瀾滄江梯級(jí)水電站庫區(qū)水體富營養(yǎng)化研究

瀾滄江梯級(jí)水電站庫區(qū)水體富營養(yǎng)化研究

巴重振1，李愛軍2，潘瑛3，鐵程2，金玉2，殷麗萍2，楊良2

(1.臨滄市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，云南 臨滄 677000；2.云南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，云南 昆明 650034；

3. 中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，湖南 長沙 410125)

摘要：根據(jù)2008年1—12月對(duì)瀾滄江下游的漫灣和大朝山水電站庫區(qū)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果，應(yīng)用浮游植物指示法、地表水資源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)、經(jīng)驗(yàn)TLI法評(píng)價(jià)、藻類現(xiàn)存量指標(biāo)法對(duì)影響水體富營養(yǎng)化的水環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，兩庫區(qū)水體中，營養(yǎng)鹽指標(biāo)總體處在一種高含量水平，大朝山和漫灣庫區(qū)水體總氮濃度年變化范圍分別為0.345～1.880mg/L和0.340～1.743mg/L，總磷濃度年變化范圍分別為0.019～0.139mg/L和0.015～0.111mg/L。TLI綜合指數(shù)評(píng)價(jià)表明兩庫區(qū)水體處于貧營養(yǎng)水平。

關(guān)鍵詞：水電站；庫區(qū)；富營養(yǎng)化；研究；瀾滄江

收稿日期：2014-06-14

作者簡介：巴重振(1981-),男,碩士。

中圖分類號(hào)：X52文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

目前，我國多條主要河流存在嚴(yán)重的污染，TN、TP濃度普遍較高[1]。河流梯級(jí)開發(fā)，改變了河流流態(tài)，降低了水體流速，為富營養(yǎng)化的形成提供了有利條件。河流梯級(jí)開發(fā)的經(jīng)濟(jì)磁場(chǎng)效應(yīng)，可能會(huì)帶動(dòng)區(qū)域工礦業(yè)及城鎮(zhèn)化發(fā)展，進(jìn)而提升工農(nóng)業(yè)及生活用水排放量，加大入庫污染物流量，加速水體富營養(yǎng)化進(jìn)程[2]。

瀾滄江-湄公河是東南亞最大的一條國際河流，在中國境內(nèi)的瀾滄江集中了總干流91%的落差，水資源蘊(yùn)藏量豐富，在中國十二大水電基地中排名第三[3]，在干流上規(guī)劃、在建和建成的梯級(jí)水電站共16個(gè)。梯級(jí)水壩的形成打破了河流系統(tǒng)的自然流動(dòng)性，使得瀾滄江上形成了眾多人為控制的首尾相連的梯級(jí)水庫。由此可能引起的水環(huán)境問題不僅關(guān)系到我國境內(nèi)流域地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，而且還可能會(huì)觸及上下游不同國家間原有的利益格局，也使梯級(jí)水電的開發(fā)具有極高的政治敏感性，備受流域各國和國際組織的關(guān)注。目前有關(guān)瀾滄江的研究主要集中在流域水文特征、水土流失、魚類資源等方面，有關(guān)水體富營養(yǎng)化方面研究較少。本次調(diào)查對(duì)瀾滄江上最早建成的兩個(gè)梯級(jí)電站漫灣和大朝山庫區(qū)的水環(huán)境時(shí)空變化特征進(jìn)行研究，分析梯級(jí)水電站建設(shè)對(duì)瀾滄江水體富營養(yǎng)化的影響，探討梯級(jí)水電站的建設(shè)對(duì)瀾滄江-湄公河河流生態(tài)系統(tǒng)的影響。

1材料與方法

1.1采樣點(diǎn)布設(shè)

