(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

劉大水庫(kù)位于普蘭店市的西北部，是普蘭店市主要的供水水源，同時(shí)擔(dān)負(fù)著大連市城市事故供水的備用水源任務(wù)，并擔(dān)負(fù)著瓦房店市部分工業(yè)與居民生活用水的任務(wù)。隨著水庫(kù)流域工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，進(jìn)入水庫(kù)水域的總磷污染物逐年增加，總磷是水體富含有機(jī)質(zhì)的指標(biāo)之一，磷含量過(guò)多會(huì)引起藻類植物的過(guò)度生長(zhǎng)、水體富營(yíng)養(yǎng)化，發(fā)生水華或赤潮，打亂水體的平衡。劉大水庫(kù)庫(kù)區(qū)總磷含量在2015年8—12月出現(xiàn)了明顯的異常波動(dòng)和嚴(yán)重超標(biāo)現(xiàn)象，按地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中湖庫(kù)總磷標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)已達(dá)Ⅴ類或劣Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明劉大水庫(kù)已呈現(xiàn)出總磷污染，容易出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化。水庫(kù)暴發(fā)大規(guī)模的藍(lán)藻水華現(xiàn)象，會(huì)給城市的生產(chǎn)、生活用水造成較大影響，湖泊一旦發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化，需要幾十年的控制才能恢復(fù)到較低的營(yíng)養(yǎng)鹽水平。

1 水庫(kù)概況

劉大水庫(kù)流域?qū)偾缴矫}東側(cè)，是遼南暴雨區(qū)之一，洪水陡漲陡落，峰高量大，洪量較集中。水庫(kù)上游有入庫(kù)河流一條，為大沙河干流。劉大水庫(kù)壩址以上集雨面積278.3km2，河道長(zhǎng)度33.96km，河道平均比降2.73‰。水庫(kù)死庫(kù)容480萬(wàn)m3，正常水位88.25m，正常庫(kù)容6700萬(wàn)m3，總庫(kù)容1.89億m3，屬大(2)型水庫(kù)。

2 水庫(kù)近年來(lái)水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)2016年水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料，劉大水庫(kù)依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅱ類水質(zhì)類別，選取2016年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)葉綠素a(chla)、總磷(TP)、總氮(TN)、透明度(SD)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)作為富營(yíng)養(yǎng)化狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式如下：

TLI(∑)=∑Wj·TLI(j)

(1)

式中，Wj采用中國(guó)湖泊(水庫(kù))的chla與其他參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。

表1 劉大水庫(kù)近三年富營(yíng)養(yǎng)化綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

采用湖泊(水庫(kù))營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)對(duì)劉大水庫(kù)近3年綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，劉大水庫(kù)一直處于輕度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。

依據(jù)2015—2017年水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，劉大水庫(kù)水體總磷含量多數(shù)月份低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中按湖庫(kù)計(jì)的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，僅部分時(shí)段水體中的總磷含量超過(guò)國(guó)家對(duì)集中式生活飲用水地表水源地中總磷的含量要求(0.05mg/L)，見(jiàn)圖1。但在2015年8—12月出現(xiàn)了明顯的異常波動(dòng)和嚴(yán)重超標(biāo)現(xiàn)象，8—12月5個(gè)月的總磷含量分別為0.37mg/L、0.12mg/L、0.22mg/L、0.15mg/L、0.35mg/L，按地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中湖庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)已達(dá)Ⅴ類或劣Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)出現(xiàn)總磷污染，導(dǎo)致水庫(kù)容易出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化。

圖1 2015—2017年劉大水庫(kù)總磷含量過(guò)程

對(duì)劉大水庫(kù)2015年5—10月各月富營(yíng)養(yǎng)化程度進(jìn)行綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)，從圖2中可以看出劉大水庫(kù)在8月、10月富營(yíng)養(yǎng)化程度處于“輕度富營(yíng)養(yǎng)”狀態(tài)，其他時(shí)間均為“中營(yíng)養(yǎng)”，營(yíng)養(yǎng)指數(shù)峰值出現(xiàn)在10月。

