茜坑水庫(kù)水質(zhì)評(píng)價(jià)及污染源解析

翟振起, 黃廷林, 陳 凡

(1.深圳市北部水源工程管理處 茜坑水庫(kù)管理所， 廣東 深圳 518110； 2.西安建筑科技大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院， 陜西 西安 710055)

1 研究背景

隨著深圳市人口爆發(fā)式增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，全市總用水量從2000年的12.27×108m3增加到了2019年的20.62×108m3[1]。與此同時(shí)，由于地理?xiàng)l件比較特殊，深圳市內(nèi)無(wú)大江大河大湖，本地水資源供給嚴(yán)重不足，絕大部分原水需從市外引入[2]。因此，調(diào)蓄型水庫(kù)成為深圳主要供水來(lái)源，保護(hù)水庫(kù)供水安全成為社會(huì)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)[3]。水質(zhì)評(píng)價(jià)作為水質(zhì)管理的重要措施之一，具有判別水質(zhì)類別、識(shí)別主要污染因子和解析水質(zhì)時(shí)空變化等作用。目前水質(zhì)評(píng)價(jià)常用的方法主要有單因子評(píng)價(jià)法、水質(zhì)綜合指數(shù)法、主成分分析法、灰色評(píng)價(jià)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、層次分析法等[4-5]，而識(shí)別水體污染物來(lái)源并定量估算其貢獻(xiàn)率，是有針對(duì)性實(shí)施水質(zhì)保障政策措施的重要依據(jù)[6]。對(duì)于水庫(kù)污染源解析通常包括定性識(shí)別水中污染物不同來(lái)源和通過(guò)建立污染物與其來(lái)源的因果對(duì)應(yīng)關(guān)系定量分析各污染源的相對(duì)貢獻(xiàn)兩個(gè)層面[7]。

粵港澳大灣區(qū)典型調(diào)蓄型水庫(kù)——茜坑水庫(kù)擔(dān)負(fù)著深圳市西北區(qū)域400萬(wàn)人的供水任務(wù)，近年來(lái)局部輕微水華偶有發(fā)生，嚴(yán)重影響供水安全。茜坑水庫(kù)水環(huán)境狀況已引起部分學(xué)者關(guān)注，例如：馬鑫標(biāo)[2]、楊瀅等[8]研究了茜坑水庫(kù)藻類污染成因，并提出了治理對(duì)策；陳麗光等[9]分析了茜坑水庫(kù)輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)組成和動(dòng)態(tài)；李良庚[10]、巫林和[11]對(duì)茜坑水庫(kù)的生態(tài)建設(shè)進(jìn)行了探索。然而，對(duì)于茜坑水庫(kù)水質(zhì)狀況和主要污染因子的詳細(xì)報(bào)道較為罕見(jiàn)。因此，本文選取茜坑水庫(kù)關(guān)鍵斷面作為研究對(duì)象，分析2019年全年水質(zhì)數(shù)據(jù)。采用水質(zhì)綜合指數(shù)法、因子分析法和絕對(duì)主成分多元線性回歸分析模型綜合評(píng)價(jià)水庫(kù)水質(zhì)狀況，識(shí)別污染因子，估算主要污染源貢獻(xiàn)率，為茜坑水庫(kù)提升水環(huán)境質(zhì)量及保障飲用水安全提供參考，同時(shí)為南方眾多調(diào)蓄型水庫(kù)水質(zhì)評(píng)價(jià)提供借鑒。

