□于 剛（河南省周口水文水資源勘測局）

1.水質(zhì)及富營養(yǎng)化概況

南灣水庫除供水功能外，還具有灌溉、防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游等多種功能。水庫水質(zhì)的好壞與居民生活、健康息息相關(guān)。近年來，隨著工業(yè)、旅游和沿岸茶葉與板栗種植業(yè)的發(fā)展，污水排放和水土流失加劇，大量的有機(jī)物質(zhì)和營養(yǎng)鹽類進(jìn)入水體。20世紀(jì)90年代的水質(zhì)狀況較80年代惡化，化學(xué)需氧量和高錳酸鹽指數(shù)及硝酸鹽氮均呈現(xiàn)遞增趨勢。2000-2009年10年間，除2006年和2007年處于輕度富營養(yǎng)化外，其它8年南灣水庫均處于中度富營養(yǎng)化水平，水質(zhì)在國家地表水標(biāo)準(zhǔn)II～I(xiàn)II類之間。從20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)，氨氮、高錳酸鹽指數(shù)和硝酸鹽氮總體呈現(xiàn)上升趨勢。可見，隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，南灣水庫的水質(zhì)呈現(xiàn)惡化趨勢。

2.水庫富營養(yǎng)化因子關(guān)系分析

2.1 氮對南灣水庫富營養(yǎng)化的影響

水體中氮的組成包含無機(jī)氮和有機(jī)氮兩類，其中無機(jī)氮由硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮和氨氮組成，氨氮又可分為銨離子和非離子氨兩類。本研究分別以硝酸鹽氮（NO3-N）和氨氮（NH3-N）分析南灣水庫水體中氮的季節(jié)變化過程。

2.1.1 硝酸鹽氮

水體中NO3-N是藻類繁殖可直接吸收的氮的最主要部分，南灣水庫水體中NO3-N 2007-2009年3年的年均值分別為0.52，0.54，0.44 mg/L，其年內(nèi)變化趨勢基本類似；NO3-N的濃度最高值出現(xiàn)在春秋兩季，而在夏季隨著藻類和水草的增殖，濃度降至最低，表現(xiàn)為強(qiáng)烈的生物吸收過程。

2.1.2 氨氮

南灣水庫NH3-N 2007-2009年3年的年均值分別為0.32，0.18，0.21 mg/L，其年內(nèi)變化趨勢并不明顯，夏季略高。NH3-N的這種變化特點可能是由于藻類的死亡、分解，氨在沉積物中的積累，特別是上游來水的影響所致，此外，沉積物的NH3-N釋放可能也是一個重要的原因。

2.1.3 總氮

TN是無機(jī)氮和有機(jī)氮的總和。南灣水庫水體中TN 2007-2009年3年的年均值分別為1.05，0.87，0.86 mg/L，TN季節(jié)變化趨勢并不明顯，夏季略高。TN水平除受無機(jī)氮的影響外，還與水庫水體中的有機(jī)氮含量有密切關(guān)系。

2.2 磷對南灣水庫富營養(yǎng)化的影響

南灣水庫的TP存在明顯的季節(jié)變化規(guī)律，2007-2009年3年的TP濃度年均值分別為0.071，0.021，0.014 mg/L，年際變化不明顯；TP濃度冬季較低，春季緩慢上升，夏季為全年最高。春季由于冰雪融化及藻類開始繁殖，水體中TP濃度有所上升，而此時，來水中TP濃度亦較夏季為低，故TP濃度上升幅度不大。夏季，由于暴雨徑流匯水進(jìn)入水庫，入庫河流流量增大，同時，隨著水溫增高以及良好的光照條件等，藻類及生物體迅速繁殖，外源的輸入及磷在生物體內(nèi)的累積使TP濃度在夏季達(dá)到峰值。而秋季，藻類生長速度明顯減緩和藻類種屬生長的季節(jié)交替等原因，TP濃度逐漸降低。

2.3 南灣水庫富營養(yǎng)化限制因子分析

氮和磷是浮游植物生長所必須的營養(yǎng)元素，兩者之間的相互關(guān)系對于確定富營養(yǎng)化的限制性因子具有重要意義。湖泊、水庫中所需的營養(yǎng)物質(zhì)的絕對數(shù)量和相對數(shù)量是決定水體初級生產(chǎn)量的主要限制因子。據(jù)此，只要判別出具體湖泊的限制性營養(yǎng)鹽，并對其加以控制則可達(dá)到對初級生產(chǎn)力的控制。判別水體富營養(yǎng)化限制性營養(yǎng)鹽的方法如下：當(dāng)水體中可被生物直接吸收的磷的濃度<5μg/L時，磷是可能制約水生植物生長的限制性營養(yǎng)鹽；當(dāng)可被水生植物吸收的氮的濃度<20μg/L時，就意味著氮是可能制約水生植物生長的限制性營養(yǎng)鹽。如果氮和磷的濃度均小于上述標(biāo)準(zhǔn)，則二者都可能是限制性營養(yǎng)鹽。如果氮磷濃度都不低于限制生長的含量時，則可利用湖泊水體的氮磷比，確定哪一種元素有可能成為限制性營養(yǎng)鹽。根據(jù)藻體中所含碳、氮、磷的原子比率為106C:16N:1P，假定藻類以同樣的比率吸收氮磷，則可用此比率來確定限制性營養(yǎng)鹽。與16N:1P的原子比對應(yīng)的質(zhì)量比為7.2N:1P，因此，當(dāng)湖泊中可被植物吸收的氮和磷的濃度比<7.2時，則氮可能是限制性營養(yǎng)鹽，反之則磷可能是限制性營養(yǎng)鹽，如果該比率接近7.2，則二者都可能是限制性營養(yǎng)鹽。由于水庫中營養(yǎng)鹽濃度在全年的循環(huán)中變化很大，以氮磷年均值為基礎(chǔ)的氮磷比率常常與藻類生長期的氮磷比率有很大差異，故判斷限制性營養(yǎng)鹽的氮磷比率應(yīng)取自藻類最大生物量時期的比值。

