紅水河河池河段典型水庫富營養(yǎng)化研究

何海靜 杜海媚 韋海玲 陸尚旭

紅水河河池河段典型水庫富營養(yǎng)化研究

何海靜 杜海媚 韋海玲 陸尚旭

（河池水文中心，廣西 河池 547000）

為了解河池境內流域的營養(yǎng)化狀況，文章選取2018年10月至2021年9月的紅水河河池境內河段中龍灘、巖灘兩個水庫水質監(jiān)測數據，通過對水樣重要水質指標數據分析研究其富營養(yǎng)化程度。分析結果表明：龍灘、巖灘水庫整體上處于由中營養(yǎng)向貧營養(yǎng)狀態(tài)發(fā)展，河段內水質整體保持良好。兩個水庫總氮（total nitrogen，TN）的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數最高，水庫中主要超標污染物為TN，是可能引起水體富營養(yǎng)化的重要誘因。龍灘、巖灘水庫的總氮/總磷比（total nitrogen/total phosphate，TN/TP）年平均值一直處于79.5～235.6之間，說明磷是龍灘、巖灘水庫藻類生長的限制因素，均屬于典型的磷（P）限制型水庫。研究為河池市水資源富營養(yǎng)化防治與科學管理提供了科學依據。

水庫；富營養(yǎng)化；氮磷；營養(yǎng)狀態(tài)指數

引言

紅水河發(fā)源于云貴高原，是我國西南部南盤江、北盤江的下游干流和華南珠江水系西江的上游干流，河流經過百色、河池等市，全長638 km，是廣西的“母親河”。紅水河從百色市樂業(yè)縣流入到河池市內的多個縣鎮(zhèn)，其中包括天峨縣，河段長382 km，在河池市內流域面積為16363 km2，河池市內主要控制性樞紐有龍灘水電站、巖灘水電站[1]。河池境內河段是整個紅水河流域中的主要及核心區(qū)段，完全列入河池市河長制管理布局，其蘊藏的礦業(yè)資源、農林業(yè)資源、水利電力資源、生態(tài)旅游資源等極其豐富且獨特。隨著現代社會的進步發(fā)展和人們的生活水平的提高，人民群眾對干凈資源和能源的需求日益增長[2]。在眾多自然資源中，水資源的利用尤為突出，人類活動也因此使環(huán)境產生巨大的改變[3]。

水庫是人類利用河谷或山溝等狹窄地勢通過人工修建河壩，可以用來調蓄洪水和水力發(fā)電的水利工程，它具有防止洪澇災害、農業(yè)灌溉、發(fā)電供水等多種功能[4]。有研究表明，我國的南方地區(qū)水庫水質惡化時有發(fā)生[5]。巖灘、龍灘水庫作為紅水河河池段內最大的兩座水庫，對于上下游的水利建設與水資源利用具有極其重大的意義[6]。水庫的營養(yǎng)化程度往往會影響水體的生物種類，改變其能量流動和物質循環(huán)[7]。因此，對龍灘、巖灘水庫進行富營養(yǎng)化狀態(tài)分析和持續(xù)性監(jiān)測尤其重要。本文主要對兩個水庫水體的CODMn、TP、TN和Chla的含量進行了測定，分析了不同時期各個影響因子的變化及趨勢，為河池市水資源的治理和保護提供了重要的科學參考。

1 湖庫概況

1.1 龍灘水庫

龍灘水庫距離廣西天峨縣城有15 km，處在紅水河干流上，集水面積達98500 km2，約占據七成紅水河流域面積。該位置具有復雜的地形地勢和發(fā)達的水文條件，布柳河、蒙江和曹渡河在壩址的上游附近匯聚，集水面積共17979 km2，占據龍灘壩址18.3%的面積[8]。水庫上游132 km的左岸處，作為最大支流的北盤江，其匯入使得龍灘水庫上游流域形成不對稱形態(tài)，總體呈現出一種左寬右窄的形狀。