2 數(shù)據(jù)采集與研究方法

2.1 區(qū)域概況

茜坑水庫(kù)位于深圳市龍華區(qū)福城街道，既是深圳北部水源工程的轉(zhuǎn)輸調(diào)蓄水庫(kù)，也是龍華區(qū)唯一的中型水庫(kù)。水庫(kù)總庫(kù)容為1 982×104m3，洪水位為75.2 m，死水位為55.3 m，水面面積為1.6 km2，水庫(kù)集雨面積為4.43 km2，無(wú)入庫(kù)支流，原水由東江東深干渠供應(yīng)。茜坑水庫(kù)屬于亞熱帶海洋性氣候區(qū)，區(qū)域多年平均降雨量為1 918.6 mm，太陽(yáng)總輻射量較大，日照時(shí)間長(zhǎng)，氣候溫和，冬季不明顯。2019年深圳年平均氣溫為24 ℃，較常年偏高；全年總?cè)照諘r(shí)數(shù)為1 868.7 h，比常年(1 837.6 h)偏多31.1 h；年降雨量為1 882.9 mm，比多年平均值略偏少，其中，3月降雨量異常偏多，4月偏多，1、11、12月異常偏少[12]。

2.2 數(shù)據(jù)采集

選取茜坑水庫(kù)庫(kù)中(S1)和水庫(kù)水進(jìn)入水廠的出水口處(S2)兩個(gè)典型采樣點(diǎn)(如圖1所示)。采樣時(shí)間為2019年1-12月，每月月初按照《水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)》(HJ 494—2009)采集表層水(0.5 m)樣品。由于水庫(kù)已進(jìn)行完全封閉管理多年，不存在明顯的農(nóng)業(yè)面源污染和工業(yè)污染，故選取pH、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、氨氮(NH3—N)、硝酸鹽氮(NO3—N)、總氮(total nitrogen, TN)、總磷(total phosphorus, TP)、鐵(Fe)和錳(Mn)等8個(gè)典型指標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)分析。各水質(zhì)指標(biāo)分析方法和目標(biāo)限值參考的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范見(jiàn)表1。

圖1 茜坑水庫(kù)及典型采樣點(diǎn)位置示意圖

表1 各水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)方法及其目標(biāo)限值

2.3 分析方法

相關(guān)性分析能反映不同水質(zhì)指標(biāo)間的線性關(guān)系強(qiáng)度，因此采用相關(guān)系數(shù)(r)進(jìn)行關(guān)系強(qiáng)度數(shù)值度量[13]。由于茜坑水庫(kù)全年水質(zhì)數(shù)據(jù)不完全具有正態(tài)性分布的特點(diǎn)，故采用根據(jù)各水質(zhì)數(shù)據(jù)之間秩進(jìn)行排序進(jìn)而計(jì)算的Spearman系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

水質(zhì)綜合指數(shù)法(water quality composite index, WQI)能將茜坑水庫(kù)各種水質(zhì)參數(shù)整合為一個(gè)能夠代表整體水質(zhì)的無(wú)量綱數(shù)，可以綜合反映水庫(kù)水環(huán)境質(zhì)量狀況，對(duì)于水質(zhì)規(guī)律分析和制定環(huán)境政策均通俗易用[14]。計(jì)算時(shí)對(duì)水庫(kù)每個(gè)所選水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，權(quán)重取值則根據(jù)不同指標(biāo)對(duì)水質(zhì)的影響程度賦予1～4。1代表對(duì)水質(zhì)影響較小，4代表對(duì)水質(zhì)影響較大。具體取值結(jié)合茜坑水庫(kù)調(diào)蓄型水源水庫(kù)背景、歷史水質(zhì)情況以及參考文獻(xiàn)[15]進(jìn)行因地制宜取值。水質(zhì)綜合指數(shù)Iw的計(jì)算如公式(1)、(2)所示。

(1)

Wi=wi/∑wi

(2)

式中：wi為水質(zhì)指標(biāo)i的權(quán)重，各水質(zhì)指標(biāo)權(quán)重分別取值為pH=4，CODMn=4，NH3—N=2，NO3—N=2，TN=3，TP=4，F(xiàn)e=1，Mn=1；∑wi為各水質(zhì)指標(biāo)權(quán)重總和；Wi為水質(zhì)指標(biāo)i的權(quán)重占各水質(zhì)指標(biāo)權(quán)重總和的比例；Ci和Si分別為水質(zhì)指標(biāo)i的測(cè)量濃度和地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值，mg/L。根據(jù)Iw值將水質(zhì)分為5個(gè)等級(jí)：優(yōu)(Iw≤50)，好(Iw=51～100)，良(Iw=101～200)，差(Iw=201～300)，極差(Iw>300)[14]。

