(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

當前飲用水源地的水體富營養(yǎng)化問題已經受到國內外水環(huán)境工作者的高度重視，據統(tǒng)計全國存在富營養(yǎng)化問題的淡水湖所占比例約為60%[1]。重度的水體富營養(yǎng)化將會破壞自然水體的水生態(tài)系統(tǒng)，造成水質惡化，嚴重影響社會經濟的發(fā)展和人們的生活水平。因此，及時準確地評價水體的富營養(yǎng)化程度，是水環(huán)境保護的一項重要任務。目前我國湖泊水庫富營養(yǎng)化評價方法主要有卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數法、模糊評價法、營養(yǎng)度指數法、評分法以及綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數法(TLI)[2]。這幾種評價方法在實際水體富營養(yǎng)化評價中都有應用，但研究者發(fā)現卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數法是以透明度為基準，評價過程中沒有考慮浮游植物以外的其他因素對透明度的影響；模糊評價法若評價系統(tǒng)中選擇的指標不同，得到結果誤差較大；營養(yǎng)度指數法數據處理繁瑣，耗費大量時間；評分法受人為因素干擾較多，準確性不高。而綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數法操作簡便易行，并且王明翠[3]等運用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數法、營養(yǎng)度指數法以及評分法分別對太湖水體富營養(yǎng)化程度進行評價，結果發(fā)現綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數法是一種可行有效的方法。因此，本文選取綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數法對大連市5個全國重要飲用水源地水體富營養(yǎng)化情況進行評價。

1 監(jiān)測與分析、評價方法

1.1 監(jiān)測點布設

根據水利部《關于開展全國重要飲用水水源地安全保障達標建設的通知》(水資源〔2011〕329號)要求，地表水飲用水水源地水質指標需定期監(jiān)測，2017年4—12月(1—3月冰期無法采樣)對大連市5個全國重要飲用水源地開展了富營養(yǎng)化采樣監(jiān)測工作，監(jiān)測點位設置在水庫壩前和庫中心，具體見表1。監(jiān)測頻次為每月1次，采樣時間為每月上半月。

表1 大連市5個國家重要飲用水源地采樣點位置

1.2 監(jiān)測項目與分析方法

依據2017年遼寧省水環(huán)境監(jiān)測中心大連分中心的水庫水質監(jiān)測資料，選擇葉綠素a(chla)、總磷(TP)、總氮(TN)、透明度(SD)、高錳酸鹽指數(CODMn)以及浮游植物這6個與水體富營養(yǎng)化密切相關的參數作為評價指標。

監(jiān)測按照《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》(SL 219—2013)、《水質 葉綠素的測定 分光光度法》(SL 88—2012)、《內陸水域浮游植物監(jiān)測技術規(guī)程》(SL 733—2016)以及《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002)要求的方法進行。

1.3 評價方法及原則

采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數法[4]對2017年大連市5個重要飲用水源地水質進行富營養(yǎng)化評價，由于葉綠素a存在于所有的浮游植物中，是其體內重要的化學成分，通過測定水體藻類體內葉綠素a的含量可以推斷出水體中浮游植物的數量，因此本次評價因子選為葉綠素a、總磷、總氮、透明度、高錳酸鹽指數(不考慮浮游植物)，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數計算公式為

TLI(∑)=∑Wj·TLI(j)

(1)

式中 TLI(∑)——綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數；

Wj——第j種參數的營養(yǎng)狀態(tài)指數的相關權重；

TLI(j)—代表第j種參數的營養(yǎng)狀態(tài)指數。

各評價因子營養(yǎng)狀態(tài)指數為

TLI(chla)=10(2.5+1.086lnchla)

TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)

TLI(TN)=10(5.453+1.1.694lnTN)

TLI(SD)=10(5.118-1.94lnSD)

TLI(CODMn)=10(0.109+2.66lnCODMn)

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

(2)

式中rij——第j種參數與基準參數chla的相關系數；

m——評價參數的個數。

表2 我國湖庫部分參數與葉綠素a的相關關系rij及值[5]

對水庫營養(yǎng)狀態(tài)進行分級，具體見表3。同一分級的營養(yǎng)狀態(tài)下，評分指數值越高，表明水體富營養(yǎng)化程度越嚴重。

表3 水庫營養(yǎng)狀態(tài)分級標準[5]

2 結果與分析

2.1 大連市重要飲用水源地富營養(yǎng)化現狀

大連市5個國家重要飲用水源地擔負著向城市供水的重要功能，其2017年綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數評價結果見表4。

表4 大連市全國重要飲用水源地富營養(yǎng)化綜合營養(yǎng)指數評價結果

通過綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數法評價，除松樹水庫和劉大水庫評價結果為輕度富營養(yǎng)外，其余水庫均為中營養(yǎng)程度。具體營養(yǎng)化狀態(tài)分級結果見圖1。由2017年《大連市統(tǒng)計年鑒》[6]可知，大連市5處重要飲用水源地控制流域內，經濟以農業(yè)、林業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)等第一產業(yè)為主，第二產業(yè)分布較少，流域內沒有規(guī)模性的第二產業(yè)存在，因此水庫富營養(yǎng)化主要是農藥、化肥不科學合理的使用，畜牧養(yǎng)殖業(yè)的排泄物及生活污水排放、垃圾隨意丟棄未集中治理導致的。

