河池市龍灘水庫水質(zhì)及富營養(yǎng)化分析

李東霖，韋海玲

（河池水文中心，廣西 河池 547000）

1 研究背景

本文主要采用營養(yǎng)狀態(tài)特征指數(shù)賦分評價(jià)法對龍灘水庫汛期和非汛期水質(zhì)和富營養(yǎng)化程度進(jìn)行分析評價(jià)。龍灘水庫位于廣西河池市西北部，周邊沒有廠礦企業(yè)，工業(yè)排污程度低，近年來已禁止水面大面積網(wǎng)箱養(yǎng)魚，在禁漁期以外允許進(jìn)行少量休閑垂釣。但是，龍灘水庫周邊有一些村屯，有一定量的生活污水匯入。庫區(qū)種植有少量的水稻、甘蔗等農(nóng)作物，化肥和農(nóng)藥的使用存在一定的農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)，庫區(qū)內(nèi)有培訓(xùn)基地及少量旅游項(xiàng)目，有一定的旅游垃圾等地表污染風(fēng)險(xiǎn)。因此，開展龍灘水庫水質(zhì)及富營養(yǎng)化分析，對進(jìn)一步提升水質(zhì)監(jiān)測對水資源保護(hù)和開發(fā)利用的支撐作用具有重要意義。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究區(qū)域的概況

選取河池市境內(nèi)的龍灘水庫作為研究對象。龍灘水庫庫容為273億m3，壩址位于紅水河干流距廣西河池市天峨縣城15 km上游處，年平均蓄水量達(dá)130.8萬m3，壩址以上控制集水面積9.85萬km2，占紅水河流域面積13.83萬km2的71.2%[1～3]。紅水河隸屬于珠江流域西江水系，干流全長1573 km，流域?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)性氣候[4]，流經(jīng)云南、貴州及廣西三省（自治區(qū)），流域地形復(fù)雜，水系發(fā)達(dá)，多年平均降水量1449 mm,徑流系數(shù)0.55[5]。壩址上游附近有布柳河、曹渡河、蒙江3大支流匯入，這3條支流的流域面積共1.8萬km2，占龍灘壩址以上集水面積的18.3%，紅水河貴州省境內(nèi)最大的支流北盤江在壩址上游132 km處的左岸匯入，形成了龍灘壩址以上流域呈左寬右窄的不對稱形狀。

2.2 數(shù)據(jù)來源

（1）監(jiān)測數(shù)據(jù)。對龍灘水庫開展水質(zhì)監(jiān)測的項(xiàng)目有水溫、pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷、總氮、銅、鋅、氟化物、硒、砷、汞、鎘、六價(jià)鉻、鉛、氰化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑、硫化物、糞大腸菌群、葉綠素a、透明度共26項(xiàng)。按照《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》（SL219-2013）要求，嚴(yán)格遵循采送樣及樣品保存轉(zhuǎn)運(yùn)流程，各項(xiàng)數(shù)據(jù)采取相關(guān)質(zhì)量控制措施，以滿足數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量要求。

（2）監(jiān)測設(shè)備。在河池水環(huán)境監(jiān)測中心實(shí)驗(yàn)室檢測化驗(yàn)過程中，主要用到原子熒光分光光度計(jì)、原子吸收分光光度計(jì)、水質(zhì)參數(shù)現(xiàn)場測定儀、塞氏盤、紫外-可見分光光度計(jì)、流動(dòng)注射分析儀、連續(xù)流動(dòng)分析儀、離子色譜儀等水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，實(shí)驗(yàn)用水為超純水機(jī)制備的二次水（18.25 MΩ），所用試劑均采用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的分析純試劑。

2.3 研究方法

水庫營養(yǎng)狀態(tài)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用《地表水資源質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)程》（SL395-2007）；評價(jià)項(xiàng)目包括總磷、總氮、葉綠素a、高錳酸鹽指數(shù)和透明度5個(gè)特征參數(shù)；評價(jià)方法采用特征指數(shù)法：第一，采用線性插值法將水質(zhì)項(xiàng)目濃度值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)賦分值；第二，按公式（1）計(jì)算營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI；第三，根據(jù)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI確定營養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)（見表1）；第四，富營養(yǎng)化達(dá)標(biāo)評價(jià)，未達(dá)到富營養(yǎng)及以上的為達(dá)標(biāo)，否則為不達(dá)標(biāo)。

表1 水庫營養(yǎng)狀態(tài)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及分級(jí)方法

式中：EI為營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；En為評價(jià)項(xiàng)目賦分值；N為評價(jià)項(xiàng)目個(gè)數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 水質(zhì)監(jiān)測項(xiàng)目參數(shù)分析評價(jià)