Mann-Kendall秩檢驗(yàn)法為廣泛應(yīng)用于水文、氣象、環(huán)境等領(lǐng)域的趨勢(shì)分析方法，該方法具有不需要數(shù)據(jù)服從特定的分布、允許數(shù)據(jù)有缺失等優(yōu)勢(shì)，檢驗(yàn)結(jié)果由Kendall’s tau值(z值)驗(yàn)證。如果p<0.05，則認(rèn)為趨勢(shì)是存在的，z值的正負(fù)決定了趨勢(shì)是增大(正)還是減小(負(fù))[16]。計(jì)算通過(guò)R(“trend”包)程序完成。

因子分析法(factor analysis, FA)為目前應(yīng)用最為廣泛的水體污染解析方法之一。FA用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中不同指標(biāo)之間的相互關(guān)系建立矩陣，通過(guò)降維減少變量數(shù)目、簡(jiǎn)化問(wèn)題，從而識(shí)別水體主要(潛在)污染因子，為決策者建立高效合理的水環(huán)境管理方案提供參考[17]。KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)檢驗(yàn)和Bartlett球形度檢驗(yàn)可驗(yàn)證FA在數(shù)據(jù)集上的適用性。KMO檢驗(yàn)是抽樣充分性的一種度量，它提供了介于0和1之間的指數(shù)，反映了變量之間的方差比例，而B(niǎo)artlett球形度檢驗(yàn)表明了是否存在相關(guān)的矩陣關(guān)系。本研究KMO和Bartlett檢驗(yàn)結(jié)果KMO值為0.513、p=0.001，表明數(shù)據(jù)滿足分析要求。另外，所有水庫(kù)水質(zhì)數(shù)據(jù)均通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理，以避免由各種參數(shù)測(cè)量單位的差異而造成的誤差。

絕對(duì)主成分多元線性回歸分析模型(absolute pricipal component score-multivariate linear regression APCS-MLR)通過(guò)因子分析確定污染源的數(shù)量和種類，可以有效對(duì)各類污染源的貢獻(xiàn)率進(jìn)行量化分析[18]。以根據(jù)其特征向量和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)得到的絕對(duì)主成分得分(APCS)為自變量、以實(shí)測(cè)水質(zhì)指標(biāo)濃度為因變量進(jìn)行多元線性回歸計(jì)算得到各污染源的平均貢獻(xiàn)率，從而確定主要污染源對(duì)水體各評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響程度，如公式(3)所示。

(3)

式中：Ck為水質(zhì)指標(biāo)k在單次檢測(cè)中濃度，mg/L；a0為常數(shù)項(xiàng)； APCSjk為絕對(duì)主成分得分；Aj為回歸系數(shù)；Aj·APCSjk為某個(gè)污染源j對(duì)水質(zhì)指標(biāo)k的貢獻(xiàn)濃度,mg/L。所有檢測(cè)樣本Aj·APCSjk的平均值與Ck的平均值的比值即為某個(gè)污染源對(duì)水質(zhì)指標(biāo)k的貢獻(xiàn)率，具體計(jì)算過(guò)程參考文獻(xiàn)[19]、[20]。

對(duì)所選取的茜坑水庫(kù)S1和S2采樣點(diǎn)所有水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行逐月配對(duì)Wilcoxon符號(hào)秩檢驗(yàn)，結(jié)果顯示所有水質(zhì)指標(biāo)在分布上不存在顯著不同(p>0.01)，因此后續(xù)分析取S1和S2兩個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值代表水庫(kù)水質(zhì)。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 水質(zhì)指標(biāo)變化規(guī)律

