,庫區(qū)T-N已經(jīng)超標,其它指標達到Ⅲ類水質(zhì)標準要求。

水體富營養(yǎng)化的根本原因是營養(yǎng)物質(zhì)的增加,而氮和磷是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的主要營養(yǎng)物質(zhì),而且水體中氮磷含量及其比值是決定藻類生長的關(guān)鍵[7,8]。盡管氮和磷同為水生生物的重要營養(yǎng)物質(zhì),但藻類等水生生物對磷更為敏感,依賴性更強。當水體中磷處于低濃度時,即使氮濃度能滿足藻類等水生生物所需,其生產(chǎn)能力也會大受遏制[9]。一般認為T-N大于1.2mg/L、T-P大于0.11mg/L時,水體開始富營養(yǎng)化[10]。根據(jù)表1中數(shù)據(jù)進行綜合評價,可以認為庫區(qū)的水體未富營養(yǎng)化,但已經(jīng)具有滿足藻類生長的營養(yǎng)條件。

在淡水浮游植物中,環(huán)境中的N∶P 大于20∶1 時,認為磷是限制性的,小于10∶1 時認為氮是限制性的,該比率在10∶1～20∶1 之間時,限制性因素就變得不確切了[11]。竹洲庫區(qū)水體的氮磷比在35～62之間,表明該水體富營養(yǎng)氮污染所占權(quán)重較大,而磷污染所占權(quán)重較小,磷是庫區(qū)藻類生長限制因子。如果磷含量增大到一定量,光照、溫度等條件適宜,浮游藻類細胞密度將迅速上升。

3.2富營養(yǎng)化評價

富營養(yǎng)化評價的常用方法有評分法、營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TS1)、綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI(∑))等,本文將同時選擇幾種方法進行評價,使得評價結(jié)論更具有可比性和準確性。

3.2.1 Chla評價結(jié)果

Chla含量的高低與該水體中藻類的種類、數(shù)量等密切相關(guān),是水體中浮游植物生物量和生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的綜合指標,也是反映水體富營養(yǎng)化程度的一個重要參數(shù)。Chla濃度大于10mg/m3時,一般認為水體已經(jīng)富營養(yǎng)化[12]。按照相關(guān)資料[13]:Chla含量在<0.5μg/L為極貧營養(yǎng);<1.0μg/L為貧營養(yǎng);<5.0μg/L為貧中營養(yǎng);<25μg/L為中營養(yǎng);<50μg/L為中富營養(yǎng)。從表1中的Chla含量可以得出:庫區(qū)水體處于貧-中營養(yǎng)。

3.2.2營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TSI)評價結(jié)果

根據(jù)Chla濃度,采用營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TSI)來評價湖泊富營養(yǎng)化。[12]計算公式:TSI(Chla)=10×[6-( 2.04-0.68

lnChla)/ln2],公式中的Chla為葉綠素a質(zhì)量濃度(mg/m3)。評價標準:TSI≤37,貧營養(yǎng)型;38 53,富營養(yǎng)型[14]。庫區(qū)的TSI計算結(jié)果見表2。

從表2中TSI數(shù)據(jù)可以得出:庫區(qū)水體處于中營養(yǎng)水平。

3.2.3綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價結(jié)果

反映水體富營養(yǎng)化程度的指標主要有總氮、總磷、生化需氧量、葉綠素a和透明度,其中,總氮和總磷的濃度直接影響葉綠素a和透明度指標的高低。依據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測總站《關(guān)于印發(fā)湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定的通知》中推薦的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù){TLI(∑)}法進行評價,計算結(jié)果見表3。

從表3中評價結(jié)果來看:目前庫區(qū)水體處于貧營養(yǎng)向中營養(yǎng)過渡類型,并現(xiàn)出向富營養(yǎng)化發(fā)展的趨勢。

以上三種評價方法的結(jié)論基本一致,可以得出:目前庫區(qū)水體處于貧營養(yǎng)向中營養(yǎng)過渡類型,并現(xiàn)出向富營養(yǎng)化發(fā)展的趨勢。

3.3 浮游生物調(diào)查結(jié)果分析

3.3.1種類分布及種群結(jié)構(gòu)

(1)浮游動物。浮游動物的種類組成極為復(fù)雜,在生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和生物生產(chǎn)力研究中占有重要地位的有原生動物、輪蟲、枝角類和橈足類四大類。由于浮游動物對環(huán)境的適應(yīng)能力存在明顯的種類差異,浮游動物種群結(jié)構(gòu)就成為湖庫水質(zhì)評價的重要指標。

本次調(diào)查共鑒定出浮游動物148種,隸屬于6門87屬。其中:輪蟲類71種、原生動物36種、枝角類23種、橈足類7種,還有其它種類合計11種。從調(diào)查斷面來看,1#、2#斷面的浮游動物種類在60種左右,3#、4#斷面的浮游動物種類在50種左右。水庫上層浮游動物種類要多于底層。水庫浮游動物的平均密度為640個/L,相對來說還是處于較低水平。各調(diào)查斷面的浮游動物密度也不同,1#斷面為630個/L、2#斷面為530個/L、3#斷面為700個/L、4#斷面為400個/L。從垂直分布情況來看,沒有明顯的規(guī)律,其中3#斷面底層的浮游動物數(shù)量明顯低于表層,4#斷面底層的浮游動物數(shù)量明顯多于表層。