根據(jù)上述方法，對南灣水庫的限制性營養(yǎng)鹽進(jìn)行判斷，水體中可被水生植物直接吸收的磷酸鹽濃度較低，2007-2009年3年年均值分別為5.0，17.9，10.1μg/L，但均高于限制植物生長的量（5μg/L），水庫中可被水生植物直接吸收利用的無機(jī)氮含量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于限制植物生長的量（20μg/L）。因此，需根據(jù)無機(jī)氮與溶解性磷酸鹽的比率判斷，2007-2009年3年的氮磷比平均值分別為 130.5（36.6～258.5），59.1（8.9～181.5），131.2（24.5～352.6）。

南灣水庫水體中氮磷比隨水體中氮、磷的季節(jié)變化而變化，水庫水體中氮含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磷，隨著藻類和水生植物的繁殖，特別是到5-6月份之后，水庫中的氮磷比迅速下降，但比值仍>7，即表明磷是南灣水庫初級生產(chǎn)力的限制性營養(yǎng)鹽，相對于磷，水體中氮的含量比較充足，因此氮對藻類生長的影響較小，而磷的影響會比氮明顯。

2.4 水溫

藻類的各種生理活動及生化反應(yīng)都必須在一定溫度條件下才能進(jìn)行，而且溫度變化也能引起其它因子的變化，如pH等，這些環(huán)境因子的變化又能影響藻類的生長發(fā)育，因此，水溫對藻類生長具有重要影響。

南灣水庫1999-2009年多年平均月均水溫最高為8月的28.0℃，最低為1月的5.6℃，多年平均值為16.8℃，而藻類生長的最佳水溫為20～30℃，因此水溫在天氣較冷的季節(jié)也是南灣水庫藻類生長的限制性因子。

2.5 CODMn

以2007-2009年3年平均值為據(jù)，南灣水庫水體中CODMn的年內(nèi)變化比較大，其最小值與最大值分別為2.5 mg/L和4.3 mg/L。其中8-11月份的值比較高，這是由于該時期水庫藻類大量繁殖，藻類光合作用及呼吸作用產(chǎn)生大量的耗氧有機(jī)物，使水體中的CODMn明顯增高。

2.6 DO

DO濃度的季節(jié)性變化主要與水溫變化有關(guān)，DO和水溫的年內(nèi)變化趨勢相反，在夏季和冬季尤為明顯，DO含量隨水溫降低而增高，隨水溫升高而降低。

水溫和光照等條件為藻類生長提供了良好的繁殖條件，光合作用使表層水體DO呈過飽和狀態(tài)，然而，夏季不僅藻類生長快，其新陳代謝作用也加速，死亡的藻類殘骸沉入水體下層并發(fā)生腐爛、分解等耗氧作用。同時由于表層水溫高于底層水溫，因而水體難以發(fā)生對流交換，從而造成水庫水體在夏季的底部缺氧。

3.水庫水質(zhì)趨勢分析

采用季節(jié)性Kendall檢驗，應(yīng)用南灣水庫多年水質(zhì)資料進(jìn)行分析，推斷南灣水庫水質(zhì)污染的發(fā)展趨勢。

3.1 水質(zhì)資料的選用

水質(zhì)序列的選用要注意資料的可靠性和可比性，最好在進(jìn)行趨勢分析的水質(zhì)資料中，其取樣到分析全過程應(yīng)遵守統(tǒng)一的水質(zhì)采樣規(guī)范，否則因水質(zhì)數(shù)據(jù)本身的不可比性會影響趨勢分析的準(zhǔn)確性。文章對南灣水庫庫內(nèi)監(jiān)測點選擇了2004-2009年6年的水質(zhì)序列進(jìn)行趨勢分析。

3.2 水質(zhì)參數(shù)的選擇

在確定趨勢分析的參數(shù)時，重點選擇了監(jiān)測序列長、數(shù)據(jù)可靠，又在判定污染和影響水質(zhì)的變化上有代表性的項目。根據(jù)所掌握的水質(zhì)監(jiān)測資料，對6個水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)趨勢分析：DO，TN，TP，NH3-N，NO3-N，CODMn。

3.3 南灣水庫水質(zhì)趨勢分析

選用2004-2009年間的水質(zhì)數(shù)據(jù)，取顯著性水平為0.1和0.01，即當(dāng)時，說明檢驗具有高度顯著性水平；當(dāng)時，說明檢驗是顯著的。6個項目的趨勢分析結(jié)果如表1所示。

表1 水質(zhì)濃度趨勢分析成果表

水質(zhì)濃度趨勢分析結(jié)果表明：南灣水庫在2004-2009年間，總磷、總氮、高錳酸鹽指數(shù)和硝酸鹽氮等4項水質(zhì)指標(biāo)的變化趨勢均不明顯，只有氨氮和溶解氧項目分別出現(xiàn)顯著上升和顯著下降趨勢，水質(zhì)狀況相對較為穩(wěn)定。