梯級(jí)水壩的形成，增強(qiáng)了水體的均勻度，兩庫區(qū)水體基本屬于湖泊區(qū)。根據(jù)庫區(qū)的地段特征，分別于大朝山庫區(qū)和漫灣庫區(qū)大壩前縱向區(qū)域從距離大壩3km開始每隔2km左右各設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)， 1#、2#、3#位于大朝山庫區(qū)，4#、5#、6#位于漫灣庫區(qū)。

1.2分析項(xiàng)目及測(cè)試方法

1.2.1分析項(xiàng)目

透明度(SD)、總氮(TN)、總磷(TP)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、葉綠素a(Chl.a)、藻細(xì)胞濃度(a)。其中，藻細(xì)胞濃度指單位水體中浮游藻類的細(xì)胞數(shù)。

1.2.2水樣采集及分析方法

水樣的采集、保存和分析按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)》的相關(guān)要求進(jìn)行[4]。用有機(jī)玻璃采水器采集水面下0.5m處的水樣。

1.3采樣頻次

2008年1—12月每月月底采樣1次。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS11.5 和Excel2003進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.5水體營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)方法

(1)浮游植物指示法

采用美國環(huán)保局的標(biāo)準(zhǔn)：Chl.a<4.0 mg/m3為貧營養(yǎng)； 4.0mg/m310mg/m3為富營養(yǎng)[5]。

(2)地表水資源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)

采用地表水資源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(SL-63-1994)[6]中的“湖泊和水庫營養(yǎng)類型標(biāo)準(zhǔn)” (表1)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1　TP、TN營養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)參照值　(mg/L)

(3)經(jīng)驗(yàn)TLI法評(píng)價(jià)

根據(jù)葉綠素a (Chl.a )、總磷(TP)、總氮(TN)、 透明度(SD)、高錳酸鹽指數(shù) (CODMn) 5項(xiàng)因子計(jì)算TLI指數(shù)[7]，采用0～100連續(xù)數(shù)字對(duì)TLI進(jìn)行分級(jí)(表2)。

表2　水體營養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)

(4)藻類現(xiàn)存量指標(biāo)法

根據(jù)藻細(xì)胞濃度(a)評(píng)價(jià)湖泊富營養(yǎng)程度，<3×105個(gè)/L為貧營養(yǎng)，3×105～1×106個(gè)/L為中營養(yǎng)，>106個(gè)/L為富營養(yǎng)[8]。

2結(jié)果與分析

2.1浮游植物指示法

對(duì)兩庫區(qū)6個(gè)斷面2008年數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用浮游植物指示法進(jìn)行評(píng)價(jià)。大朝山和漫灣庫區(qū)水體葉綠素a濃度年變化范圍分別為0.13～33.58mg/m3和0.15～10.86mg/m3。評(píng)價(jià)結(jié)果表明兩庫區(qū)水體年度評(píng)價(jià)以貧營養(yǎng)狀態(tài)為主，占75.0%，中營養(yǎng)占16.67%，富營養(yǎng)占8.33%。其中，大朝山庫區(qū)水體年度評(píng)價(jià)以貧營養(yǎng)狀態(tài)為主，占69.44%，中營養(yǎng)占13.89%，富營養(yǎng)占16.67%；漫灣庫區(qū)水體年度評(píng)價(jià)以貧營養(yǎng)狀態(tài)為主，占80.56%，中營養(yǎng)占19.44%，富營養(yǎng)占0%。

方差分析表明，大朝山庫區(qū)和漫灣庫區(qū)水體葉綠素a含量無顯著性差異(sig.=0.49)。

2.2地表水資源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)法

大朝山庫區(qū)水體總氮濃度年變化范圍為0.345～1.880mg/L，水質(zhì)學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，大朝山庫區(qū)水體總氮處于重富營養(yǎng)的斷面占2.78%，富營養(yǎng)的斷面占69.44%，中營養(yǎng)的斷面占27.78%。漫灣庫區(qū)水體總氮濃度年變化范圍為0.340～1.743mg/L，漫灣庫區(qū)水體總氮處于重富營養(yǎng)的斷面占8.33%，富營養(yǎng)的斷面占25.00%，中營養(yǎng)的斷面占66.67%。經(jīng)方差分析，大朝山庫區(qū)和漫灣庫區(qū)水體TN含量不存在顯著性差異(sig.=0.054)。