2019年1-12月茜坑水庫(kù)各水質(zhì)指標(biāo)濃度變化如圖2所示，各水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果如圖3所示。對(duì)圖2、3中的結(jié)果綜合分析如下：

pH作為水庫(kù)基礎(chǔ)指標(biāo)之一，是水庫(kù)中各種離子酸堿平衡綜合作用的體現(xiàn)。pH在2-8月份均保持在8以上，6月份pH達(dá)到最高值9.8，其余月份pH數(shù)值為7～8，水庫(kù)水質(zhì)呈現(xiàn)穩(wěn)定的堿性狀態(tài)(圖2(a))。由于茜坑水庫(kù)無(wú)明顯外源污染，pH變化主要受浮游植物光合作用的影響[21]，水庫(kù)浮游植物大量繁殖后產(chǎn)生較強(qiáng)的光合作用能夠攝取超量CO2，當(dāng)水庫(kù)水體游離CO2不足時(shí)，只能從水中HCO3-獲取并釋放出OH-使水體pH升高。而6月份較高溫度和強(qiáng)烈光照造成浮游植物大量繁殖是pH在此期間偏高的主要原因。CODMn表現(xiàn)出類似規(guī)律(圖2(b))，浮游植物數(shù)量較多的4-7月份濃度明顯大于其他月份，6月份達(dá)到極大值6.30 mg/L，超過(guò)地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，其他月份CODMn濃度較小，僅為1.46～2.00 mg/L，說(shuō)明水庫(kù)CODMn受浮游植物影響明顯。Kukrer等[14]研究表明，初級(jí)生產(chǎn)力的增加會(huì)使水體有機(jī)物顯著增加，造成CODMn濃度增大。相關(guān)性分析結(jié)果(圖3)表明，CODMn與pH表現(xiàn)出高度的相關(guān)性(r=0.75，p<0.01)，這也說(shuō)明兩者主要影響因素高度同源，均為浮游植物。

對(duì)于氮素，NO3—N和TN表現(xiàn)出強(qiáng)烈相關(guān)性(r=0.74,p<0.01)，說(shuō)明兩者變化基本一致(圖3)。6-9月份兩者濃度處于全年較低水平，其原因可能是該階段浮游植物生長(zhǎng)需要攝取大量氮素，其他月份濃度變化不大(圖2(d)、2(e))。與大多數(shù)水庫(kù)TN濃度較高類似[22-23]，茜坑水庫(kù)TN濃度為0.54～1.73 mg/L(圖2(e))，全年均超過(guò)地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)(0.50 mg/L)，部分月份甚至大于Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)(1.50 mg/L)，氮負(fù)荷較高是茜坑水庫(kù)亟需解決的難題之一。相反，水庫(kù)全年的NH3—N濃度在0.02～0.08 mg/L范圍內(nèi)(圖2(c))，處于較低水平，說(shuō)明水庫(kù)具有一定的自凈能力，硝化作用是水庫(kù)氮循環(huán)的主要途徑[24]。從TN的組成成分來(lái)看，NO3—N全年占比保持在71%±9%，說(shuō)明NO3—N占水庫(kù)氮素的絕大部分，有機(jī)氮污染較少。水庫(kù)TP濃度全年保持在0.010～0.022 mg/L之間(圖2(f))，呈現(xiàn)出較低水平并滿足地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。水庫(kù)全年氮磷比(TN/TP)為62～136，遠(yuǎn)大于適合浮游植物生長(zhǎng)的氮磷比值16[25]，說(shuō)明磷是限制茜坑水庫(kù)浮游植物生長(zhǎng)的因素之一。

