康 欣，王曉羽，李 淼，張 琦

(北京市自來水集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100085)

密云水庫是華北地區(qū)最大的水庫，是北京重要的地表飲用水水源地，也是南水北調(diào)重要的調(diào)蓄庫,擔(dān)負(fù)著北京城市生活用水的重要任務(wù)。南水進(jìn)京前，水庫上游來水一直偏少，然而北京社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速，常住人口不斷增長，密云水庫入不敷出，水資源供需矛盾十分突出。2014年南水北調(diào)調(diào)水進(jìn)京，作為北京市的主要水源，同時(shí)也是密云水庫的補(bǔ)水源，其水質(zhì)安全受到了極大的重視。南水入庫后，密云水庫的蓄水量有明顯的提升，同時(shí)南水的進(jìn)入也對(duì)密云水庫的水質(zhì)、營養(yǎng)狀態(tài)等造成改變。

1 水量評(píng)價(jià)

水量狀況參考北京市水務(wù)局大中型水庫水情日?qǐng)?bào)。收集統(tǒng)計(jì)2012—2021年枯水、豐水期期間固定時(shí)段的密云水庫水位及蓄水量數(shù)據(jù)如圖1所示，可以看出近年來枯、豐水期水位水量變化較為一致。2012—2015年整體水位較低，蓄水量少并呈現(xiàn)下降趨勢。南水入庫后，2016年起水庫水位呈快速上升趨勢，并于2019年至今保持相對(duì)穩(wěn)定，水位增長近16m。2016年起密云水庫蓄水量也大幅度上升，至2021年已可達(dá)到250000萬m3，同比2015年前水量增長1倍有余。蓄水量的增加進(jìn)一步確保了密云水庫在為京供水中的中堅(jiān)作用，肩負(fù)起重要使命，其穩(wěn)定供水的戰(zhàn)略作用不可替代。

圖1 2012—2021年度枯、豐水期密云水庫水位-蓄水量情況圖

2 水質(zhì)評(píng)價(jià)

水質(zhì)狀況采用GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》作為評(píng)價(jià)依據(jù)。水樣監(jiān)測根據(jù)SL 219—2013《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》，每月進(jìn)行水樣采集工作，所有水樣的采集均按采樣規(guī)定執(zhí)行，并進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。水質(zhì)評(píng)價(jià)采用級(jí)指數(shù)綜合評(píng)價(jià)法，根據(jù)實(shí)測的各項(xiàng)指標(biāo)值，對(duì)照各類標(biāo)準(zhǔn)逐項(xiàng)評(píng)定，此項(xiàng)值符合某類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，即屬該類。綜合評(píng)價(jià)以所有參加評(píng)價(jià)的各項(xiàng)參數(shù)的最高類為該水質(zhì)類別。此次對(duì)密云水庫的水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)中，總氮和溶解氧暫不計(jì)入，但會(huì)作為重要特征指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

南水入庫后，如不考慮總氮和溶解氧的影響，2015—2021全年各月水質(zhì)質(zhì)量基本保持在Ⅰ到Ⅱ類之間，水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定?？紤]到標(biāo)準(zhǔn)中的多項(xiàng)基本項(xiàng)目常年均小于檢出限或Ⅰ類水質(zhì)限值，故選取重要特征指標(biāo)高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、總磷、總氮、溶解氧和糞大腸菌群進(jìn)行時(shí)間變化趨勢分析。如圖2所示。如把總氮和溶解氧計(jì)入綜合評(píng)價(jià)的考慮范圍，由于總氮多個(gè)月份嚴(yán)重超標(biāo)，全年的水質(zhì)將達(dá)到Ⅳ類甚至Ⅴ類。

圖2 2015—2021年度密云水庫水質(zhì)特征指標(biāo)分類變化圖

從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，常規(guī)指標(biāo)如pH值，毒理學(xué)指標(biāo)如砷、鎘、六價(jià)鉻、鉛、硒、汞、氰化物、氟化物等，一般化學(xué)指標(biāo)如氟化物、揮發(fā)性酚類、陰離子表面活性劑、鋁、鐵、錳、銅、鋅等均符合Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。