《地表水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)辦法（試行）》（環(huán)辦〔2011〕22號(hào)）規(guī)定地表水水質(zhì)評價(jià)指標(biāo)為：《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）表1中除水溫、總氮、糞大腸菌群以外的21項(xiàng)指標(biāo)。水溫、總氮、糞大腸菌群作為參考指標(biāo)單獨(dú)評價(jià)（河流總氮除外）。為了深入研究龍灘水庫水質(zhì)狀況，對龍灘水庫水質(zhì)監(jiān)測評價(jià)指標(biāo)包括了表1中除水溫外的23項(xiàng)指標(biāo)項(xiàng)目。龍灘水庫主要功能為發(fā)電，按地表水III類水標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)，2020年4月（汛期）總氮項(xiàng)目評價(jià)為劣V類水，2020年10月（非汛期）總氮項(xiàng)目評價(jià)為IV類水，2次監(jiān)測分析均出現(xiàn)了超標(biāo)，超標(biāo)污染物均為總氮，分別超標(biāo)了1.18倍和0.26倍，其余項(xiàng)目均未發(fā)現(xiàn)異常，表明龍灘水庫汛期水質(zhì)劣于非汛期水質(zhì)。龍灘水庫水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見表2。值得一提的是，表2中還列出了葉綠素a和透明度的監(jiān)測結(jié)果，其中葉綠素a是體現(xiàn)湖庫中初級(jí)生產(chǎn)力的重要指標(biāo)，水生浮游植物的葉綠素a含量可以體現(xiàn)水體中藻類數(shù)量，可據(jù)此進(jìn)一步研究龍灘水庫富營養(yǎng)化狀況。

表2 龍灘水庫水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

3.2 富營養(yǎng)化分析評價(jià)

水體富營養(yǎng)化分析評價(jià)是定量描述水體富營養(yǎng)化發(fā)展過程中某一階段的營養(yǎng)狀態(tài)。根據(jù)上文介紹的研究方法，對氮、磷等營養(yǎng)鹽和葉綠素a等水生生物指標(biāo)的含量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測分析，對龍灘水庫營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)。利用線性插值法對高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮、葉綠素a、透明度5個(gè)監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)項(xiàng)目賦分，由計(jì)算公式（1）得出2020年4月（汛期）和2020年10月（非汛期）龍灘水庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI分別為34.0、39.4，根據(jù)表1評定營養(yǎng)狀態(tài)均為中營養(yǎng)，富營養(yǎng)化評價(jià)均為達(dá)標(biāo)。龍灘水庫富營養(yǎng)化分析指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見表3。值得一提的是，湖庫營養(yǎng)狀態(tài)評價(jià)項(xiàng)目應(yīng)包括高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮、葉綠素a和透明度，且葉綠素a為必評項(xiàng)目，為水體中存在水生藻類生物提供直接證據(jù)。

在表3中，還列出了高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮、葉綠素a和透明度對應(yīng)的非線性擬合結(jié)果，與線性插值法相比，2020年4月和2020年10月所計(jì)算得出的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI均比線性插值法計(jì)算的結(jié)果高，表明非線性擬合與賦分值更吻合，擬合結(jié)果更加接近真實(shí)值。利用非線性對數(shù)擬合所得R平方值越接近于1表明擬合的趨勢線越可靠，相關(guān)擬合結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，湖庫富營養(yǎng)化各特征值擬合后的R平方值由高到低依次為葉綠素a＞總氮＞高錳酸鹽指數(shù)＞總磷＞透明度，表明葉綠素a擬合的結(jié)果在5個(gè)特征值指標(biāo)中最可靠，在湖庫富營養(yǎng)化評價(jià)中具有重要地位，與其為富營養(yǎng)化分析必評項(xiàng)目的要求相一致。

圖1 富營養(yǎng)化特征值非線性對數(shù)擬合結(jié)果

利用線性插值和非線性擬合結(jié)果，將龍灘水庫2020年4月（汛期）和2020年10月（非汛期）富營養(yǎng)化特征值多維數(shù)據(jù)代入平面雷達(dá)圖進(jìn)行可視化分析（見圖2）。從圖2可以看出，龍灘水庫在兩次水質(zhì)監(jiān)測中富營養(yǎng)化評價(jià)均為達(dá)標(biāo)，線性插值和非線性擬合結(jié)果基本一致，但不論是非線性擬合還是線性插值都表明龍灘水庫2020年10月非汛期富營養(yǎng)化程度比2020年4月汛期更嚴(yán)重，葉綠素a和透明度對富營養(yǎng)化程度貢獻(xiàn)較小，總磷和高錳酸鹽指數(shù)對富營養(yǎng)化程度貢獻(xiàn)較大，總氮對富營養(yǎng)化程度貢獻(xiàn)最大，透明度在汛期和非汛期變化最顯著，各特征值在富營養(yǎng)化貢獻(xiàn)的表現(xiàn)不均衡。