圖2 2019年1-12月茜坑水庫(kù)各水質(zhì)指標(biāo)濃度變化

注：n=12，“*”表示P<0.05水平顯著， “**”表示P<0.01水平顯著。

茜坑水庫(kù)Fe和Mn全年濃度分別0.014～0.150 mg/L和0.002 0～0.015 5 mg/L(圖2(g)、2(h))，均未超過(guò)地表水限值。從變化趨勢(shì)上看，兩者均存在較大波動(dòng)，但變化趨勢(shì)基本一致，相關(guān)性強(qiáng)烈(r=0.82,p<0.01)。1-4月份Fe和Mn濃度基本保持較低水平，5月份以后，兩者濃度出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)且維持較高濃度。Fe和Mn在水體中的循環(huán)過(guò)程非常類似[26]，通常有著相同的變化規(guī)律。研究表明水庫(kù)中Fe和Mn濃度均主要受外源輸入和內(nèi)源釋放的影響[27]，其中外源輸入主要與引水帶來(lái)的負(fù)荷有關(guān)，而內(nèi)源釋放則可能是由于外界擾動(dòng)、底層厭氧等因素引起沉積物釋放。對(duì)于茜坑水庫(kù)兩者濃度在5月份均突然增加的情況，考慮與汛期降水沖刷河流導(dǎo)致引水帶入和水庫(kù)分層底層厭氧沉積物釋放有密切關(guān)系。 由于污染來(lái)源基本一致， 因而Fe和Mn相關(guān)系數(shù)較高。另外5月份以后茜坑水庫(kù)的Fe和Mn均保持較高濃度，其可能的原因是無(wú)論外源或內(nèi)源負(fù)荷，F(xiàn)e和Mn在水體中的滯留率和停留時(shí)間均較高[27]。因而5月份以后Fe和Mn的增長(zhǎng)對(duì)于水庫(kù)水質(zhì)的影響需引起關(guān)注。另外，pH與Mn濃度呈較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)(r=-0.75,p<0.01)，而與Fe濃度未表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性?？赡茉蚴撬畮?kù)水體長(zhǎng)期保持弱堿性環(huán)境，Mn的氧化速度遠(yuǎn)小于Fe[26]，F(xiàn)e被迅速氧化后穩(wěn)定存在于水體中，而Mn的氧化速度較慢，因而其濃度變化受pH影響較大。

3.2 基于WQI指數(shù)的水庫(kù)水質(zhì)評(píng)價(jià)

基于WQI法計(jì)算的2019年1-12月茜坑水庫(kù)水質(zhì)綜合指數(shù)Iw如圖4所示。由圖4可看出，茜坑水庫(kù)全年水質(zhì)綜合指數(shù)在52～103之間，均值為78，總體處于“好”水平，其中4和6月份水質(zhì)為“良”，其他月份均為“好”，說(shuō)明茜坑水庫(kù)水質(zhì)滿足供水要求。同時(shí)注意到茜坑水庫(kù)總體水質(zhì)變化并未呈現(xiàn)出大多數(shù)水庫(kù)[28-30]出現(xiàn)的汛期(5-9月)水質(zhì)明顯差于非汛期的狀況，這說(shuō)明汛期降雨引起的面源污染不是影響水庫(kù)水質(zhì)的主要原因。這與茜坑水庫(kù)作為調(diào)蓄型水庫(kù)的特征密切相關(guān)，按照水庫(kù)年均2.6×108m3的引水量計(jì)算，水庫(kù)引水量約是其自身庫(kù)容的13倍，因此外來(lái)引水所帶來(lái)的污染匯入影響遠(yuǎn)大于其自身面源污染。另外，利用Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)分析水質(zhì)綜合指數(shù)變化趨勢(shì)，結(jié)果為z=-2.13,p=0.03<0.05(n=12)，說(shuō)明茜坑水庫(kù)水質(zhì)綜合指數(shù)呈顯著減小趨勢(shì)。近幾年來(lái)，茜坑水庫(kù)在水質(zhì)防治方面采取了多種措施，例如：通過(guò)優(yōu)化水源調(diào)度，采用多進(jìn)水多出水策略，加速水體交換，改善水庫(kù)水力條件；投放白鰱魚(yú)、鳙魚(yú)進(jìn)行生物防治，在一定程度上控制浮游植物生長(zhǎng)；實(shí)施隔離圍網(wǎng)項(xiàng)目全面加強(qiáng)水源保護(hù)，切斷所有人為污染源等。這些措施的協(xié)同效應(yīng)使得茜坑水庫(kù)水質(zhì)整體呈現(xiàn)出逐漸向好的趨勢(shì)。

