陸渾水庫(kù)水質(zhì)趨勢(shì)分析及水環(huán)境安全狀況評(píng)價(jià)

李永麗

摘要：根據(jù)陸渾水庫(kù)2009-2015年水質(zhì)逐月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，應(yīng)用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)對(duì)水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行了分析，應(yīng)用季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)法對(duì)溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、硝酸鹽氮、氨氮、總氮、總磷污染因子的變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析研究，并通過建立陸渾水庫(kù)的水環(huán)境安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)水庫(kù)的水環(huán)境安全狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)顯示水庫(kù)水體長(zhǎng)期處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，TN是制約水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵因素，磷是陸渾水庫(kù)的限制性營(yíng)養(yǎng)鹽；2009-2015年陸渾水庫(kù)水質(zhì)狀況相對(duì)較為穩(wěn)定，并有改善趨勢(shì)，基本處于較安全狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)趨勢(shì)；營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)；安全評(píng)價(jià)；陸渾水庫(kù)

陸渾水庫(kù)位于黃河支流伊河中游，在嵩縣境內(nèi)，距洛陽(yáng)市67 km，控制流域面積3 492 km2（占伊河流域面積的57.9%），是一座以防洪為主的大型水庫(kù)，在防洪、發(fā)電、灌溉、供水和水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面發(fā)揮了重要作用。

陸渾水庫(kù)是洛陽(yáng)市重要的湖庫(kù)型飲用水水源地，水質(zhì)的好壞與居民生活、健康息息相關(guān)。20世紀(jì)90年代以來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，陸渾水庫(kù)流域的重金屬企業(yè)、種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)等污染物排放量增大，水體一度呈惡化趨勢(shì)。近幾年來，隨著各項(xiàng)水環(huán)境綜合治理措施的實(shí)施，庫(kù)區(qū)水質(zhì)得到改善，但總氮含量依然超標(biāo)嚴(yán)重。因此，筆者對(duì)水庫(kù)的營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析制約水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵因素及主要限制因子，明晰水庫(kù)水質(zhì)變化趨勢(shì)和安全等級(jí)，以期為管理部門決策提供科學(xué)依據(jù)。

1陸渾水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)

根據(jù)《地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》（SL 395-2007）中湖泊（水庫(kù)）營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及分級(jí)方法，采用總磷（TP）、總氮（TN）、葉綠素a（Chl-a）、高錳酸鹽指數(shù)（CODM）和透明度5個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)陸渾水庫(kù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。由圖1可知，陸渾水庫(kù)2009-2015年綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均小于50，水體為中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，但從總體賦分值來看，偏向于輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。2009-2011年綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)略有上升，2011-2015年逐步回落，但仍高于2009年和2010年。由圖2可知，TN是制約水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵因素?？梢?，從營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)來看，只有繼續(xù)采取措施控制水體TN的質(zhì)量濃度，才能持續(xù)緩解陸渾水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)。

氮和磷是浮游植物生長(zhǎng)必須的營(yíng)養(yǎng)元素。根據(jù)利比希最小因子定律，作物的最大產(chǎn)量受這種作物所需的、環(huán)境中非常少的、不能滿足這種作物需要的那種物質(zhì)限制。判別水體富營(yíng)養(yǎng)化限制性營(yíng)養(yǎng)鹽的方法如下：當(dāng)水體中可被水生植物直接吸收的磷的濃度小于5Ug/L時(shí)，磷是可能制約水生植物生長(zhǎng)的限制性營(yíng)養(yǎng)鹽；當(dāng)可被水生植物吸收的氮的濃度小于20Ug/L時(shí)，氮是可能制約水生植物生長(zhǎng)的限制性營(yíng)養(yǎng)鹽。若氮和磷的濃度均小于上述標(biāo)準(zhǔn)。則二者都可能是限制性營(yíng)養(yǎng)鹽；若氮和磷濃度都不低于上述標(biāo)準(zhǔn)，則可利用水體的氮磷比確定哪一種元素有可能是限制性營(yíng)養(yǎng)鹽。陸渾水庫(kù)水體中氮含量遠(yuǎn)高于磷含量，氮磷比大多為40-200，氮磷比過高會(huì)導(dǎo)致藻類大量生長(zhǎng)，氮和磷會(huì)被大量消耗，而磷營(yíng)養(yǎng)鹽將會(huì)被首先消耗到低值，甚至低于水生植物限制生長(zhǎng)的含量，因此磷是陸渾水庫(kù)的限制性營(yíng)養(yǎng)鹽。