大朝山庫區(qū)水體總磷濃度年變化范圍為0.019～0.139mg/L。大朝山庫區(qū)水體總磷處于重富營養(yǎng)的斷面占25.00%，處于富營養(yǎng)的斷面占16.67%，處于中營養(yǎng)的斷面占50%，處于貧營養(yǎng)的斷面占8.33%。漫灣庫區(qū)水體總磷濃度年變化范圍為0.015～0.111mg/L。漫灣庫區(qū)水體總磷處于重富營養(yǎng)的斷面占8.33%，處于富營養(yǎng)的斷面占19.44%，處于中營養(yǎng)的斷面占61.11%，處于貧營養(yǎng)的斷面占11.11%。經(jīng)方差分析，大朝山庫區(qū)和漫灣庫區(qū)水體TP含量存在極顯著性差異(sig.=0.002)，漫灣庫區(qū)水體TP顯著低于大朝山庫區(qū)。

2.3經(jīng)驗(yàn)TLl法評(píng)價(jià)

經(jīng)驗(yàn)TLl法評(píng)價(jià)結(jié)果表明：大朝山庫區(qū)水體中營養(yǎng)斷面占19.44%，貧營養(yǎng)斷面占80.56%；漫灣庫區(qū)水體全年處于貧營養(yǎng)狀態(tài)。

2.4藻類現(xiàn)存量指標(biāo)法

經(jīng)方差分析，大朝山庫區(qū)和漫灣庫區(qū)浮游藻類密度不存在顯著性差異(sig.=0.195)。

大朝山和漫灣庫區(qū)藻細(xì)胞密度變化范圍分別為0.04~5.01×106個(gè)/L和0.07~3.51×106個(gè)/L。從全年看兩庫區(qū)水體以貧營養(yǎng)狀態(tài)為主，在洪水期處于貧營養(yǎng)狀態(tài)，枯水期處于中營養(yǎng)和富營養(yǎng)狀態(tài)。大朝山水電站庫區(qū)富營養(yǎng)斷面所占比例為33.33%，中營養(yǎng)為16.67%，貧營養(yǎng)為50.0%。漫灣水電站庫區(qū)富營養(yǎng)斷面所占比例為8.33%，中營養(yǎng)占52.78%，貧營養(yǎng)占38.89%。

2.5討論

漫灣和大朝山庫區(qū)水體總磷含量差異極顯著，這種差異可能與大朝山庫區(qū)的氣溫和泥沙含量顯著高于漫灣庫區(qū)有關(guān)。研究表明，無論好氧與厭氧，磷的釋放都隨溫度升高而增長，溫度升高l～3℃，將使底泥中總磷的釋放增加9%～57%[9]。另外，在相同時(shí)期大朝山庫區(qū)的懸浮物和泥沙含量較漫灣庫區(qū)多，相應(yīng)地，水體總磷含量較高[10]。

大朝山和漫灣庫區(qū)水體總氮含量無顯著性差異，這可能與大壩的截留作用有關(guān)。

大量懸浮物和泥沙的沉降使得在漫灣庫區(qū)上游生成的部分顆粒態(tài)氮及由溶解態(tài)轉(zhuǎn)化而來的生物有機(jī)態(tài)氮被遷移至庫區(qū)沉積物中，從而對(duì)上游輸入的氮營養(yǎng)鹽產(chǎn)生截留，減少了對(duì)下游大朝山庫區(qū)的氮輸送量。