龍灘水庫如圖1所示，其周邊沒有廠礦企業(yè)，無工業(yè)排污；已經禁止水面養(yǎng)殖，只有少量垂釣；水庫周邊有少量村屯，有少許的生活污水匯入，存在一定的污染；庫區(qū)種植有少量的水稻、甘蔗等農作物，農藥化肥的使用產生了一定的農業(yè)面源污染，庫區(qū)內有培訓基地及旅游景區(qū)，有一定的生活垃圾等地表污染[9]。

圖1 龍灘水庫（衛(wèi)星地圖）

1.2 巖灘水庫

如圖2所示，巖灘水庫地處廣西大化瑤族自治縣，總體上是處于紅水河河池段的中游。作為紅水河水電基地的第五級，巖灘水庫處在一個十分重要的位置，上河段與龍灘相接，下河段與大化相連。壩址上游流域面積約106580 km2。流量平均長年為1760 m3/s，平均年徑流量可達555億 m3。水庫為河槽式水庫，水面寬一般在100 m與400 m之間，水深在40 m～50 m之間，作為龍灘水電站的反調節(jié)電站，對該河段的經濟運行有著至關重要的作用[10]。

圖2 巖灘水庫（衛(wèi)星地圖）

巖灘水庫周邊沒有廠礦企業(yè)，無工業(yè)排污且禁止水面養(yǎng)殖，但庫區(qū)沿途鄉(xiāng)鎮(zhèn)密集，人員生產、生活活動頻繁，存在生活污水污染的可能[11]；庫區(qū)周邊種植有少量的水稻、經濟林等，農藥化肥的使用往往會對周邊農林業(yè)環(huán)境產生污染。庫區(qū)內旅游業(yè)發(fā)達，有一定的生活垃圾等地表污染。

2 監(jiān)測概況

2.1 采樣點布設

龍灘水庫是紅水河入河池境內的第一座水庫，更是紅水河的控制性工程，它對于整個河段有著非常重要的作用，因此對其監(jiān)測是具有意義的。圖3是龍灘水庫整改之后的對比。

巖灘水庫是紅水河水電基地第五級工程項目。水庫內魚類繁多，環(huán)境優(yōu)美、現代大型工程與壯族地區(qū)傳統的人文情懷相聯系，其欣賞價值和游玩價值很高。鑒于龍灘、巖灘兩個大型水庫在地理位置上的獨特性與其巨大的水利樞紐工程特性，其水質狀況往往對于珠江整個水系的生態(tài)都有十分重要的的影響，故在此設置監(jiān)測站點進行水質監(jiān)測與富營養(yǎng)化評價，極具必要性及代表性。

根據水庫水體的水文、氣候、地質和地貌資料，綜合考慮水資源的用途、水庫周邊工農業(yè)布局、居民生活區(qū)分布及可能的污染源、排污情況參考歷年水質監(jiān)測資料，選取如表1所示兩個監(jiān)測點，采用網格法均勻設置采樣點，通過將同一時段不同采樣點的瞬時水樣混合，形成綜合水樣，這樣測出的結果更加具有實際意義。

表1 監(jiān)測斷面明細表

監(jiān)測數據分析：根據紅水河河池段近年水文測報資料，一般將每年的4月至9月視為汛期，其他月份為非汛期，每個月均采樣一次。本次選取2018年10月至2021年9月的監(jiān)測數據對龍灘、巖灘水庫的水質狀況及富營養(yǎng)化狀態(tài)進行分析，歷經三個汛期與非汛期，數據具有連續(xù)性與代表性。龍灘、巖灘均處于低緯度。有研究表明，總磷（TP）與緯度的相關性達到極顯著水平和顯著水平（＜0.01），隨著緯度的降低，TP顯著地增加。TN/TP與緯度存在極顯著和顯著的相關（＜0.01）[12]。

2.2 評價項目及分析方法

2.2.1 評價項目

本次水質評價標準采用國家頒布的《地表水環(huán)境質量標準》GB 3838—2002，評價項目包括GB 3838—2002表1中除水溫外的規(guī)定基本項目22項。

