侯傳瑩，易雨君，宋 劼，楊雨風

（1．北京師范大學水沙科學教育部重點實驗室，北京100875；2．北京師范大學水環(huán)境模擬與污染控制國家重點實驗室，北京100875）

河流是地區(qū)工農業(yè)及生活用水的主要來源，河流水質對生態(tài)健康和社會發(fā)展有重要意義［1］。黃河下游分布有廣闊的灘地，生活著180余萬人口［2］。隨著工農業(yè)的蓬勃發(fā)展以及人口密度的增大，工農業(yè)廢水及生活污水的排放量逐年遞增，其中的污染物對黃河水體生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重影響。小浪底水庫的建設和運行在緩解下游供水、水力發(fā)電及洪水問題等方面做出了重要貢獻［3］，但是水庫的建設和運行割裂了河流上下游連通性，使得水體自凈能力下降，污染物積累，并最終導致生物多樣性減少［4-6］。

黃河自2002年正式開始調水調沙，對維持小浪底水庫庫容以及下游河道河流形態(tài)具有重要意義［7］。但同時，調水調沙過程對下游河流生態(tài)系統(tǒng)屬于較強的脅迫，近年來由小浪底水庫水沙調控產生的生態(tài)問題正受到國內外的廣泛關注。在對生境的影響上，主要關注點包括水沙調控對河道沖淤［8］，河口形態(tài)［9-11］，溶解氧、濁度等水質指標［12］，重金屬［13］，多環(huán)芳烴［14］和營養(yǎng)鹽［15-17］等的影響。 在對生物種群等的關注上，有魚類［18］、浮游生物等生物群落［19-20］。

目前，關于小浪底水庫水沙調控過程對下游水質變化影響的研究主要集中在小浪底庫區(qū)至花園口段及利津河口區(qū)域［21］，對下游長距離河道的水質變化研究較少。本研究主要對水沙調控前、中、后3個時期黃河下游河道（小浪底至利津段）進行水質監(jiān)測，分析下游河段水環(huán)境的變化趨勢及水體營養(yǎng)狀態(tài)，以了解水沙調控對下游水質的影響。

1 研究方法

1．1 采樣點設置

根據黃河下游河道特征及水文站分布情況，利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS），從小浪底至利津段設置了10個具有代表性的采樣點，如圖1所示。采樣時間為2018年6月21—23日（水沙調控前）、7月5—7日（水沙調控中）、8月3—5日（水沙調控后），采樣點坐標見表1。

表1 采樣點經緯度坐標

1．2 樣品采集及測定

用采水器采集的河流表層水存放在聚乙烯瓶中，低溫保存。采樣前使用YSI（美國EXO多參數水質監(jiān)測儀）現場測定水溫、電導率、溶解氧（DO）、pH值、總可溶性固體（TDS）、濁度及葉綠素（Chl）。實驗室內利用μMAC SMART便攜式營養(yǎng)鹽測定儀測定總氮（TN）、氨氮（NH4-N）、硝態(tài)氮（NO3-N）、亞硝態(tài)氮（NO2-N）、總磷（TP）、溶解性正磷酸鹽（PO4-P）和硅酸鹽（SiO3）。

采用Excel進行數據整理、運算與制圖，采用SPSS 20．0統(tǒng)計軟件進行相關性分析。

2 結果與討論

2．1 水沙調控期間水質因子含量變化

水沙調控前、中、后3個時期各水質因子均值見表2。

表2 水沙調控3個時期各水質因子特征值

2．2 水沙調控期間水質理化參數沿程變化趨勢分析

如圖2所示，水沙調控前、中、后3個時期，黃河下游水溫變化范圍分別為25～30℃、25～33℃及 29～34℃之間，呈現分段式變化，即S1至S3為先升高后降低；S4至S7為先升高后降低；S8至S10呈現較平穩(wěn)的趨勢。這可能與具體的采樣時間及天氣情況有關，S2、S5、S6三點的采樣時間均處在中午，受太陽輻射及氣溫變化的影響，黃河表層水溫升高。