研究表明，三峽水庫上游對(duì)氮的截留將分別減少長江流域向海洋輸送氮營養(yǎng)鹽通量的8%～9%[11]。

張恩仁對(duì)三峽水庫的研究也表明，水庫投入使用后，發(fā)育出的水庫生態(tài)系統(tǒng)可將上游輸入的2%～7%溶解態(tài)無機(jī)氮固定于浮游生物中[12]。但有關(guān)瀾滄江梯級(jí)水壩截流作用在多大程度上能調(diào)節(jié)徑流中營養(yǎng)鹽組分的輸送仍需要對(duì)瀾滄江河流進(jìn)行具體研究。

因此，對(duì)于泥沙對(duì)水質(zhì)的影響特別是對(duì)于氮磷的吸附和解吸附需進(jìn)行具體的研究。對(duì)于氮磷的差異是由于梯級(jí)電站庫區(qū)蓄水導(dǎo)致的水文差異影響所引起的還是由于面源污染所引起的有待于進(jìn)一步研究。

水庫蓄水后，水體滯留時(shí)間變長、流速變緩，浮游植物擁有更長的時(shí)間生長繁殖，在適宜的條件下數(shù)量往往會(huì)顯著增長[13]。瀾滄江下游水體營養(yǎng)充足、水流較緩慢，但并未出現(xiàn)浮游藻類急劇增長的現(xiàn)象。浮游植物是水體生態(tài)系統(tǒng)中“上行效應(yīng)”和“下行效應(yīng)”的結(jié)點(diǎn)，其動(dòng)態(tài)變化，是其內(nèi)部生理特征和外部驅(qū)動(dòng)因素綜合作用的結(jié)果。除了其自身生理因素，光、溫度、營養(yǎng)鹽、水流、風(fēng)、浮游植物自身濃度、種間關(guān)系、捕食等等，都是影響因素[14]?？菟?，水體流速相對(duì)較慢，水質(zhì)清澈，透明度較高，光照充足，有利于藻類的繁殖生長。豐水期水體攜帶了大量的泥沙，水中的懸浮泥沙對(duì)光線具有較大的阻礙作用，使藻類吸收的光強(qiáng)減??；泥沙在水體中吸附營養(yǎng)鹽與藻類形成競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)藻類的生長產(chǎn)生了一定的抑制作用，從而使得總藻量和豐富度下降[13,15～17]。

采用單因子評(píng)價(jià)的結(jié)論與TLl指數(shù)綜合評(píng)價(jià)的結(jié)論并不完全一致。事實(shí)上，影響水體富營養(yǎng)化的因素很多，由于各評(píng)價(jià)方法在評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重方面存在的差異，采用單一因子往往帶有一定的局限性，導(dǎo)致在庫區(qū)水體營養(yǎng)態(tài)的具體表現(xiàn)等方面的結(jié)論不盡相同，但由于單因子評(píng)價(jià)法采取最差項(xiàng)目賦權(quán)的做法，可以明確指出問題的所在，直接了解水質(zhì)狀況與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系，有利于提出針對(duì)性的水環(huán)境治理措施。TLI法充分考慮了參評(píng)指標(biāo)的合理性與科學(xué)性，較為真實(shí)、客觀地反映了瀾滄江梯級(jí)電站庫區(qū)水體的營養(yǎng)狀態(tài)水平現(xiàn)狀。

3結(jié)論

(1)兩庫區(qū)水質(zhì)變化趨勢(shì)相似，季節(jié)性變化明顯。水體氮磷含量高，屬于中-富營養(yǎng)水平。大朝山和漫灣庫區(qū)水體總氮濃度年變化范圍分別為0.345～1.880mg/L和0.340～1.743mg/L，總磷濃度年變化范圍分別為0.019～0.139mg/L和0.015～0.111mg/L。

(2)兩庫區(qū)浮游藻類密度豐水期小于枯水期，大朝山和漫灣庫區(qū)藻細(xì)胞密度變化范圍分別為0.04~5.01×106個(gè)/L和0.07~3.51×106個(gè)/L。

(3)TLI綜合指數(shù)評(píng)價(jià)表明兩庫區(qū)水體除1月大朝山庫區(qū)處于中營養(yǎng)水平外，其余全年處于貧營養(yǎng)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何文學(xué)，李茶青.從改善水流流態(tài)角度談富營養(yǎng)化治理[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2003,15(4):27-29.