圖2 富營養(yǎng)化特征值線性插值與非線性擬合結(jié)果對比

4 結(jié)語

從2020年4月（汛期）和2020年10月（非汛期）的兩次監(jiān)測結(jié)果來看，總氮分別超標(biāo)了1.18、0.26倍，其他監(jiān)測項(xiàng)目均未發(fā)現(xiàn)異常，表明龍灘水庫汛期水質(zhì)劣于非汛期水質(zhì)。從多因素富營養(yǎng)化評價(jià)結(jié)果來看，營養(yǎng)狀態(tài)均為中營養(yǎng)，富營養(yǎng)化評價(jià)均為達(dá)標(biāo)，2020年4月營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)小于2020年10月營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，表明龍灘水庫非汛期富營養(yǎng)化程度比汛期更嚴(yán)重。為了保障龍灘水庫水質(zhì)安全，提以下幾點(diǎn)建議：

（1）加強(qiáng)宣傳，形成聯(lián)防聯(lián)治機(jī)制。水庫水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重威脅庫區(qū)生態(tài)平衡，是導(dǎo)致藻類生物爆發(fā)的重要成因。針對龍灘水庫總氮營養(yǎng)鹽含量較高，應(yīng)高度警惕富營養(yǎng)化程度加重的風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)、電視、廣播、報(bào)紙等多種形式的法律知識(shí)宣傳和定向培訓(xùn)，讓龍灘水庫周邊農(nóng)村居民形成生態(tài)環(huán)境保護(hù)全民參與、全民監(jiān)督、全民共治的良好氛圍，逐步建立庫區(qū)紅水河流域水環(huán)境水生態(tài)治理聯(lián)防聯(lián)治機(jī)制。

（2）科學(xué)防治，堅(jiān)持綠色低碳發(fā)展。堅(jiān)定不移地走生態(tài)優(yōu)先、綠色低碳的高質(zhì)量發(fā)展道路，積極優(yōu)化龍灘水庫周邊農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，引進(jìn)綠色農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)新思路，發(fā)展生活旅游污水無害化處理技術(shù)和廢棄物集中多級(jí)處理工藝。合理規(guī)劃龍灘水庫庫區(qū)功能管理開發(fā)利用，逐漸減少化肥、農(nóng)藥、含磷洗衣粉的施用量，控制過量的氮、磷肥料及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活廢棄物進(jìn)入水庫，降低農(nóng)業(yè)面源污染。加大水庫流域內(nèi)植樹造林力度，增加植被覆蓋率，恢復(fù)植物多樣性，減少水土流失，涵養(yǎng)庫區(qū)水源。

（3）加大投入，統(tǒng)籌結(jié)合鄉(xiāng)村振興。持續(xù)強(qiáng)化人才、技術(shù)、資金等關(guān)鍵資源要素向生態(tài)環(huán)境保護(hù)治理基層一線集聚，對龍灘水庫庫區(qū)流域水資源進(jìn)行合理規(guī)劃利用，處理好發(fā)展旅游業(yè)、水庫養(yǎng)殖和保護(hù)水質(zhì)的關(guān)系，統(tǒng)籌結(jié)合鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略和科技資源，適當(dāng)限制庫區(qū)旅游規(guī)模、限制或取消投餌量大的網(wǎng)箱養(yǎng)魚、限制垂釣和游泳，避免養(yǎng)殖動(dòng)物排泄物和廢棄物對水庫的污染。加強(qiáng)庫區(qū)封育保護(hù)，提高庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)自然修復(fù)能力，定期投放濾食性魚類攝食浮游動(dòng)植物，不斷凈化庫區(qū)水體。

（4）強(qiáng)化監(jiān)管，多措并舉確保實(shí)效。有關(guān)部門應(yīng)堅(jiān)持問題導(dǎo)向、目標(biāo)導(dǎo)向、結(jié)果導(dǎo)向，重點(diǎn)加強(qiáng)水庫氮源的日常監(jiān)控管理，以降低庫區(qū)藻類水華爆發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。定期巡查并及時(shí)解決龍灘水庫庫區(qū)水環(huán)境水生態(tài)反彈問題，加強(qiáng)非汛期閘壩工程設(shè)施調(diào)度，改善庫區(qū)水體動(dòng)力條件，避免發(fā)生非汛期水體不流動(dòng)導(dǎo)致富營養(yǎng)化程度加重現(xiàn)象。強(qiáng)化水庫運(yùn)行管理，必要時(shí)增大下泄流量，縮短庫區(qū)水體滯留時(shí)間，以利于減小水體富營養(yǎng)化程度加重的風(fēng)險(xiǎn)，維持水庫水質(zhì)安全健康。