圖4 2019年1-12月茜坑水庫(kù)水質(zhì)綜合指數(shù)Iw

3.3 污染源解析

對(duì)8個(gè)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行因子分析，各水質(zhì)指標(biāo)對(duì)于每個(gè)因子的方差用特征值來(lái)表示，即代表了各因子對(duì)整個(gè)水質(zhì)信息解釋貢獻(xiàn)度。解釋度表示為該因子特征值與所有因子特征值之和的比值，累計(jì)解釋度為所有解釋度值之和。一般取特征值大于1為有效因子，對(duì)于茜坑水庫(kù)共有3組數(shù)據(jù)(VF1=3.09，VF2= 2.69，VF3=1.00)符合要求，因此因子分析只考慮前3個(gè)因子。提取前3個(gè)因子，累計(jì)解釋度達(dá)84.71%，大于多數(shù)同類研究結(jié)果[31-33]，表明該3個(gè)因子能較好地代表水質(zhì)評(píng)價(jià)原始數(shù)據(jù)中的水質(zhì)信息。各水質(zhì)指標(biāo)的因子分析結(jié)果如表2所示。按照因子得分值為大于0.75、0.75～0.50和0.50～0.30，其與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系可相應(yīng)地分為強(qiáng)相關(guān)、中等相關(guān)和弱相關(guān)3類[34]。

表2 各水質(zhì)指標(biāo)的因子分析結(jié)果(最大方差法)

第1個(gè)因子(VF1)解釋了整個(gè)數(shù)據(jù)集的38.68%，與TN和NO3—N呈強(qiáng)正相關(guān)，與TP呈中等正相關(guān)。這一因子可歸納為與引水匯入相關(guān)。茜坑水庫(kù)引水來(lái)源為東江河流水，目前河流地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)低于湖庫(kù)水，造成引水質(zhì)量劣于水庫(kù)水質(zhì)的供水要求，給水庫(kù)帶來(lái)大量營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷，造成水質(zhì)供需矛盾。另外，引水工程改變了水庫(kù)原有的進(jìn)口水動(dòng)力-水質(zhì)條件，必然影響庫(kù)區(qū)水質(zhì)變化[35]。與此同時(shí)茜坑水庫(kù)由于自身地形特點(diǎn)存在較多庫(kù)灣，一旦引入過(guò)多污染物質(zhì)將會(huì)使得水庫(kù)污染物濃度峰值更高、滯留時(shí)間更長(zhǎng)，從而放大了引水負(fù)荷對(duì)水庫(kù)水質(zhì)的影響。

第2個(gè)因子(VF2) 解釋了整個(gè)數(shù)據(jù)集的33.64%，與pH和CODMn呈強(qiáng)正相關(guān)，與TP呈中等正相關(guān)。前述分析表明pH和CODMn變化與水庫(kù)浮游植物密切相關(guān)，同時(shí)浮游植物可以將顆粒態(tài)磷轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)增加了水體磷負(fù)荷[36]，說(shuō)明此因子代表了浮游植物變化對(duì)水庫(kù)水質(zhì)的影響。水庫(kù)地處(亞)熱帶地區(qū)，氣溫高且日照久，適合浮游植物生長(zhǎng)，一旦其數(shù)量超過(guò)閾值將會(huì)改變水庫(kù)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)[37]，嚴(yán)重破壞水生態(tài)健康。另外，部分浮游植物繁殖對(duì)飲用水安全有巨大影響[38]，例如藍(lán)藻藻毒素對(duì)人體健康危害嚴(yán)重。

第3個(gè)因子(VF3)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)集的解釋度為12.39%，與Fe和Mn呈強(qiáng)正相關(guān)，說(shuō)明該因子與內(nèi)源釋放對(duì)水庫(kù)水質(zhì)的影響有關(guān)。茜坑水庫(kù)主庫(kù)區(qū)平均水深大于15 m，滿足形成水體熱分層的條件[39]，夏季庫(kù)中水體會(huì)出現(xiàn)明顯的熱分層從而引起水質(zhì)惡化，包括底層溶解氧降低、沉積物中Fe和Mn向水體釋放等[40]。