2水質(zhì)變化趨勢(shì)分析

采用季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)方法進(jìn)行水質(zhì)變化趨勢(shì)分析。其原理是對(duì)歷年各月的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若后面的值高于前面的值則記為正號(hào)，反之記為負(fù)號(hào)。若正號(hào)的個(gè)數(shù)比負(fù)號(hào)的多，則可能為上升趨勢(shì)，否則可能為下降趨勢(shì)；若正、負(fù)號(hào)的個(gè)數(shù)都占50%，則為無(wú)趨勢(shì)。研究選取陸渾水庫(kù)2009-2015年監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)序列進(jìn)行趨勢(shì)分析，明晰陸渾水庫(kù)的水質(zhì)變化趨勢(shì)。

確定趨勢(shì)分析參數(shù)的主要原則是選擇在判定水質(zhì)變化上有代表性的水質(zhì)指標(biāo)，并擁有長(zhǎng)序列、可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。根據(jù)所掌握的水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料，對(duì)陸渾水庫(kù)的總磷、總氮、高錳酸鹽、氨氮、溶解氧和硝酸鹽氮6個(gè)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)變化趨勢(shì)分析。

根據(jù)2009-2015年的水質(zhì)數(shù)據(jù)，取顯著性水平a的判別標(biāo)準(zhǔn)為0.10和0.01：當(dāng)a<0.01時(shí)，說明檢驗(yàn)具有高度顯著性水平；當(dāng)0.01≤a≤0.10時(shí)，說明檢驗(yàn)是顯著的。陸渾水庫(kù)6個(gè)水質(zhì)指標(biāo)變化趨勢(shì)分析結(jié)果見表1，由表1可以看出，2009-2015年，陸渾水庫(kù)總氮、氨氮和高錳酸鹽濃度變化趨勢(shì)不明顯，總磷濃度呈高度顯著下降趨勢(shì)，硝酸鹽氮濃度呈顯著下降趨勢(shì)，溶解氧濃度呈顯著上升趨勢(shì)，說明2009-2015年陸渾水庫(kù)水質(zhì)狀況相對(duì)較為穩(wěn)定，并有改善趨勢(shì)。

3水環(huán)境安全評(píng)價(jià)

3.1水環(huán)境安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

歐洲環(huán)境署建立的驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)（DPSIR）指標(biāo)體系，一般用于生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性研究，對(duì)于災(zāi)變等突發(fā)情況，在DPSIR模型中沒有反映。本文將災(zāi)變風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的水華爆發(fā)影響因子作為水環(huán)境安全的非穩(wěn)態(tài)指標(biāo)，替代DPSIR中的“響應(yīng)”指標(biāo)，在識(shí)別DPSIR各組分問相互聯(lián)系的過程中將非穩(wěn)態(tài)的災(zāi)變與穩(wěn)態(tài)的健康狀態(tài)結(jié)合考慮，構(gòu)建包括驅(qū)動(dòng)力、壓力、狀態(tài)、影響以及風(fēng)險(xiǎn)5個(gè)方案層、11項(xiàng)指標(biāo)的水環(huán)境安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（見圖3）。以2015年陸渾水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例，對(duì)陸渾水庫(kù)水環(huán)境安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

各指標(biāo)數(shù)據(jù)來源：月降水量根據(jù)雨量站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到：入庫(kù)河流和入庫(kù)排污口的點(diǎn)源污染是陸渾水庫(kù)的主要污染物來源，因此通過入庫(kù)河流的流量和水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、入庫(kù)排污口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算來自入庫(kù)河流的污染物入庫(kù)量和來自點(diǎn)源的污染物入庫(kù)量，從而得到陸渾水庫(kù)主要污染物入庫(kù)量：水質(zhì)狀態(tài)指標(biāo)選擇反映水體富營(yíng)養(yǎng)化特征的高錳酸鹽指數(shù)和總氮、總磷、浮游植物葉綠素a含量4項(xiàng)指標(biāo)，指標(biāo)數(shù)據(jù)采用每月實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）評(píng)價(jià)得到陸渾水庫(kù)2015年每月的水質(zhì)類別，并與《全國(guó)重要江河湖泊水功能區(qū)劃手冊(cè)》里劃定的Ⅱ類水水質(zhì)目標(biāo)相比，判斷其是否達(dá)標(biāo)；水溫?cái)?shù)據(jù)采用每月采樣時(shí)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，氮磷比即總氮濃度與總磷濃度的比值。

根據(jù)所構(gòu)建的指標(biāo)體系，對(duì)陸渾水庫(kù)2015年12個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，形成原始數(shù)據(jù)，見表2。