[2] 麻澤龍，程根偉.河流梯級(jí)開發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的研究進(jìn)展[J].水科學(xué)進(jìn)展，2006，17(5)，748-753.

[3] 傅開道.電站建設(shè)對(duì)瀾滄江-湄公河泥沙年內(nèi)分配的影響[J].地理學(xué)報(bào)，2007，62(1)：14-21.

[4] 國家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水分析監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[5] 沈韞芬，張宗涉，龔循矩，等.微型生物監(jiān)測(cè)新技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1990.

[6] SL63-94，地表水資源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

[7] 鄧春光.三峽庫區(qū)富營養(yǎng)化研究[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2007.

[8] 云南大學(xué)生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，云南省漫灣發(fā)電廠.云南瀾滄江漫灣水電站庫區(qū)生態(tài)環(huán)境與生物資源[M].昆明：云南科技出版社，2000.

[9] 郭鵬程.河流內(nèi)源磷釋放環(huán)境影響因子研究進(jìn)展[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2008，32(3)：117-121.

[10] 黃文典.河流懸移質(zhì)對(duì)污染物吸附及生物降解影響試驗(yàn)研究[D].成都:四川大學(xué)，2005.

[11] 段水旺，章申.中國主要河流控制站氮、磷含量變化規(guī)律初探[J]. 地理科學(xué)，1999，19(5)：411-416.

[12] 張恩仁，張經(jīng).三峽水庫對(duì)長江N、P營養(yǎng)鹽截留效應(yīng)的模型分析[J]. 湖泊科學(xué)，2003，15(1)：41-48.

[13] 張遠(yuǎn)，鄭丙輝，劉鴻亮.三峽水庫蓄水后的浮游植物特征變化及影響因素[J].長江流域資源與環(huán)境，2006，15(2):254-258.

[14] 韓菲，陳永燦，劉昭偉. 湖泊及水庫富營養(yǎng)化模型研究綜述[J].水科學(xué)進(jìn)展,2003,14(6).

[15] 龔玲，鐘成華，鄧春光.水體中懸浮泥沙對(duì)藻類生長的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，25(增刊)：687-689.

[16] 龔玲.三峽庫區(qū)富營養(yǎng)化水體中懸浮泥沙對(duì)藻類生長影響的研究[D].重慶:西南大學(xué),2006.

[17] 傅開道，何大明，李少娟.瀾滄江干流水電開發(fā)的下游泥沙響應(yīng)[J].科學(xué)通報(bào)，2006，51(增刊)：100-105.

Study on the Eutrophication State of the Reservoirs of

Cascade Hydropower Plants of Lancang River

BA Chong-zhen1,LI Ai-jun2,PAN Ying3,TIE Cheng2,JIN Yu2,YIN Li-ping2,YANG liang2

(1.Lincang Environmental Monitoring Station,Lincang Yunnan 67700 China)

Abstract：Phytoplankton indication method,algae stock index method,and TLI method were applied to assess the eutrophication state of the reservoirs of Manwan and Dachaoshan hydropower plants of the downstream of Lancang River.The monthly water monitoring data of 2008 was used.The results showed that the nutrition indices in the two reservoirs were high.The yearly changes of TN in Dachaoshan and Manwan were between 0.345~1.880mg/l and 0.340~1.743 mg/l respectively.The changes of TP of the two reservoirs were 0.019~0.139 mg/l and 0.015 ~0.111mg/l respectively.The TLI index indicated that both reservoirs were still in dystrophic condition.

Key words： hydropower plant;reservoir;eutrophication;research;Lancang River