水沙調控后電導率明顯低于水沙調控前，前、中期電導率變化不大。電導率變化趨勢在水沙調控前除S2外，S1～S6逐漸升高；S6～S8略降低，S8～S10再升高；水沙調控中，電導率變化呈現先升高后降低的趨勢，在S6達到最高值；水沙調控后，除S2偏高外，其余點在900～950 μS／cm范圍內波動（因S2采樣點為西霞院反調節(jié)水庫，遠離主河道，小浪底水庫下泄洪水時未直接流經采樣點區(qū)域，故S2采樣點變化較河道不同）。

DO含量總體為水沙調控中＜水沙調控后＜水沙調控前。水沙調控前后除S2外，其他點基本保持在小范圍內波動，表明小浪底水庫水沙調控過程造成了黃河下游水中溶解氧含量的降低，原因是水沙調控過程中水流有較大的含沙量。由白音包力皋等［22］的研究可知，小浪底水庫排沙期間河道中含沙量與溶解氧呈明顯的負相關關系，即隨著含沙量增大溶解氧含量降低，與本研究結論一致。

TDS含量總體表現為水沙調控后＜水沙調控中＜水沙調控前，總體變化不大，波動范圍在 550～700 mg／L之間。水沙調控中，S2采樣點TDS含量降低，其余采樣點TDS含量波動不大，穩(wěn)定在650左右；水沙調控后，S2采樣點TDS含量明顯增大，其余采樣點TDS含量穩(wěn)定在550左右，波動范圍較小。說明水沙調控過程會降低水體中TDS的含量。

pH值表現為水沙調控后＞水沙調控前＞水沙調控中，水沙調控前、中，黃河下游水體pH值變化范圍為7．5～8．4，除 S2 處 pH 值偏高外，其他采樣點 pH 值基本保持波動上升的趨勢；水沙調控后，pH值整體較前兩階段明顯升高，變化范圍為8．0～8．6，在S2和S5處上升較大，S6至S10的pH值呈較為平穩(wěn)的波動趨勢。

水沙調控前后，各采樣點水體濁度均在0～1 000 NTU范圍內小幅波動；水沙調控中，水體濁度整體波動幅度較大，位于西霞院壩下的S3采樣點濁度值最大，為5 770 NTU，S2、S5和S6采樣點濁度值較小，S6至S10呈先增大后降低的趨勢?？傮w來說，水沙調控過程對S1～S4采樣點的濁度影響較大，而對較遠河段濁度的影響較小。

葉綠素含量在水沙調控各階段變化幅度均不大，波動范圍為0～10 μg／L，變化趨勢平穩(wěn)；水沙調控中，水體中葉綠素含量在S2采樣點處明顯上升，其余各點波動不大，變化范圍為4～5 μg／L。 總體來說，各時期S8～S10的葉綠素含量均未表現出明顯波動，表明水沙調控的主要影響范圍在S1～S7之間，對S7下游的葉綠素濃度影響較小。

除個別采樣點位外，硅酸鹽含量在水沙調控前后總體變化幅度不大，其中：水沙調控前波動范圍為2～4 mg／L，水沙調控期變化范圍為 4～6 mg／L，水沙調控后變化范圍為5～6 mg／L?？傮w變化規(guī)律為水沙調控前＜水沙調控中＜水沙調控后，表明硅酸鹽濃度隨水沙調控過程逐漸升高。

由表2可知，相對于水沙調控前，水沙調控后的流量、水溫、溶解氧、電導率、TDS、硅酸鹽平均值均有顯著變化，且水沙調控過程不同程度地增大了各環(huán)境因子沿程濃度的標準差，表明水沙調控使得環(huán)境因子發(fā)生波動，屬于較強的外界脅迫。