圖2 2015年劉大水庫(kù)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)趨勢(shì)

初步分析認(rèn)為，劉大水庫(kù)總磷超標(biāo)問(wèn)題主要與降雨徑流沖刷和水庫(kù)低水位運(yùn)行底泥沉積物的污染釋放影響有關(guān)，具體原因?qū)⑦M(jìn)一步探究。

3 總磷來(lái)源與影響因素分析

3.1 外源污染

通過(guò)對(duì)劉大水庫(kù)的調(diào)查結(jié)果可知，劉大水庫(kù)流域內(nèi)第二產(chǎn)業(yè)很少，沒(méi)有規(guī)模性工業(yè)污水排放點(diǎn)的存在，就2015—2017年流域外源污染負(fù)荷對(duì)劉大水庫(kù)總磷的影響機(jī)理進(jìn)行分析，水庫(kù)上游河道與庫(kù)區(qū)內(nèi)磷含量對(duì)比結(jié)果表明:外源污染負(fù)荷總磷進(jìn)入水庫(kù)后不斷遷移擴(kuò)散導(dǎo)致水庫(kù)總磷濃度增加，說(shuō)明水庫(kù)總磷水質(zhì)濃度超標(biāo)月份主要由外源污染所致。

采用近年來(lái)水庫(kù)監(jiān)測(cè)資料，對(duì)劉大水庫(kù)入庫(kù)流量、入庫(kù)總磷濃度、庫(kù)區(qū)總磷濃度及湖庫(kù)地表水評(píng)價(jià)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耦合，繪制劉大水庫(kù)入庫(kù)與水庫(kù)庫(kù)區(qū)總磷含量對(duì)比圖(圖3)。從圖3中可以看出，水庫(kù)和上游河道總磷水質(zhì)濃度基本成正比關(guān)系，2015年汛期來(lái)水集中，總量大，8—12月總磷超標(biāo)原因很可能是受到降雨徑流輸入影響，入庫(kù)徑流攜帶的污染物逐漸運(yùn)動(dòng)至壩前，導(dǎo)致短期的總磷含量超標(biāo)，此后，隨著污染物的沉積，水體總磷含量趨于正常。而汛期來(lái)水量大的2016年8月和9月，庫(kù)區(qū)中總磷含量同樣出現(xiàn)了超標(biāo)現(xiàn)象。

圖3 2015—2017年劉大水庫(kù)入庫(kù)與庫(kù)區(qū)總磷含量對(duì)比

3.2 水庫(kù)低水位運(yùn)行沉積物的污染釋放

從監(jiān)測(cè)結(jié)果中可以看出水庫(kù)庫(kù)區(qū)總磷水質(zhì)濃度部分月份高于上游河道總磷水質(zhì)濃度，說(shuō)明外源污染負(fù)荷不是影響水庫(kù)總磷的唯一因素。作為河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，底泥不僅是河流營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)的中心環(huán)節(jié)，也是污染物質(zhì)的主要聚集庫(kù)，底泥不僅可以直接反映水體的污染歷史，而且在一定條件下可向上覆水體釋放各種污染物，是影響河流水質(zhì)的重要二次污染源。劉大水庫(kù)常年運(yùn)行蓄積了大量的污染物，分析認(rèn)為庫(kù)底多年蓄積的底泥沉積物是導(dǎo)致總磷超標(biāo)的另一主要原因。

從2014年以來(lái)普蘭店地區(qū)降雨量減少，劉大水庫(kù)蓄水量呈下降趨勢(shì)，呈低水位運(yùn)行狀態(tài)，見(jiàn)圖4，上覆水較淺促使底部沉積物污染釋放的總磷，更容易進(jìn)入表層。