重點(diǎn)分析的6個(gè)特征指標(biāo)中，化學(xué)需氧量常年維持Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，偶有Ⅱ類的情況發(fā)生，整體情況良好。總磷及糞大腸菌群的水質(zhì)情況大部分為Ⅰ類，每年中有少部分時(shí)間出現(xiàn)Ⅱ類情況，但都未有惡化的趨勢，南水輸水至今也沒有Ⅲ類檢出的情況，相對(duì)穩(wěn)定。

高錳酸鹽指數(shù)雖沒有Ⅲ類檢出的情況，但2015年至今，被檢出為Ⅱ類的月份在不斷增多。2015—2017年36個(gè)月份的監(jiān)測數(shù)據(jù)均為Ⅰ類，2018年首次檢出為Ⅱ類，但全年中的Ⅱ類水被檢出率僅占四分之一。2019年全年10個(gè)月份均被檢為Ⅱ類，2020年被檢為Ⅱ類的月份有8個(gè)。到2021年，全年中僅1個(gè)月份被檢為Ⅰ類水，故雖高錳酸鹽指數(shù)暫未發(fā)生Ⅲ類檢出的情況，但其數(shù)據(jù)確有不斷惡化的趨勢，應(yīng)給予高度關(guān)注。

溶解氧指標(biāo)大部分時(shí)段為Ⅰ類或Ⅱ類，滿足Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。但多年夏季有降低的情況發(fā)生，小部分時(shí)段只能達(dá)到Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。溶解氧的降低說明水體受到了有機(jī)、無機(jī)還原性物質(zhì)污染，而溶解氧的下降利于水中部分藻類的生長，嚴(yán)重時(shí)可能還會(huì)引起魚類和浮游生物缺氧致死。

總氮是水中無機(jī)氮和有機(jī)氮的總和，是衡量水質(zhì)的重要指標(biāo)之一，也是水質(zhì)惡化的重要因素之一。南水輸水至今，密云水庫水中的總氮大部分時(shí)段皆超過Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，2019年起，部分時(shí)段甚至達(dá)到V類或劣V類。因此，對(duì)庫區(qū)水體中總氮含量的監(jiān)測和控制顯得尤為重要，對(duì)庫區(qū)中可導(dǎo)致總氮含量升高和生活污水可能帶入的污染源要給予高度重視。

3 營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)

本文通過對(duì)水庫營養(yǎng)狀態(tài)的相關(guān)指標(biāo)及其相互關(guān)系進(jìn)行計(jì)算分析，從而對(duì)水庫的營養(yǎng)狀態(tài)作出判斷，并對(duì)水庫富營養(yǎng)化發(fā)展的可能性與趨勢進(jìn)行預(yù)測。

3.1 評(píng)價(jià)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)

3.1.1限制因子

水庫富營養(yǎng)化是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)過程。影響水體營養(yǎng)狀態(tài)的因子很多且影響程度也有差異，隨著環(huán)境條件的變化，各因子都極大可能影響水體富營養(yǎng)化的進(jìn)程。其中限制因子為氮、磷元素，這是因?yàn)樗w發(fā)生富營養(yǎng)化時(shí)最直觀的表現(xiàn)就是浮游藻類大量繁殖，藻類分子中氮、磷元素所占的重量百分比非常小，故而氮、磷元素的變化可對(duì)其生長繁殖起到主導(dǎo)作用。氮、磷是生物生長所必需的營養(yǎng)元素，農(nóng)業(yè)化肥的流失、生活污水和工業(yè)廢水的不達(dá)標(biāo)排放以及地表水沖刷進(jìn)入水體都可能造成水庫中氮、磷的增長，氮、磷含量的增減會(huì)影響藻類的生長率，一般情況下當(dāng)水體中氮、磷總量上升時(shí)，水中的藻類也會(huì)隨之大量繁殖。

