千島湖流域入庫(kù)河流與水庫(kù)水質(zhì)時(shí)空差異研究

關(guān)鍵詞：千島湖；自動(dòng)監(jiān)測(cè)；營(yíng)養(yǎng)鹽；時(shí)空差異；面源治理

中圖分類(lèi)號(hào)：X523 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

千島湖（原名新安江水庫(kù)）為1959年新安江水電站攔蓄新安江干流形成的深水水庫(kù)，2019年千島湖配供水工程建成通水，千島湖核心功能轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)三角地區(qū)現(xiàn)實(shí)飲用水源地，如何保障飲用水源安全成為頭等大事。

營(yíng)養(yǎng)鹽超標(biāo)及其引發(fā)的藍(lán)藻水華、水質(zhì)異味等問(wèn)題是中國(guó)水庫(kù)水源地的主要威脅，2016年以來(lái)，在千島湖新安江入庫(kù)街口斷面附近多次發(fā)生小規(guī)模藍(lán)藻水華。盡管藻類(lèi)水華的發(fā)生受水文氣象影響很大，但是在降低發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)方面，湖庫(kù)管理的重要任務(wù)就是解決水質(zhì)問(wèn)題，降低營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，而解決湖庫(kù)水質(zhì)問(wèn)題，流域營(yíng)養(yǎng)鹽輸入控制仍是根本之策。30年來(lái)千島湖流域開(kāi)發(fā)強(qiáng)度增加，尤其是茶果園開(kāi)發(fā)以及化肥農(nóng)藥的使用產(chǎn)生的面源污染對(duì)人湖河流的氮磷濃度影響較大，流域大量營(yíng)養(yǎng)鹽輸入產(chǎn)生嚴(yán)重的面源污染問(wèn)題，造成水質(zhì)下降，并成為引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化和藻類(lèi)水華暴發(fā)的重要原因之一，流域暴雨過(guò)程引發(fā)大面積的高濁度羽狀流，也對(duì)千島湖水質(zhì)產(chǎn)生沖擊。

文章基于2022年千島湖13條主要人湖河流自動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及千島湖不同庫(kù)區(qū)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，比較不同庫(kù)區(qū)與相應(yīng)河流的水質(zhì)差異，闡明千島湖受人湖河流的營(yíng)養(yǎng)鹽輸入強(qiáng)度影響，為流域污染控制提供科學(xué)參考。

1材料與方法

1.1千島湖概況

千島湖是典型的山谷特大型水庫(kù)，設(shè)計(jì)水位108m，庫(kù)區(qū)面積573km²，庫(kù)容量178億m³，平均水深31m，換水周期約2年。千島湖流域總面積11452 km²，其中，安徽省黃山市境內(nèi)面積5 856 km²，宣城市績(jī)溪縣境內(nèi)面積880 km²，約占流域總面積的60%，流域地貌以山地丘陵為主，植被覆蓋率80%以上，多年平均降雨量1733 mm。截至2020年，千島湖流域戶(hù)籍人口212萬(wàn)人。

1.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

此次監(jiān)測(cè)的13條河流分別為新安江、東源港、武強(qiáng)溪、云源港、七都源、梓桐源、郁川溪、楓林港、商家源、清平源、浪川溪、六都源、上梧溪，13條河流覆蓋千島湖入庫(kù)水量的85%以上。在千島湖庫(kù)區(qū)設(shè)置5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，分別為小金山、三潭島、大壩前、航頭島、茅頭尖，如圖1所示。其中小金山代表西北庫(kù)區(qū)，航頭島代表東北庫(kù)區(qū)，茅頭尖代表西南庫(kù)區(qū)，三潭島和大壩前代表東南庫(kù)區(qū)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位信息見(jiàn)表1。

1.3樣品采集與分析

5個(gè)水庫(kù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位為國(guó)控?cái)嗝?，設(shè)有水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，13個(gè)河流監(jiān)測(cè)點(diǎn)位參照國(guó)家水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，所有水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站由第三方運(yùn)維單位開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)維，并穩(wěn)定運(yùn)行1年以上。主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)包含水溫、pH值、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總氮、總磷、總有機(jī)碳及流速流量等，每4小時(shí)監(jiān)測(cè)一次。其中高錳酸鹽指數(shù)采用高錳酸鉀氧化分光光度法測(cè)定，氨氮采用水楊酸分光光度法測(cè)定，總氮采用過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定，總磷采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定。