如圖3所示，NO2-N濃度在S5（夾河灘）變化幅度最大，其余采樣點變化不明顯；在S4至S8之間NO3-N濃度在水沙調控前、后期呈逐漸增加的趨勢，在水沙調控中呈先下降后上升的趨勢；NH4-N濃度在水沙調控前、后期變化趨勢較為平穩(wěn)，且變化幅度較小，水沙調控中在S4至S8呈現大幅度的增加；TN濃度在S1至S3處均處于下降趨勢，S4至S10處在水沙調控前處于緩慢降低趨勢，在水沙調控中、后期呈逐漸增加的趨勢?？傮w上看，NO2-N濃度呈現水沙調控中＞水沙調控后＞水沙調控前；NO3-N濃度呈現水沙調控中＞水沙調控前＞水沙調控后；NH4-N濃度呈現水沙調控中＞水沙調控前＞水沙調控后；TN濃度呈現水沙調控后＞水沙調控中＞水沙調控前。

水沙調控過程中PO4-P濃度在S1至S6變化幅度較大，在S7至S10呈逐漸增加的趨勢，其中水沙調控后PO4-P濃度明顯高于水沙調控前、中期，且水沙調控前、中期PO4-P濃度無顯著變化；水沙調控前、中期各采樣點TP濃度變化幅度不大，呈較為平穩(wěn)的發(fā)展趨勢，水沙調控后TP濃度在S3及S5至S10處明顯增大，水沙調控中S2點TP濃度的變化幅度最大。

2．3 水質指標綜合評價

選取水體葉綠素 a（Chla）、總磷（TP）、總氮（TN）、透明度（SD）為評價指標，計算綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數TLI（∑）。其營養(yǎng)狀態(tài)分級見表3。

表3 營養(yǎng)狀態(tài)分級

根據綜合營養(yǎng)狀態(tài)指標TLI（∑）的大小，對黃河下游水體進行富營養(yǎng)化狀態(tài)評價。由圖4可知，水沙調控中S1（小浪底）TLI（∑）值小于30，為貧營養(yǎng)狀態(tài)，水沙調控前、后處于中營養(yǎng)狀態(tài)。水沙調控中S2（西霞院）為中度富營養(yǎng)狀態(tài)，水沙調控前、后TLI（∑）值小于50，為中營養(yǎng)狀態(tài)。除S2點外，水沙調控中黃河下游其余各采樣點的 TLI（∑）均小于30，為貧營養(yǎng)狀態(tài)，且水沙調控前、后期其他樣點基本上處于中營養(yǎng)狀態(tài)。分析其原因可能是黃河下游河道水體營養(yǎng)狀態(tài)主要受TP含量的影響，因水沙調控過程中下游河道流量增大，對河道中TP含量有一定的稀釋作用，TP含量下降，下游河道綜合營養(yǎng)狀態(tài)呈現貧營養(yǎng)狀態(tài)。S4和S7采樣點在水沙調控后 TLI（∑）值減??；S3、S5、S9和S10采樣點水沙調控后TLI（∑）值增大。

2．4 各水質指標之間的相關性分析

由表4可知各因子間的相關性。水沙調控前，葉綠素與水溫、DO、pH值和硅酸鹽在0．01水平上顯著相關，與電導率在0．05水平上顯著相關；TDS與電導率在0．05水平上顯著相關，與流量在0．01水平上顯著相關；DO、電導率、硅酸鹽與pH值均顯著相關，電導率和水溫在0．01水平上顯著相關。水沙調控中，葉綠素與DO、pH值、TDS在0．01水平上顯著相關，與水溫在0．05水平上顯著相關；TDS與 DO、pH值、葉綠素在0．01水平上顯著相關，與水溫、流量在0．05水平上顯著相關；電導率除含沙量外，與其他因子均不顯著相關；DO和水溫在0．05水平上顯著相關。水沙調控后，葉綠素與DO、pH值在0．01水平上顯著相關，與水溫、電導率在0．05水平上顯著相關；pH值與水溫、DO、電導率在0．01水平上顯著相關，與TDS在0．05水平上顯著相關；TDS與DO、電導率在0．01水平上顯著相關；硅酸鹽與其他因子均無顯著相關；DO和水溫在0．01水平上顯著相關。