圖1 大連市2017年大型水庫綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數

2.2 水庫富營養(yǎng)化程度隨季節(jié)變化規(guī)律

分別對劉大水庫和松樹水庫4—12月各月富營養(yǎng)化程度進行綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數評價，結果見圖2。

圖2 劉大水庫和松樹水庫綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數逐月變化趨勢

由圖2可知，劉大水庫和松樹水庫在8—10月富營養(yǎng)化程度處于“輕度富營養(yǎng)”狀態(tài)，其他時間均為“中營養(yǎng)”狀態(tài)，營養(yǎng)指數峰值出現在8月。以上結果表明水庫富營養(yǎng)化程度受季節(jié)變化影響顯著，通常在夏秋兩季易高發(fā)，冬春季為中營養(yǎng)水平。

浮游植物監(jiān)測數據分析結果顯示：劉大水庫和松樹水庫4—5月藻類優(yōu)勢種為金藻門錐囊藻，屬于貧營養(yǎng)湖泊的優(yōu)勢種。 8月松樹水庫和劉大水庫藻類優(yōu)勢

種均為藍藻門魚腥藻，其中松樹水庫藻細胞密度為1241.5×104cells/L，該藻類在夏季易形成水華，水華風險評估為水華臨界條件。劉大水庫藻細胞密度為683.5×104cells/L，水華風險評估為初具條件。9月松樹水庫的優(yōu)勢種為藍藻門念珠藻，藻細胞密度為684.5×104cells/L，水華風險評估為初具條件。劉大水庫的優(yōu)勢種為藍藻門念珠藻、綠藻門柵藻、硅藻門小環(huán)藻，是形成水華的主要種類，藻細胞密度為222.8×104cells/L。10月松樹水庫的優(yōu)勢種為藍藻門念珠藻和硅藻門小環(huán)藻，藻細胞密度為882.2×104cells/L，水華風險評估為初具條件。劉大水庫的藻類優(yōu)勢種為藍藻門念珠藻和綠藻門柵藻，藻細胞密度為507.0×104cells/L，水華風險評估為初具條件。

2.3 富營養(yǎng)化指標相關性分析

利用Pearson相關系數對影響水體富營養(yǎng)化的各個因子之間的相關性進行分析處理[7]，結果見表5。

表5 各指標間Pearson相關性

根據經濟合作與發(fā)展組織研究結果，90%的湖庫富營養(yǎng)化是受磷、氮元素制約的[8]，由表5可知，葉綠素a與TP呈顯著正相關，與呂學研、楊中蘭[9-10]等的研究結果一致，說明磷是影響大連市水庫富營養(yǎng)化的重要控制指標。葉綠素a與透明度值呈顯著負相關，透明度是富營養(yǎng)化的重要參數指標，湖庫中浮游植物大量繁殖，其水體透明度會降低，而湖庫的葉綠素a會增大，因此兩者之間應該有明顯的負相關關系。葉綠素a與高錳酸鹽指數呈顯著正相關，表明浮游藻類的生長繁殖可能與高錳酸鹽指數存在著相互影響，富營養(yǎng)化水體中強烈的光合作用生成了大量的藻類和其他耗氧有機物，使得水體高錳酸鹽指數指標明顯增大[11]?？偟c高錳酸鹽指數呈顯著負相關，說明水環(huán)境因子之間相互影響；透明度與高錳酸鹽指數呈極顯著負相關，高錳酸鹽指數主要是指用高錳酸鉀氧化水中有機物所耗氧的量。通常若水體中浮游植物繁殖量增加，相應的耗氧有機物的含量也隨之升高，而浮游植物量高的水體，透明度低，因此透明度與高錳酸鹽指數之間存在負相關關系。

3 結 語

運用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數法對2017年大連市全國重要飲用水源地水體進行富營養(yǎng)化評價，評價結果表明大連市5處全國重要飲用水源地除松樹水庫和劉大水庫為“輕度富營養(yǎng)化”外，其余飲用水源地水質良好。此外，研究還發(fā)現，水庫富營養(yǎng)化程度受季節(jié)變化影響顯著，在夏秋兩季易高發(fā)，冬春季最低。通過對各富營養(yǎng)化因子之間的相關分析發(fā)現：透明度與高錳酸鹽指數呈極顯著負相關；葉綠素a與總磷、高錳酸鹽指數呈顯著正相關，與透明度值呈顯著負相關，與呂學研、楊中蘭等的研究結果一致，說明磷是大連市水庫富營養(yǎng)化的控制因子；總氮與高錳酸鹽指數呈顯著負相關，說明水環(huán)境因子之間相互影響。該研究方法和結果可為大連市重要飲用水源地的水質富營養(yǎng)化控制和改善提供實踐指導，為水環(huán)境管理及水污染防治提供科學依據。