采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以彌補(bǔ)人工采樣頻次不足的問(wèn)題，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化，捕捉到流域降雨、農(nóng)業(yè)施肥、河道水利施工等過(guò)程帶來(lái)的影響。

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)全部來(lái)自水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，通過(guò)SPSS19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)Mi-crosoft Excel工作表進(jìn)行繪圖。2結(jié)果與討論

2.1河流與水庫(kù)水質(zhì)年變化情況

河流與水庫(kù)各主要指標(biāo)月度變化情況見(jiàn)圖2。

水庫(kù)高錳酸鹽指數(shù)年平均濃度為1.3±0.3 mg/L，要明顯高于河流，且夏季明顯高于其他季節(jié)，最高值出現(xiàn)在7月（1.8 mg/L），可能是水庫(kù)夏季藻類(lèi)生物量明顯增加，向水體引入了大量的有機(jī)質(zhì)。河流除冬季相對(duì)較低外，其他月份比較穩(wěn)定。

水庫(kù)和河流氨氮濃度都很低，在檢出限附近，表明生活污水的排放影響較小。

河流總磷年平均濃度為0.020±0.003 mg/L，要明顯高于水庫(kù)，總磷以顆粒態(tài)為主，經(jīng)過(guò)沉降和水體自?xún)?，?kù)體總磷濃度明顯降低，河流和水庫(kù)月度變化情況基本一致，河流最高值出現(xiàn)在6月（0.027mg/L），主要受汛期降雨帶來(lái)的水土流失影響，水庫(kù)最高值也出現(xiàn)在6月（0.014mg/L），除受人湖河流水質(zhì)影響外，也受藻類(lèi)生物量增加的影響。

河流總氮年平均濃度為1.35±0.32mg/L，要明顯高于水庫(kù)，總氮以溶解態(tài)為主，河流最高值出現(xiàn)在2月（1.86mg/L），主要受流域農(nóng)業(yè)化肥影響，汛期沖擊過(guò)后，在秋季濃度迅速下降。水庫(kù)總氮總體較為穩(wěn)定，夏季濃度相對(duì)較低，可能是高溫促進(jìn)反硝化作用，消耗了水庫(kù)中的氮素。

2.2河流與水庫(kù)水質(zhì)相關(guān)性分析

將河流與水庫(kù)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，見(jiàn)圖3。

結(jié)果表明河流與水庫(kù)總磷指標(biāo)呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05），磷的外源輸入能迅速影響千島湖庫(kù)體，而總磷又是千島湖主要的水質(zhì)定類(lèi)指標(biāo)，消減流域磷的輸入對(duì)千島湖水質(zhì)保持和提升具有重要的意義。

河流和水庫(kù)氨氮濃度很低，在檢出限附近，相關(guān)性不顯著?？偟透咤i酸鹽指數(shù)相關(guān)性也不顯著，可能原因是除外源輸入外，還受藻類(lèi)、水位、水溫、水庫(kù)換水周期等多因素影響，水庫(kù)總氮、高錳酸鹽指數(shù)的變化對(duì)于流域河流濃度變化的響應(yīng)存在一定的滯后性。

2.3河流與水庫(kù)水質(zhì)分區(qū)變化情況

為科學(xué)系統(tǒng)分析流域外源輸入對(duì)水庫(kù)的影響，對(duì)千島湖進(jìn)行分區(qū)，河流按人湖口位置與水庫(kù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)分區(qū)，水質(zhì)結(jié)果見(jiàn)表2。