3.1.2評(píng)價(jià)項(xiàng)目

水體營養(yǎng)水平主要反映在藻類數(shù)量和種類密度，考慮到各類藻中均含有葉綠素a，因而葉綠素a在水體營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)中常常作為重要指標(biāo)和必評(píng)項(xiàng)目?？紤]到水庫營養(yǎng)狀態(tài)的影響因素非常復(fù)雜，不同湖泊、水庫有一定差異，根據(jù)歷年的監(jiān)測數(shù)據(jù)整理，此次對(duì)密云水庫的評(píng)價(jià)，選擇了最有代表性和有密切影響的葉綠素a、總磷、總氮和高錳酸鹽指數(shù)4項(xiàng)指標(biāo)作為此次評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)項(xiàng)目。

3.1.3評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

湖泊(水庫)營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及分級(jí)方法見表1，采用SL 395—2007《地表水水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》作為評(píng)價(jià)指導(dǎo)和依據(jù)，狀態(tài)分級(jí)及評(píng)分規(guī)則參考第5章節(jié)。

表1 湖泊(水庫)營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及分級(jí)方法

3.2 評(píng)價(jià)方法的選擇

采用SL 395—2007作為評(píng)價(jià)指導(dǎo)，評(píng)價(jià)方法參考規(guī)程中的5.2章節(jié)，選取營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法作為評(píng)價(jià)的基本方法。

湖庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)包括以下3個(gè)步驟：

(1)水質(zhì)評(píng)價(jià)項(xiàng)目濃度值與賦分值間的相關(guān)關(guān)系如圖3所示，采用線性插值法將各項(xiàng)水質(zhì)評(píng)價(jià)項(xiàng)目濃度值轉(zhuǎn)化為賦分值，準(zhǔn)確地進(jìn)行插值計(jì)算；

(2)按圖3中的計(jì)算公式計(jì)算出各評(píng)價(jià)項(xiàng)目的賦分值En，根據(jù)En值和評(píng)價(jià)項(xiàng)目個(gè)數(shù)N計(jì)算出湖庫的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI；

圖3 水質(zhì)評(píng)價(jià)項(xiàng)目濃度值與賦分值間的相關(guān)關(guān)系

(3)參照表1，根據(jù)計(jì)算出的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI確定營養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)。

3.3 營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)

根據(jù)南水入庫后2015—2021年的水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)形成密云水庫營養(yǎng)狀態(tài)變化趨勢圖如圖4所示，可以看出影響密云水庫營養(yǎng)狀態(tài)的的主要因子是總磷和總氮。南水入庫后水體總氮濃度達(dá)到0.14～2.35mg/L，總磷濃度0.01～0.08mg/L，高錳酸鹽指數(shù)的濃度1.0～2.7mg/L，葉綠素a的含量相對(duì)較低，維持在0～0.0078mg/L。水庫營養(yǎng)狀態(tài)的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，水庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在31.5～49.4之間，雖均位于中營養(yǎng)狀態(tài)，但部分時(shí)段接近富營養(yǎng)水平。

圖4 2015—2021年度密云水庫營養(yǎng)狀態(tài)變化趨勢圖

3.3.1葉綠素

葉綠素a作為必評(píng)項(xiàng)目直觀地反映水體中藻類情況，從其變化趨勢上可以看出，2015年南水剛?cè)霂鞎r(shí)葉綠素a的整體評(píng)分較高，維持在中營養(yǎng)水平；之后每年較有規(guī)律性的在貧營養(yǎng)到中營養(yǎng)間大幅波動(dòng)，整體評(píng)分維持在20分上下。

3.3.2高錳酸鹽指數(shù)

高錳酸鹽指數(shù)整體評(píng)分維持在40分上下，屬于中營養(yǎng)偏富水平且無顯著性波動(dòng)。從整體的大趨勢上可以看出，其評(píng)分值在逐年上升。2015—2017年部分評(píng)分仍低于40，且未有超過45分的情況發(fā)生。2018年僅3個(gè)月低于40分，并且首次出現(xiàn)了超過45分的情況。自2019年開始，評(píng)分均在40以上，維持在45分上下微小波動(dòng)且仍有升高的趨勢，應(yīng)給予高度關(guān)注。

3.3.3總磷

就營養(yǎng)單因子評(píng)價(jià)而言，總磷的評(píng)分變化波動(dòng)較大，雖大部分時(shí)段都可維持在中營養(yǎng)水平，但2018年出現(xiàn)過輕度富營養(yǎng)的情況，評(píng)分高達(dá)58.4分，年度單因子評(píng)分均值超過40分，處于中營養(yǎng)偏富水平。水體中營養(yǎng)物質(zhì)含量豐富，能夠提供足夠的營養(yǎng)來源。

