橫山水庫水質歷史演變特征及其水文影響因素

華幸超， 陳淑云， 陳 靜， 趙興才

(宜興市水利局， 江蘇 無錫 214200)

水質污染是中國面臨的嚴重環(huán)境問題之一，其中湖庫的水質變化是目前水環(huán)境污染防治關注的重點問題[1]，目前關于湖庫的水質演變及其影響因素的研究均以《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002)中的TP、NH3-N、CODMn及Chl-a等營養(yǎng)鹽及藍藻水華質量濃度為主要分析指標[2]。此外，在全球氣候變暖的影響下，極端天氣發(fā)生的頻率變高，湖泊水庫流域的蒸發(fā)加劇或持續(xù)降水導致其水位和容量發(fā)生相應改變[3]。水庫的水位如果有較大程度的波動，則水文情勢也會相應改變，水庫生態(tài)環(huán)境演變，最終引起水環(huán)境發(fā)生變化，且水庫周圍的工農業(yè)活動產生的污染物在降水后可能會對水庫水質產生影響[4-5]。因此，政府及相關部門對水庫庫區(qū)生態(tài)環(huán)境保護非常重視，對水庫的水質歷史演變研究及其影響因素的分析對水庫水質的改善和水環(huán)境的保護具有重要意義。

橫山水庫是宜興市的主要飲用水源地，日供水約21萬m3，占整個宜興市區(qū)供水量的70%左右，其在保證宜興市周邊居民生活用水、社會經濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境平衡等方面起著不可替代的作用，且其水質關系到城市供水區(qū)域水生態(tài)穩(wěn)定。但目前已經開展的橫山水庫水體污染的分析研究主要集中為在短時間內其底泥中氮磷營養(yǎng)鹽及釋放等內源污染方面[6]，而針對其水質狀況在長時間尺度上變化趨勢的研究不多，水文條件變化帶來的影響分析也相對缺乏。因此本文根據(jù)所搜集到1995—2020年橫山水庫水質監(jiān)測資料，分析橫山水庫水質狀況及其長期變化趨勢，以期為橫山水庫的水環(huán)境保護部門提供科學依據(jù)，為水庫水質在水文條件變化下的污染防治提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

橫山水庫(119.443°E～119.7°E，31.1°N～31.275°N)位于江蘇省宜興市西南山區(qū)，地跨宜興、溧陽兩市，是一座以防洪、供水為主的水利樞紐，是太湖流域源頭水保護區(qū)之一。橫山水庫總容量1.12億m3，平均水深約7.94 m，總流域面積為154.8 km2。橫山水庫上游地勢陡峭，庫區(qū)地形由南向北傾斜，主要水源為來自溧陽的同官嶺、金牛嶺、松嶺等和宜興的襄王嶺、太華山、唐盤山、分介嶺等，主要入庫河流為橫澗和楊店澗。橫山水庫北面建有一座長4 090 m的大壩，一座堰頂高程為32.0 m(吳淞高程)的三孔泄洪閘。

1.2 數(shù)據(jù)來源及分析

文中數(shù)據(jù)均搜集自橫山水庫的水質監(jiān)測站，其化學指標分析均采用國標檢測方法[7]，年均數(shù)據(jù)為月均數(shù)據(jù)的平均值。數(shù)據(jù)處理及線段圖、柱狀圖的繪制使用Excel 2013和Origin 8.5 軟件完成。

2 結果與討論

2.1 橫山水庫水體理化指標歷年變化

橫山水庫水體TP質量濃度的長時間序列波動范圍如圖1所示，1995—2020年橫山水庫TP質量濃度的波動范圍為0.02～0.06 mg/L，均值超過0.05 mg/L的年份較少，只有2011年整個庫區(qū)水體TP質量濃度為最高水平，與該年罕見的大旱極端天氣有關。2017年庫區(qū)水體TP質量濃度處于近些年來較低水平，這與2017年是雨量充沛，是一個典型的豐水年有密切的關系。自2018年以來，水庫的水體中TP質量濃度又有逐漸升高的趨勢。

圖1 橫山水庫歷年水體TP、NH3-N、CODMn、Chl-a質量濃度年均值變化規(guī)律

橫山水庫水體中的NH3-N變化趨勢如圖1所示，1997—2020年橫山水庫水體NH3-N質量濃度年均值的波動范圍為0.04～0.46 mg/L，相比而言，雖然水庫水體中的NH3-N年均質量濃度較低，但從圖中可以看出2000年出現(xiàn)了明顯的峰值，且在2008年有明顯下降，之后一直保持相對穩(wěn)定。

從圖1可以看出橫山水庫中CODMn質量濃度長序列年代中的波動范圍為1.70～5.18 mg/L，但除1995年較高外，自1996—2020年，波動范圍較小，始終維持在2.5 mg/L左右。

從圖1中可以清楚地看出，水庫中的Chl-a自2016年出現(xiàn)逐年增加的趨勢，表明庫區(qū)的營養(yǎng)鹽質量濃度逐漸適合藻類的生長。

2.2 橫山水庫水質變化與水位、庫容、降水量的關系

水位是水庫重要的水文要素之一。水位波動不僅會影響湖庫中生物的生長和分布，也在湖庫的物理化學反應過程中起著重要作用，對水庫水質的變化具有重要影響。劇烈的水位波動對水庫的生態(tài)環(huán)境具有顯著的負面效應。因此，通常來說水庫要保持一個正常的水位或者安全的水位。

圖2～4是橫山水庫主要水質指標TP和NH3-N與水庫水位、庫容、降水量之間的關系。從分析結果來看，水庫的水位以及庫容與水體TP質量濃度變化關系密切，基本上是隨著水位或者庫容的減小，水體TP質量濃度呈現(xiàn)一個升高的趨勢。水庫水位或者庫容較高的時候，會起到一個“稀釋”的作用，包括對來自外源入湖污染物以及庫區(qū)底泥釋放的稀釋。這表明水庫的庫容水量的大小與水體TP質量濃度基本呈現(xiàn)線性的關系。從歷年的累積降水量來看，也與水體TP質量濃度具有較好的反相關關系。降水量的增加會導致水體庫容的增加，因此也會有一個上述闡述的所謂的“稀釋”效應。水庫水體中的TP主要由顆粒態(tài)磷組成，占據(jù)了水體TP的大部分。庫容的增加以及降水量的增大會導致水體懸浮物質量濃度的陡然降低，因此引起水體中的TP質量濃度也隨之降低。NH3-N質量濃度隨水庫水位、庫容和年降水量變化其變化趨勢與TP基本一致，且升高和減小的幅度較大，尤其是2017年以來呈現(xiàn)明顯升高的趨勢。

圖2 橫山水庫水體中TP、NH3-N與水位之間的關系

圖3 橫山水庫水體中TP、NH3-N與庫容之間的關系

圖4 橫山水庫水體中TP、NH3-N與降水量之間的關系

3 結 論

從橫山水庫1995—2020年的水質監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，其水體中的TP在長時間尺度上保持較低的水平，但是自2017年開始呈現(xiàn)上升的趨勢，需要引起重視。水體中CODMn一直保持較低水平，Chl-a則有升高的趨勢，說明水庫可能存在富營養(yǎng)化的趨勢。水文條件的變化主要影響水體中TP質量濃度的變化，因此在水文條件急劇變化的情況下，做好水庫磷污染的檢測和防治工作至關重要。