西北庫(kù)區(qū)對(duì)應(yīng)河流總磷、總氮約為水庫(kù)的1.5和2.1倍，水庫(kù)高錳酸鹽指數(shù)和氨氮約為對(duì)應(yīng)河流的1.9、1.3倍。東北庫(kù)區(qū)對(duì)應(yīng)河流氨氮、總磷、總氮約為水庫(kù)的2.5、1.6和1.4倍，水庫(kù)高錳酸鹽指數(shù)約為對(duì)應(yīng)河流的1.4倍。西南庫(kù)區(qū)對(duì)應(yīng)河流氨氮、總磷、總氮約為水庫(kù)的1.5、1.9和2.0倍，水庫(kù)高錳酸鹽指數(shù)約為對(duì)應(yīng)河流的1.4倍。東南庫(kù)區(qū)對(duì)應(yīng)河流氨氮、總磷、總氮約為水庫(kù)的1.0、3.5和2.3倍，水庫(kù)高錳酸鹽指數(shù)約為對(duì)應(yīng)河流的1.7倍。上述結(jié)果表明，流域來(lái)水水質(zhì)明顯劣于對(duì)應(yīng)的庫(kù)區(qū)，千島湖流域除新安江外，其余淳安縣境內(nèi)河流大都較小，處于兩山夾一河的形態(tài)，河流兩邊農(nóng)業(yè)種植多，山體陡坡多，地表徑流入河流程短，河流自?xún)裟芰π?，降雨?huì)大大增加營(yíng)養(yǎng)鹽輸入。

2.4庫(kù)區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽時(shí)空變化情況

千島湖主要營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)存在明顯的時(shí)空變化。（見(jiàn)圖4）

千島湖主要入境河流為西北庫(kù)區(qū)的新安江，出庫(kù)斷面為東南庫(kù)區(qū)的大壩前，東南庫(kù)區(qū)水質(zhì)要明顯好于西北庫(kù)區(qū)，主要原因是新安江占西北庫(kù)區(qū)流域來(lái)水的85%左右，新安江上游有將近200萬(wàn)人口，土地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度要高于其他流域，增加了西北庫(kù)區(qū)的污染負(fù)荷。

總磷呈現(xiàn)春夏季高于秋冬的現(xiàn)象，除汛期顆粒態(tài)磷的輸入外，藻類(lèi)等浮游植物的大量生長(zhǎng)對(duì)總磷的影響很大，空間格局上從西北庫(kù)區(qū)到東南庫(kù)區(qū)遞減。

總氮呈現(xiàn)冬春季節(jié)高于夏秋的現(xiàn)象，一是與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān)，春耕時(shí)大量使用化肥會(huì)導(dǎo)致大量溶解性氮進(jìn)入水庫(kù)，外源控制是水庫(kù)水體氮污染控制的根本策略，二是夏季高溫促進(jìn)反硝化作用，消耗了水庫(kù)中的氮?？臻g格局上，東北庫(kù)區(qū)濃度最高，西南庫(kù)區(qū)濃度最低。

高錳酸鹽指數(shù)夏季高于其他季節(jié)，主要受藻類(lèi)等浮游植物生長(zhǎng)影響，在空間格局上，西北庫(kù)區(qū)最高，東北庫(kù)區(qū)最低。

3結(jié)論

千島湖主要13條入庫(kù)河流氨氮、總磷、總氮等平均濃度均高于水庫(kù)，相對(duì)應(yīng)庫(kù)區(qū)產(chǎn)生較大的影響，可見(jiàn)流域營(yíng)養(yǎng)鹽輸入是千島湖營(yíng)養(yǎng)鹽的主要來(lái)源，對(duì)于千島湖營(yíng)養(yǎng)鹽的控制，需將重點(diǎn)放在流域面源治理上。千島湖營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化特征和空間分布差異?？偟杭靖?，主要受農(nóng)業(yè)種植施肥影響；總磷春夏季高，主要受降雨和藻類(lèi)生物量影響；高錳酸鹽指數(shù)夏季高，主要受藻類(lèi)增殖帶來(lái)的有機(jī)質(zhì)影響。在空間分布上呈現(xiàn)自西北向東南污染物濃度逐漸降低的規(guī)律?？偟膩?lái)說(shuō)，西北庫(kù)區(qū)受上游新安江影響，整體水質(zhì)最差，需加強(qiáng)區(qū)域聯(lián)動(dòng)，共保水質(zhì)。東南庫(kù)區(qū)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間沉降和自?xún)?，整體水質(zhì)最好，同時(shí)需要注意東北庫(kù)區(qū)總氮高值，反映東北方向淳安縣境內(nèi)東源港等流域面源治理任重道遠(yuǎn)。