3.3.4總氮

總氮作為密云水庫營養(yǎng)源的重要監(jiān)測項(xiàng)評(píng)分最高，大部分時(shí)間處于富營養(yǎng)狀態(tài)，且維持在中度富營養(yǎng)水平。2015—2021年水體中總氮含量的評(píng)分均值超60分，于2021年底達(dá)到最高71.2分。從具體的變化趨勢來看，如果不加以控制，總氮可能會(huì)繼續(xù)上升，加重富營養(yǎng)水平。因此，控制水庫中總氮的含量、減少氮污染是首要任務(wù)。

3.3.5營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

近年來，整個(gè)庫區(qū)水體表現(xiàn)狀態(tài)呈中營養(yǎng)。但是，水庫水體中總氮、總磷濃度的持續(xù)上升使得水庫營養(yǎng)水平持續(xù)增加，已多次達(dá)到偏富水平，富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)不斷增大，很可能導(dǎo)致藻類過度繁殖，破壞水體的生態(tài)平衡、降低水質(zhì)質(zhì)量，增加水處理的技術(shù)難度。

3.4 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

富營養(yǎng)化是當(dāng)前我國湖泊、水庫面臨的主要水環(huán)境問題，通過水質(zhì)評(píng)價(jià)和營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)可以有效地識(shí)別湖庫的營養(yǎng)狀態(tài)和水體污染程度，進(jìn)行富營養(yǎng)化防治與對(duì)策制定。由密云水庫的評(píng)價(jià)結(jié)果來看，其污染程度相對(duì)較輕，水體中的主要污染因子為氮、磷元素?？偟獫舛忍幱谳^高水平，極大可能導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。

4 結(jié)語

(1)南水入庫后密云水庫水位和蓄水量都有大幅度的增加。蓄水量的增加進(jìn)一步確保了密云水庫在為京供水中的中堅(jiān)作用。并且，南水北調(diào)中線工程北京段干線檢修期間，密云水庫作為北京城市供水的主力水源，穩(wěn)定供水的作用不可替代。

(2)目前南水入庫后密云水庫水質(zhì)狀態(tài)良好，能滿足供水水質(zhì)需要。個(gè)別指標(biāo)如溶解氧、總氮的含量相對(duì)偏高，建議持續(xù)關(guān)注重點(diǎn)指標(biāo)，做好水源水質(zhì)保護(hù)和源頭管理工作。同時(shí)，繼續(xù)增強(qiáng)水廠接納高藻水的能力，優(yōu)化除藻、除氮、除磷工藝，確保運(yùn)行穩(wěn)定和水質(zhì)安全。

(3)庫區(qū)水體營養(yǎng)狀況處于中營養(yǎng)。歷年數(shù)據(jù)表明水體已多次達(dá)到偏富水平，富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)不斷增大。這主要是由于水體中的氮磷元素含量較高，尤其是總氮的評(píng)分維持在中度富營養(yǎng)水平。建議采取謹(jǐn)慎的態(tài)度進(jìn)行科學(xué)管理，減少輸入變化對(duì)水體營養(yǎng)狀態(tài)的改變。加大控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)輸入的同時(shí)，利用流行的生物和生態(tài)修復(fù)手段去除水中氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)，確保水體生態(tài)平衡，營養(yǎng)狀態(tài)維持良好水平。

(4)南水入庫后運(yùn)行至今，未預(yù)料到的水質(zhì)問題也在不斷暴露，新的風(fēng)險(xiǎn)仍需繼續(xù)探索。為確保水庫水的可持續(xù)利用、保障首都供水安全，應(yīng)進(jìn)一步收集分析多種水質(zhì)數(shù)據(jù)、尋找規(guī)律，以便更好地應(yīng)對(duì)各種可能發(fā)生的問題。同時(shí)，繼續(xù)加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測工作和應(yīng)急準(zhǔn)備工作，完善水質(zhì)監(jiān)測加密制度，確保供水安全。