水質達標評價方法：按目標水質判斷；如有飲用功能的，加評GB 3838—2002表2中的5個項目。采取10%的平行雙樣和20%的加標回收率以及有證標準物質進行質量控制，并實行嚴格的三級審核制度，保證出具的數據準確、科學。

水體富營養(yǎng)化評價：為克服單一評價因子進行評價的片面性及各因子相互間的干擾，本文通過綜合營養(yǎng)指數法為龍灘、巖灘評估富營養(yǎng)化程度。

2.2.2 分析方法

總磷（TP）：將過硫酸鉀溶液加入到水樣中進行高壓消解，之后加入抗壞血酸溶液以及鉬酸鹽溶液，用分光光度法測定。

總氮（TN）：將堿性過硫酸鉀溶液加入到水樣中進行高壓消解，加入鹽酸溶液，用分光光度法測定。

高錳酸鹽指數（CODMn）：向水樣中加入（1+3）硫酸溶液，以草酸鈉為標準溶液，用高錳酸鉀溶液滴定。

葉綠素a（Chla）：將飽和碳酸鎂溶液加入到水樣中，過濾濃縮，加入90%丙酮溶液進行研磨。離心后轉移澄清提取液進行分光測定。

透明度（SD）：使用塞氏盤法。

3 水體富營養(yǎng)化評價

計算公式為：TLI(Σ)＝ΣWj·TLI(j)

式中：TLI(Σ) 是綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數；Wj為第j種參數的營養(yǎng)狀態(tài)指數的相關權重；TLI(j)為第j種參數的營養(yǎng)狀態(tài)指數。

()＝10(2.5＋1.086) （1）

()＝10(9.436＋1.624) （2）

()＝10(5.453＋1.694) （3）

()＝10(5.118－1.94) （4）

()＝10(0.109－2.661) （5）

以 Chla 作為基準參數，則第 j 種參數的歸一化的相關權重計算公式為：

式中：rij為第 j 種參數與基準參數 Chla 的相關系數；m表示評價參數個數。

中國湖泊（水庫）的Chla與其他參數之間的相關關系rij及r2ij見表2。

表2 中國湖泊（水庫）部分參數與Chla的相關系數

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數TLI(Σ)的分級標準為：TLI(Σ)小于30時，為貧營養(yǎng)；TLI(Σ)在30～50之間時，為中營養(yǎng)；TLI(Σ)大于50時，為富營養(yǎng)。富營養(yǎng)又分為輕度、中度和重度，其中TLI(Σ)在50～60之間，為輕度富營養(yǎng)；TLI(Σ)在60～70之間，為中度富營養(yǎng)；TLI(Σ)大于70時，為重度富營養(yǎng)。

4 結果與討論

根據實際工作情況，選取每月月初，進行樣品檢測與分析，通過計算得到每年汛期與非汛期各評價參數的富營養(yǎng)指數。

評價參數為高錳酸鹽指數（CODMn）、總磷（TP）、總氮（TN）、葉綠素（Chla）、透明度（SD），數據結果如表3所示。

如表3所示，龍灘、巖灘水庫的透明度常年穩(wěn)定，無明顯變化。2018年10月至2020年9月，巖灘水庫的營養(yǎng)狀態(tài)為中營養(yǎng)，2020年10月到2021年9月，巖灘水庫的營養(yǎng)狀態(tài)為貧營養(yǎng)；2018年10月至2020年3月，龍灘水庫的營養(yǎng)狀態(tài)為中營養(yǎng)，2020年4月至2021年9月，龍灘水庫的營養(yǎng)狀態(tài)為貧營養(yǎng)。龍灘、巖灘兩地水庫的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數均值在2020年10月到2021年3月這一時間段達到最低，分別為24.6484和24.2499，但是到了2021年4月到2021年9月又出現增加?？偟木C合營養(yǎng)狀態(tài)指數常年維持在60以上，對水體有著重要的影響[13]。汛期的CODMn的綜合營養(yǎng)指數相較于非汛期要高。龍灘、巖灘水庫富營養(yǎng)狀態(tài)總體保持平穩(wěn)向好，總氮是主要的超標污染物。

