南灣水庫水質(zhì)及富營養(yǎng)化特征分析

□于 剛（河南省周口水文水資源勘測局）

1.水質(zhì)及富營養(yǎng)化概況

南灣水庫除供水功能外，還具有灌溉、防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游等多種功能。水庫水質(zhì)的好壞與居民生活、健康息息相關。近年來，隨著工業(yè)、旅游和沿岸茶葉與板栗種植業(yè)的發(fā)展，污水排放和水土流失加劇，大量的有機物質(zhì)和營養(yǎng)鹽類進入水體。20世紀90年代的水質(zhì)狀況較80年代惡化，化學需氧量和高錳酸鹽指數(shù)及硝酸鹽氮均呈現(xiàn)遞增趨勢。2000-2009年10年間，除2006年和2007年處于輕度富營養(yǎng)化外，其它8年南灣水庫均處于中度富營養(yǎng)化水平，水質(zhì)在國家地表水標準II～III類之間。從20世紀90年代到21世紀，氨氮、高錳酸鹽指數(shù)和硝酸鹽氮總體呈現(xiàn)上升趨勢。可見，隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，南灣水庫的水質(zhì)呈現(xiàn)惡化趨勢。

2.水庫富營養(yǎng)化因子關系分析

2.1 氮對南灣水庫富營養(yǎng)化的影響

水體中氮的組成包含無機氮和有機氮兩類，其中無機氮由硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮和氨氮組成，氨氮又可分為銨離子和非離子氨兩類。本研究分別以硝酸鹽氮（NO3-N）和氨氮（NH3-N）分析南灣水庫水體中氮的季節(jié)變化過程。

2.1.1 硝酸鹽氮

水體中NO3-N是藻類繁殖可直接吸收的氮的最主要部分，南灣水庫水體中NO3-N 2007-2009年3年的年均值分別為0.52，0.54，0.44 mg/L，其年內(nèi)變化趨勢基本類似；NO3-N的濃度最高值出現(xiàn)在春秋兩季，而在夏季隨著藻類和水草的增殖，濃度降至最低，表現(xiàn)為強烈的生物吸收過程。

2.1.2 氨氮

南灣水庫NH3-N 2007-2009年3年的年均值分別為0.32，0.18，0.21 mg/L，其年內(nèi)變化趨勢并不明顯，夏季略高。NH3-N的這種變化特點可能是由于藻類的死亡、分解，氨在沉積物中的積累，特別是上游來水的影響所致，此外，沉積物的NH3-N釋放可能也是一個重要的原因。

2.1.3 總氮

TN是無機氮和有機氮的總和。南灣水庫水體中TN 2007-2009年3年的年均值分別為1.05，0.87，0.86 mg/L，TN季節(jié)變化趨勢并不明顯，夏季略高。TN水平除受無機氮的影響外，還與水庫水體中的有機氮含量有密切關系。

2.2 磷對南灣水庫富營養(yǎng)化的影響

南灣水庫的TP存在明顯的季節(jié)變化規(guī)律，2007-2009年3年的TP濃度年均值分別為0.071，0.021，0.014 mg/L，年際變化不明顯；TP濃度冬季較低，春季緩慢上升，夏季為全年最高。春季由于冰雪融化及藻類開始繁殖，水體中TP濃度有所上升，而此時，來水中TP濃度亦較夏季為低，故TP濃度上升幅度不大。夏季，由于暴雨徑流匯水進入水庫，入庫河流流量增大，同時，隨著水溫增高以及良好的光照條件等，藻類及生物體迅速繁殖，外源的輸入及磷在生物體內(nèi)的累積使TP濃度在夏季達到峰值。而秋季，藻類生長速度明顯減緩和藻類種屬生長的季節(jié)交替等原因，TP濃度逐漸降低。

2.3 南灣水庫富營養(yǎng)化限制因子分析

氮和磷是浮游植物生長所必須的營養(yǎng)元素，兩者之間的相互關系對于確定富營養(yǎng)化的限制性因子具有重要意義。湖泊、水庫中所需的營養(yǎng)物質(zhì)的絕對數(shù)量和相對數(shù)量是決定水體初級生產(chǎn)量的主要限制因子。據(jù)此，只要判別出具體湖泊的限制性營養(yǎng)鹽，并對其加以控制則可達到對初級生產(chǎn)力的控制。判別水體富營養(yǎng)化限制性營養(yǎng)鹽的方法如下：當水體中可被生物直接吸收的磷的濃度<5μg/L時，磷是可能制約水生植物生長的限制性營養(yǎng)鹽；當可被水生植物吸收的氮的濃度<20μg/L時，就意味著氮是可能制約水生植物生長的限制性營養(yǎng)鹽。如果氮和磷的濃度均小于上述標準，則二者都可能是限制性營養(yǎng)鹽。如果氮磷濃度都不低于限制生長的含量時，則可利用湖泊水體的氮磷比，確定哪一種元素有可能成為限制性營養(yǎng)鹽。根據(jù)藻體中所含碳、氮、磷的原子比率為106C:16N:1P，假定藻類以同樣的比率吸收氮磷，則可用此比率來確定限制性營養(yǎng)鹽。與16N:1P的原子比對應的質(zhì)量比為7.2N:1P，因此，當湖泊中可被植物吸收的氮和磷的濃度比<7.2時，則氮可能是限制性營養(yǎng)鹽，反之則磷可能是限制性營養(yǎng)鹽，如果該比率接近7.2，則二者都可能是限制性營養(yǎng)鹽。由于水庫中營養(yǎng)鹽濃度在全年的循環(huán)中變化很大，以氮磷年均值為基礎的氮磷比率常常與藻類生長期的氮磷比率有很大差異，故判斷限制性營養(yǎng)鹽的氮磷比率應取自藻類最大生物量時期的比值。