浮游動物種群以輪蟲(rotifera)占優(yōu)勢,達到調(diào)查總量的26%,臂尾輪蟲科和腔輪科的種類較豐富;原生動物(protozoa)種類也較多,達到調(diào)查總量的13%,以肉足蟲類為主;枝角類也占一定比例,主要是盤腸溞科。常見種類:蒼白刺日蟲、叉口砂殼蟲、普通表殼蟲、月形腔輪蟲、方塊鬼輪蟲、廣布多肢輪蟲、蒲達臂尾輪蟲、尾突臂尾輪蟲、柬隱三肢輪蟲、底棲泥溞、華南尖額溞、頸溝基合溞、草綠刺劍水溞等。

(2)浮游植物。浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)生物資源的重要部分,作為物質(zhì)代謝和能量循環(huán)的初級生產(chǎn)者,對構(gòu)成水體類型和維持生態(tài)平衡具有重要作用,是反映水體富營養(yǎng)化程度的主要指標。

本次調(diào)查共鑒定出浮游動物127種,隸屬于7門57屬。其中:硅藻門15屬42種、綠藻門28屬59種、藍藻門6屬9種、裸藻門4屬13種、紅藻門1屬1種、甲藻門2屬2種,隱藻門1屬1種。從調(diào)查斷面來看,3#斷面的種類最豐富,達到73種。水體上層浮游植物種類多于底層。

浮游植物種類以綠藻門(Chlorophyta)和硅藻門(Bac

ilariophyta)為主,達到調(diào)查總量的46%和33%,主要包括:遠距直鏈藻、變異直鏈藻、鈍桅桿藻、尖針桿藻、膨脹橋彎藻、針晶藍藻等。

水庫各斷面藻類的平均密度為5.33×104個/L。3#斷面的密度最高,為5.93×104個/L;1#斷面最少,為4.60×104個/L,2#斷面為4.95×104個/L,4#斷面為5.33×104個/L。但水庫浮游植物的垂直分布同樣缺乏明顯的分布規(guī)律,但4#斷面底層的藻類數(shù)量明顯少于表層,3#斷面的底層浮游藻類的數(shù)量要多于表層。

(3)浮游生物污染指示種類。污染指示種是湖泊營養(yǎng)型評價的重要參數(shù)之一。根據(jù)調(diào)查結(jié)果,庫區(qū)的各個采樣點中浮游動物(以輪蟲類為主)和藻類(硅藻門、綠藻門為主)的水污染指示種類多為β中污-寡污類型為主,而各斷面的優(yōu)勢類群則以β-中污類型為主,庫區(qū)水體現(xiàn)狀應(yīng)屬于β中污-寡污類型。

3.3.2 多樣性評價

從系統(tǒng)學(xué)原理來說,系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)越多樣化,系統(tǒng)越復(fù)雜,也越穩(wěn)定。生物多樣性的降低導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性大大降低,個別種群可以在特定的適宜條件下大量暴發(fā)。從庫區(qū)浮游生物種群分布、種群結(jié)構(gòu)、種群數(shù)量等來看:浮游生物量處于較低水平;浮游生物的種群較豐富,種群結(jié)構(gòu)良好,優(yōu)勢種群不是很明顯,顯示出庫區(qū)水體中浮游生物種群的多樣性特點。因此,可以認為水體的富營養(yǎng)化程度應(yīng)屬于中營養(yǎng)類型。

4 結(jié)論

(1)庫區(qū)水體的總氮已經(jīng)超出評價標準要求。庫區(qū)的水體未富營養(yǎng)化,但已經(jīng)具有滿足藻類生長的營養(yǎng)條件,磷是庫區(qū)水體藻類生長限制因子。

(2)三種評價方法的結(jié)論基本一致,可以得出:目前庫區(qū)水體處于貧營養(yǎng)向中營養(yǎng)過渡類型,并現(xiàn)出向富營養(yǎng)化發(fā)展的趨勢。

(3)庫區(qū)浮游動物種類以輪蟲和原生動物種類為主。浮游植物種類以綠藻門和硅藻門為主。

(4)庫區(qū)的浮游動物(以輪蟲類為主)和藻類(硅藻門、綠藻門為主)的水污染指示種類多為β中污-寡污類型為主,總體評價結(jié)果:庫區(qū)水體現(xiàn)狀應(yīng)屬于β中污——寡污類型。

(5)按照浮游生物種群分布、種群結(jié)構(gòu)、種群數(shù)量來看,庫區(qū)的浮游生物量都處于較低水平,種群結(jié)構(gòu)良好、豐富。優(yōu)勢種群不是很明顯,顯示出庫區(qū)水體浮游生物種群的多樣性特點。因此,可以認為庫區(qū)的富營養(yǎng)化程度應(yīng)屬于中營養(yǎng)類型。

(6)竹洲水電站為徑流式的發(fā)電站,從開始蓄水到調(diào)查只有近2年時間,目前庫區(qū)水體處于貧營養(yǎng)向中營養(yǎng)過渡類型。但水體中的氮、磷含量已經(jīng)增大,蓄水后水流變緩,如果后期對流域管理不善,有可能引起藻類和其它水生植物大量繁殖,出現(xiàn)富營養(yǎng)化問題,導(dǎo)致水質(zhì)惡化。

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Evaluation on Eutrophication of Zhuzhou Hydroelectri

——Station in the Shaxi River

Wang Qinjian

(Waste Management Centre Fujian Province ,Fuzhou350003 ,China)

Abstract:The concentration of total nitrogen in surface water excees data from assessmemt criterion. The nutrition condition of mass algae reproduction has been provided in reservoir area. Phosphorus element is the limit factor of algae growth. The results of three different evaluating methods are basically accordant. It is indicated that the water quality is in transition style from poor nutrition to medium nutrition, and exhibits the tendency to rich nutrition. The priority species of zooplankton in reservoir area are rotifera and protozoa, Meanwhile, the priority species of phytoplankton are Chlorophyta and Bacilariophyta.

Keywords: hydroelectri-station;eutrophication;evaluation