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表3 龍灘、巖灘水庫綜合營養(yǎng)指數計算法結果

圖4（a）所示為2018年10月至2021年9月間年龍灘、巖灘水庫CODMn的變化趨勢，兩個水庫CODMn的變化趨勢基本一致，與季節(jié)來水量存在一定的規(guī)律。汛期時許多污染物受到雨水的沖刷和侵蝕作用隨地表徑流匯入水庫水體中，這一定程度上對水庫水質指標的測定產生了影響[14]。汛期CODMn較非汛期基本偏高，平均值分別為1.7 mg/L和1.6 mg/L；非汛期緩慢降低，平均值分別為1.3 mg/L和1.3 mg/L，符合Ⅰ類標準。圖1中2020年7至8月，數據較其他月份均大，2020年汛期的CODMn明顯高于2019年和2021年同期，原因是該期間內強降雨天數與同期相比較要多，導致來水量也遠超于其他年份同期，CODMn指數波動較大[15]。

圖4（b）所示為2018年10月至2021年9月龍灘、巖灘水庫TP的變化趨勢。兩個水庫的TP變化趨勢基本一致，且非汛期的TP數值普遍高于汛期，汛期平均值分別為0.01 mg/L和0.02 mg/L；非汛期平均值分別為0.02 mg/L和0.02 mg/L，符合Ⅰ類標準。有研究表明，汛期期間極端暴雨的情況下，會促進爆發(fā)藍藻水華[16]。而在2020年底至2021年3月間南方旱情嚴重時期，出現了明顯高于其他年份同期的TP指數，也說明該理化因子隨著來水量減少反而增高。結合龍灘上游八扣、甲板、那解屯、頂換村四個斷面在2020年底至2021年3月間的TP指數（由0.01 mg/L突然增高至0.04 mg/L～0.07 mg/L），均比同期有明顯增大，增大規(guī)律與龍灘斷面TP指數保持一致。同時，由于該時間段正處于疫情居家隔離時期，使得該時間段庫區(qū)的生活面源污染較同期影響較大[17]。

圖5（c）所示為2018年10月至2021年9月間年龍灘、巖灘水庫TN的變化趨勢，符合Ⅲ類水標準的月份約為50%，其他均為Ⅳ類水甚至劣Ⅴ類。TN濃度的不同往往會對水體中的浮游植物和微生物以及群落結構演替產生影響[18]。兩個水庫的TN數值無穩(wěn)定規(guī)律，也表明在龍灘、巖灘水庫中，TN的累積和釋放受人類活動的影響更大。由2021年1月至9月的龍灘、巖灘斷面水質監(jiān)測分析得知，硝酸鹽氮是總氮的主要成分，平均占比分別為85.25%和91.34%。農藥化肥的使用和農村生活污水的排放，使得氨氮的含量增高。

圖5（d）所示為2018年10月到2021年9月之間龍灘、巖灘水庫Chla的變化趨勢。Chla是湖泊水庫中重要的參數[19]。在2018年10月至2018年12月這段期間，巖灘水庫的葉綠素a含量明顯高于龍灘水庫，可能是因為廣西冬季相較與北方更加溫暖，存在大量以藍藻為主藻類植物所導致的。

2019年8月至2019年12月兩地水庫的葉綠素a含量明顯升高。2020年3月之后，葉綠素a濃度有明顯下降，兩個水庫的Chla數值變化趨勢基本一致，且總體向好趨勢發(fā)展。有研究表明水體中的Chla與CODMn呈正相關，而本文的研究數據沒有表現出明顯的相關性[20]。Chla與TN、TP也沒有明顯的相關性，這進一步說明了人類的活動產生了重要影響。