圖4 2015—2017年水庫(kù)蓄水量線

底泥污染物向上覆水體釋放擴(kuò)散是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。但究其釋放機(jī)理，主要表現(xiàn)為兩種釋放擴(kuò)散類型：底泥泥水界面釋放擴(kuò)散和底泥污染物起動(dòng)懸浮釋放擴(kuò)散。前者釋放時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)上覆水體水質(zhì)影響深遠(yuǎn)，后者受上覆水體水力條件變化影響，對(duì)水質(zhì)短時(shí)間內(nèi)的變化影響較大。李彬[7]在底泥污染物向上覆水體釋放擴(kuò)散的水動(dòng)力學(xué)研究中，通過(guò)底泥污染物向上覆水體釋放的水槽模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果比較，分析得到了底泥污染物向上覆水體釋放擴(kuò)散的規(guī)律，即其上覆水體的水動(dòng)力特性對(duì)底泥污染物的釋放有很大影響。在水深大、水流流速小的情況下，其底泥不易泛起，此時(shí)底泥污染物的釋放較少。當(dāng)水位降低、水流流速增大時(shí)，底泥懸浮于上覆水體中，底泥污染物釋放增大，對(duì)水質(zhì)影響很大。

對(duì)比劉大水庫(kù)庫(kù)區(qū)近年來(lái)水位和總磷變化情況(見(jiàn)圖5)可以看出，當(dāng)庫(kù)區(qū)水位持續(xù)下降，總磷濃度會(huì)出現(xiàn)反向增長(zhǎng)現(xiàn)象。分析可以得出：在低流速情況下，底泥污染物緩慢釋放增長(zhǎng)，在一定時(shí)間積累后底泥污染物濃度會(huì)出現(xiàn)峰值，說(shuō)明低水位對(duì)污染物釋放擴(kuò)散有一定影響。

圖5 2016—2017年水庫(kù)庫(kù)區(qū)總磷含量與水位關(guān)系線

篩選2015—2017年汛期雨季及非汛期降雨期庫(kù)區(qū)及上游河道總磷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表2，可以看出，汛期雨季初雨產(chǎn)生的地表徑流和農(nóng)田退澇排水對(duì)河道及庫(kù)區(qū)總磷污染影響較大；而非汛期雨季對(duì)河道總磷濃度貢獻(xiàn)較小，總磷濃度出現(xiàn)庫(kù)區(qū)高于入庫(kù)河流的情況，是因?yàn)樗唤档?，水流流速增大，底泥懸浮于上覆水體中，底泥污染物釋放增大。

表2 劉大水庫(kù)入庫(kù)流量與總磷濃度關(guān)系對(duì)比

通過(guò)表2數(shù)據(jù)分析和研究可以看出，水庫(kù)低水位運(yùn)行會(huì)加重水體中總磷濃度升高現(xiàn)象。

4 結(jié) 語(yǔ)

劉大水庫(kù)庫(kù)區(qū)總磷污染超標(biāo)主要為水庫(kù)上游入庫(kù)河流污染負(fù)荷入庫(kù)所致，外源面源污染為水庫(kù)庫(kù)區(qū)總磷污染主要來(lái)源，同時(shí)水庫(kù)庫(kù)底底泥沉積物是導(dǎo)致總磷超標(biāo)的次要原因。為保護(hù)水庫(kù)飲用水源地，劉大水庫(kù)的治理與保護(hù)需將外源污染控制和內(nèi)源治理相結(jié)合，針對(duì)以上問(wèn)題，建議水庫(kù)庫(kù)區(qū)坡地、耕地退耕還林，采用種植物籬、預(yù)留植被緩沖帶等水土保持措施，鼓勵(lì)庫(kù)區(qū)上游農(nóng)民合理堆放和使用畜禽糞便，引導(dǎo)農(nóng)民科學(xué)施肥，加強(qiáng)庫(kù)尾人工濕地建設(shè)，加大湖域管理力度，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)總磷優(yōu)化管理措施。