由表4可知，水沙調控前，NO2-N與NO3-N在0．01水平上顯著負相關，與TN顯著正相關，與TP在0．05水平上顯著正相關；NO3-N 與 TN、TP 在 0．01水平上顯著相關；TN與 TP在0．01水平上顯著相關；PO4-P與其他因子均不顯著相關；NH4-N和流量在0．05水平上顯著相關。水沙調控中，PO4-P與TP在0．01水平上顯著正相關；PO4-P、TP 與 DO、pH 值、葉綠素均顯著相關；TN與含沙量在0．05水平上顯著相關；TP與溫度、DO、TDS、pH值、葉綠素均有顯著相關性。水沙調控后，NH4-N與NO3-N在0．01水平上顯著負相關，與TN在0．05水平上顯著負相關；NO3-N與DO、電導率、TDS在0．01水平上顯著負相關。

水沙調控中，NO3-N濃度平均值高于水沙調控前，且NO3-N濃度與流量、含沙量沒有顯著相關性，出現這種現象的原因可能是水沙調控大流量造成漫灘所致。黃河下游灘地聚居了180多萬人口，面積達4 000多km2，灘地的農田施用了大量的化肥和農藥，漫灘可能導致大量硝酸鹽進入水體，同時懸浮泥沙也加劇了河流水體的低氧、缺氧狀態(tài)［23］，使水體中的亞硝態(tài)氮和氨氮含量在水沙調控過程中有明顯增加。隨著含沙量的下降，水沙調控后NO3-N、NH4-N等含量也略有下降。PO4-P和TP在水沙調控后含量最大，且其在水沙調控前、中、后3個階段的變化差異不顯著，說明水沙調控過程對黃河下游河道中磷元素無直接顯著影響，原因可能是水沙調控前期徑流對河道中PO4-P的稀釋作用使其含量較低，隨著水沙調控過程中泥沙含量的遞增，攜帶大量磷進入下游河道中，同時水體大量懸浮物也影響磷的吸附-解吸作用，使得PO4-P和TP在水沙調控中含量增加；水沙調控后流量的減小在一定程度上降低了對磷的稀釋作用，故水沙調控后PO4-P和TP含量又有升高的趨勢［15］。

3 結 論

以黃河下游水質為研究對象，調查了水沙調控前、中、后期小浪底—利津段干流水質指標及營養(yǎng)指標，并對數據進行相關分析，采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)評價法對水質進行評價，得出以下結論。

（1）水溫與具體的采樣時間及天氣情況有關，水沙調控前、中期電導率變化不大，水沙調控后電導率明顯低于水沙調控前；水沙調控對S8、S9、S10三處的葉綠素含量無顯著影響，水沙調控過程會使下游水體中硅酸鹽含量升高，水沙調控過程會造成黃河下游水中溶解氧含量的降低。

（2）水沙調控中水體 NO2-N、NO3-N和 NH4-N濃度均高于水沙調控前期和結束后；水沙調控后期PO4-P和TP濃度明顯高于前、中期，氮元素對水沙調控過程的響應較快，而磷元素對水沙調控過程的響應較慢。

（3）除S2外，水沙調控中，各采樣點TLI（∑）值均小于30，為貧營養(yǎng)狀態(tài)。水沙調控前、后期，黃河下游水體TLI（∑）值處在30至50之間，為中營養(yǎng)狀態(tài)。

（4）在水沙調控3個時期中，葉綠素與水溫、DO、pH值均有顯著的相關性，水沙調控前葉綠素與水溫、DO、pH值、硅酸鹽在0．01水平上顯著相關，與電導率在0．05水平上顯著相關；TDS和電導率在水沙調控前、后均顯著相關；水沙調控前硅酸鹽與pH值、葉綠素分別在0．05和0．01水平上顯著相關；水沙調控中、后期硅酸鹽與其他因子均無顯著相關性。

（5）水沙調控前 NO3-N 與 TN、TP、NO2-N 在0．01水平上顯著相關；水沙調控后NO3-N與NH4-N、TN呈顯著負相關；水沙調控中PO4-P與TP在0．01水平上顯著正相關，PO4-P、TP與DO、pH、葉綠素均顯著相關；僅在水沙調控前，流量與NH4-N顯著相關。