3.4 污染源貢獻(xiàn)率估算

通過(guò)因子分析確定了3個(gè)主要污染源，即引水匯入、浮游植物和內(nèi)源釋放，利用 APCS-MLR 計(jì)算各主要污染源對(duì)于茜坑水庫(kù)水質(zhì)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 主要污染源對(duì)各水質(zhì)指標(biāo)貢獻(xiàn)率

由表3中回歸方程R2值以及預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的比值可知，除NH3—N和TP外，其他水質(zhì)指標(biāo)在模型擬合結(jié)果中均有較好表現(xiàn)。NH3—N因其濃度很低，模型擬合結(jié)果不能說(shuō)明主要問(wèn)題，而水庫(kù)中由于TP含量較小且其易受到流域匯入、沉降與釋放、生物循環(huán)和大氣沉降等多種因素的影響，故其擬合結(jié)果較差，因此這兩種物質(zhì)不參與后續(xù)污染源貢獻(xiàn)率的計(jì)算。

引水匯入對(duì)NO3—N和TN的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到58.6%和44.1%，這說(shuō)明水體中的氮負(fù)荷有超過(guò)一半來(lái)自引水。浮游植物對(duì)CODMn的貢獻(xiàn)率達(dá)到40.0%，應(yīng)警惕浮游植物對(duì)水體的有機(jī)污染。內(nèi)源釋放對(duì)NH3—N 、Fe和Mn的貢獻(xiàn)率較大，分別為43.0%、53.1%和46.2%，對(duì)其他指標(biāo)影響不大。從回歸結(jié)果綜合來(lái)看，不存在某種污染源對(duì)某一指標(biāo)的影響占絕對(duì)主導(dǎo)地位的情況，這說(shuō)明茜坑水庫(kù)與天然湖泊類似，其水質(zhì)變化同樣受到包括水動(dòng)力、水生態(tài)和外界環(huán)境等多方面的綜合影響，這必然對(duì)水源水庫(kù)的水質(zhì)管理帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。另外，由于所分析的水樣均在水庫(kù)表層采集，在水庫(kù)分層期間其分析結(jié)果不能完全代表水庫(kù)的水質(zhì)狀況，若要準(zhǔn)確掌握水庫(kù)水質(zhì)的變化規(guī)律，應(yīng)在分層期進(jìn)行垂向采樣。

因此，未來(lái)在水庫(kù)管理上，一方面需加強(qiáng)浮游植物監(jiān)測(cè)，掌握其數(shù)量和群落變化，提前預(yù)警其對(duì)水庫(kù)的影響；另一方面應(yīng)盡量改善引水水質(zhì)并采取工程措施消除水體分層，抑制內(nèi)源釋放，才能從根源上提升水庫(kù)的水環(huán)境質(zhì)量。

4 結(jié) 論

(1)茜坑水庫(kù)8種典型水質(zhì)指標(biāo)大部分情況下滿足地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)且波動(dòng)較小。pH和CODMn指標(biāo)在部分月份超標(biāo)的原因是浮游植物大量繁殖。TN作為主要污染物應(yīng)采取減量措施，特別是減少引水所帶來(lái)的負(fù)荷。磷是限制水庫(kù)中浮游植物生長(zhǎng)的因素之一。Fe和Mn濃度較低，但呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

(2)通過(guò)WQI指數(shù)分析可知，茜坑水庫(kù)全年水質(zhì)狀況整體較好，滿足供水要求。經(jīng)Mann-Kendall檢驗(yàn)表明水質(zhì)趨好，驗(yàn)證了近年來(lái)對(duì)水庫(kù)采取多種治理措施的有效性。

(3)通過(guò)因子分析法和絕對(duì)主成分多元線性回歸分析可知，茜坑水庫(kù)水質(zhì)受多種因素的影響，其中直接影響因素為浮游植物，而引水匯入和內(nèi)源釋放為關(guān)鍵影響因素。