根據(jù)上述方法，對南灣水庫的限制性營養(yǎng)鹽進行判斷，水體中可被水生植物直接吸收的磷酸鹽濃度較低，2007-2009年3年年均值分別為5.0，17.9，10.1μg/L，但均高于限制植物生長的量（5μg/L），水庫中可被水生植物直接吸收利用的無機氮含量也遠遠大于限制植物生長的量（20μg/L）。因此，需根據(jù)無機氮與溶解性磷酸鹽的比率判斷，2007-2009年3年的氮磷比平均值分別為 130.5（36.6～258.5），59.1（8.9～181.5），131.2（24.5～352.6）。

南灣水庫水體中氮磷比隨水體中氮、磷的季節(jié)變化而變化，水庫水體中氮含量遠遠高于磷，隨著藻類和水生植物的繁殖，特別是到5-6月份之后，水庫中的氮磷比迅速下降，但比值仍>7，即表明磷是南灣水庫初級生產(chǎn)力的限制性營養(yǎng)鹽，相對于磷，水體中氮的含量比較充足，因此氮對藻類生長的影響較小，而磷的影響會比氮明顯。

2.4 水溫

藻類的各種生理活動及生化反應都必須在一定溫度條件下才能進行，而且溫度變化也能引起其它因子的變化，如pH等，這些環(huán)境因子的變化又能影響藻類的生長發(fā)育，因此，水溫對藻類生長具有重要影響。

南灣水庫1999-2009年多年平均月均水溫最高為8月的28.0℃，最低為1月的5.6℃，多年平均值為16.8℃，而藻類生長的最佳水溫為20～30℃，因此水溫在天氣較冷的季節(jié)也是南灣水庫藻類生長的限制性因子。

2.5 CODMn

以2007-2009年3年平均值為據(jù)，南灣水庫水體中CODMn的年內(nèi)變化比較大，其最小值與最大值分別為2.5 mg/L和4.3 mg/L。其中8-11月份的值比較高，這是由于該時期水庫藻類大量繁殖，藻類光合作用及呼吸作用產(chǎn)生大量的耗氧有機物，使水體中的CODMn明顯增高。

2.6 DO

DO濃度的季節(jié)性變化主要與水溫變化有關，DO和水溫的年內(nèi)變化趨勢相反，在夏季和冬季尤為明顯，DO含量隨水溫降低而增高，隨水溫升高而降低。

水溫和光照等條件為藻類生長提供了良好的繁殖條件，光合作用使表層水體DO呈過飽和狀態(tài)，然而，夏季不僅藻類生長快，其新陳代謝作用也加速，死亡的藻類殘骸沉入水體下層并發(fā)生腐爛、分解等耗氧作用。同時由于表層水溫高于底層水溫，因而水體難以發(fā)生對流交換，從而造成水庫水體在夏季的底部缺氧。

3.水庫水質(zhì)趨勢分析

采用季節(jié)性Kendall檢驗，應用南灣水庫多年水質(zhì)資料進行分析，推斷南灣水庫水質(zhì)污染的發(fā)展趨勢。

3.1 水質(zhì)資料的選用

水質(zhì)序列的選用要注意資料的可靠性和可比性，最好在進行趨勢分析的水質(zhì)資料中，其取樣到分析全過程應遵守統(tǒng)一的水質(zhì)采樣規(guī)范，否則因水質(zhì)數(shù)據(jù)本身的不可比性會影響趨勢分析的準確性。文章對南灣水庫庫內(nèi)監(jiān)測點選擇了2004-2009年6年的水質(zhì)序列進行趨勢分析。

3.2 水質(zhì)參數(shù)的選擇

在確定趨勢分析的參數(shù)時，重點選擇了監(jiān)測序列長、數(shù)據(jù)可靠，又在判定污染和影響水質(zhì)的變化上有代表性的項目。根據(jù)所掌握的水質(zhì)監(jiān)測資料，對6個水質(zhì)指標進行水質(zhì)趨勢分析：DO，TN，TP，NH3-N，NO3-N，CODMn。

3.3 南灣水庫水質(zhì)趨勢分析

選用2004-2009年間的水質(zhì)數(shù)據(jù)，取顯著性水平為0.1和0.01，即當時，說明檢驗具有高度顯著性水平；當時，說明檢驗是顯著的。6個項目的趨勢分析結果如表1所示。

表1 水質(zhì)濃度趨勢分析成果表

水質(zhì)濃度趨勢分析結果表明：南灣水庫在2004-2009年間，總磷、總氮、高錳酸鹽指數(shù)和硝酸鹽氮等4項水質(zhì)指標的變化趨勢均不明顯，只有氨氮和溶解氧項目分別出現(xiàn)顯著上升和顯著下降趨勢，水質(zhì)狀況相對較為穩(wěn)定。