5 結論與建議

5.1 結論

（1）近三年來，龍灘、巖灘這兩座水庫總體上的富營養(yǎng)化程度為貧營養(yǎng)與中營養(yǎng)，尤其是作為紅水河河池段入口處的重點監(jiān)測水庫，龍灘水庫富營養(yǎng)化狀況整體始終保持良好。《天峨縣生態(tài)漁業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2017年至2030年）》出臺實施后，對龍灘庫區(qū)的養(yǎng)殖生態(tài)做了有序規(guī)劃及管理的良好結果。

對于內陸水庫的水體，富營養(yǎng)化往往是最主要的污染方式，而氮磷是重要影響因素。龍灘、巖灘水庫水質的主要超標污染物為總氮，可見人類生產活動是影響水體富營養(yǎng)化的一個重要原因。當總氮和總磷在水體中的含量超標，就很有可能爆發(fā)水華。

（2）氮磷對藻類的生長有著很重要的影響，當兩者濃度的比例達到一定值時對藻類的繁殖生長最有利，反之則會限制藻類的繁殖生長。有研究表明，最佳TN/TP在10～15之間；當TN/TP小于10時，藻類生長受到主要影響因素是氮；當TN/TP大于14時，磷這是主要影響因素。通過數據分析，2018年10月至2021年9月龍灘、巖灘水庫TN/TP在79.5～235.6之間，說明磷影響著藻類生長，為典型的磷（P）限制型水庫。

5.2 建議

（1）加強執(zhí)法監(jiān)管，定期對水庫沿線進行現場執(zhí)法檢查，做好水庫上流流域的治理，做好水質的跟蹤監(jiān)測，加強點源污水排放治理力度。

（2）合理規(guī)劃和逐步推行生態(tài)農業(yè)，發(fā)展綠色產業(yè)，改善農業(yè)耕作方式，控制農藥化肥的使用，減少氮磷的流失[21]。加強對水庫水質保護，從源和匯兩個方面出發(fā)，降低人為因素的干擾，不斷增強水庫及周邊生態(tài)系統自我恢復能力。

（3）對水庫水資源進行科學化開發(fā)應用，強化水庫工作人員的管理能力，減少利于水體富營養(yǎng)化的因素，維持水庫的供水功能。同時處理好發(fā)展旅游業(yè)、水庫養(yǎng)殖和保護水質的關系，特別是具有飲用水功能的水庫，避免養(yǎng)殖動物排泄物對水庫的污染。

（4）宣傳環(huán)保意識，增強環(huán)保力度，宣傳典型案例，曝光問題；整改新的公共設施，安裝果皮箱，妥善處理廢品和垃圾等。

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Study on Eutrophication of Typical Reservoirs in Hechi Reach of Hongshui River

In order to understand the eutrophication status of the basin in Hechi, this paper selects the water quality monitoring data of Longtan and Yantan reservoirs in the reach of Hongshui river from October 2018 to September 2021, and studies the eutrophication degree through the analysis of important water quality index data of water samples. The analysis results show that Longtan and Yantan reservoirs are developing from medium nutrition to poor nutrition on the whole, and the water quality in the river section remains good on the whole. The comprehensive nutritional status index of total nitrogen (TN) in the two reservoirs is the highest, and the main excessive pollutant in the reservoirs is TN, which is an important inducement that may cause water eutrophication. The annual average value of total nitrogen/total phosphorus ratio (TN/TP) of Longtan and Yantan reservoirs has always been between 79.5 and 235.6, indicating that phosphorus is the limiting factor of algae growth in Longtan and Yantan reservoirs, which belong to typical phosphorus (P) limited reservoirs. The study provides a scientific basis for the prevention and scientific management of water resources eutrophication in Hechi city.

reservoir; eutrophication; nitrogen and phosphorus; nutritional status index

TV21

A

1008-1151(2022)05-0020-05

2022-02-22

重點實驗室平臺，廣西石化資源加工及過程強化技術重點實驗室“膨潤土擬固相活化制備雜原子分子篩及其同步深度去除石化廢水中氮磷的研究”主任課題（2020Z008）。

何海靜（1985－），女，河池水文中心助理工程師，從事水質分析工作。