何海靜 杜海媚 韋海玲 陸尚旭

紅水河河池河段典型水庫富營養(yǎng)化研究

何海靜 杜海媚 韋海玲 陸尚旭

（河池水文中心，廣西 河池 547000）

為了解河池境內(nèi)流域的營養(yǎng)化狀況，文章選取2018年10月至2021年9月的紅水河河池境內(nèi)河段中龍灘、巖灘兩個(gè)水庫水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過對水樣重要水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)分析研究其富營養(yǎng)化程度。分析結(jié)果表明：龍灘、巖灘水庫整體上處于由中營養(yǎng)向貧營養(yǎng)狀態(tài)發(fā)展，河段內(nèi)水質(zhì)整體保持良好。兩個(gè)水庫總氮（total nitrogen，TN）的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)最高，水庫中主要超標(biāo)污染物為TN，是可能引起水體富營養(yǎng)化的重要誘因。龍灘、巖灘水庫的總氮/總磷比（total nitrogen/total phosphate，TN/TP）年平均值一直處于79.5～235.6之間，說明磷是龍灘、巖灘水庫藻類生長的限制因素，均屬于典型的磷（P）限制型水庫。研究為河池市水資源富營養(yǎng)化防治與科學(xué)管理提供了科學(xué)依據(jù)。

水庫；富營養(yǎng)化；氮磷；營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

引言

紅水河發(fā)源于云貴高原，是我國西南部南盤江、北盤江的下游干流和華南珠江水系西江的上游干流，河流經(jīng)過百色、河池等市，全長638 km，是廣西的“母親河”。紅水河從百色市樂業(yè)縣流入到河池市內(nèi)的多個(gè)縣鎮(zhèn)，其中包括天峨縣，河段長382 km，在河池市內(nèi)流域面積為16363 km2，河池市內(nèi)主要控制性樞紐有龍灘水電站、巖灘水電站[1]。河池境內(nèi)河段是整個(gè)紅水河流域中的主要及核心區(qū)段，完全列入河池市河長制管理布局，其蘊(yùn)藏的礦業(yè)資源、農(nóng)林業(yè)資源、水利電力資源、生態(tài)旅游資源等極其豐富且獨(dú)特。隨著現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展和人們的生活水平的提高，人民群眾對干凈資源和能源的需求日益增長[2]。在眾多自然資源中，水資源的利用尤為突出，人類活動(dòng)也因此使環(huán)境產(chǎn)生巨大的改變[3]。

水庫是人類利用河谷或山溝等狹窄地勢通過人工修建河壩，可以用來調(diào)蓄洪水和水力發(fā)電的水利工程，它具有防止洪澇災(zāi)害、農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電供水等多種功能[4]。有研究表明，我國的南方地區(qū)水庫水質(zhì)惡化時(shí)有發(fā)生[5]。巖灘、龍灘水庫作為紅水河河池段內(nèi)最大的兩座水庫，對于上下游的水利建設(shè)與水資源利用具有極其重大的意義[6]。水庫的營養(yǎng)化程度往往會(huì)影響水體的生物種類，改變其能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)[7]。因此，對龍灘、巖灘水庫進(jìn)行富營養(yǎng)化狀態(tài)分析和持續(xù)性監(jiān)測尤其重要。本文主要對兩個(gè)水庫水體的CODMn、TP、TN和Chla的含量進(jìn)行了測定，分析了不同時(shí)期各個(gè)影響因子的變化及趨勢，為河池市水資源的治理和保護(hù)提供了重要的科學(xué)參考。

1 湖庫概況

1.1 龍灘水庫

龍灘水庫距離廣西天峨縣城有15 km，處在紅水河干流上，集水面積達(dá)98500 km2，約占據(jù)七成紅水河流域面積。該位置具有復(fù)雜的地形地勢和發(fā)達(dá)的水文條件，布柳河、蒙江和曹渡河在壩址的上游附近匯聚，集水面積共17979 km2，占據(jù)龍灘壩址18.3%的面積[8]。水庫上游132 km的左岸處，作為最大支流的北盤江，其匯入使得龍灘水庫上游流域形成不對稱形態(tài)，總體呈現(xiàn)出一種左寬右窄的形狀。

龍灘水庫如圖1所示，其周邊沒有廠礦企業(yè)，無工業(yè)排污；已經(jīng)禁止水面養(yǎng)殖，只有少量垂釣；水庫周邊有少量村屯，有少許的生活污水匯入，存在一定的污染；庫區(qū)種植有少量的水稻、甘蔗等農(nóng)作物，農(nóng)藥化肥的使用產(chǎn)生了一定的農(nóng)業(yè)面源污染，庫區(qū)內(nèi)有培訓(xùn)基地及旅游景區(qū)，有一定的生活垃圾等地表污染[9]。

圖1 龍灘水庫（衛(wèi)星地圖）

1.2 巖灘水庫

如圖2所示，巖灘水庫地處廣西大化瑤族自治縣，總體上是處于紅水河河池段的中游。作為紅水河水電基地的第五級，巖灘水庫處在一個(gè)十分重要的位置，上河段與龍灘相接，下河段與大化相連。壩址上游流域面積約106580 km2。流量平均長年為1760 m3/s，平均年徑流量可達(dá)555億 m3。水庫為河槽式水庫，水面寬一般在100 m與400 m之間，水深在40 m～50 m之間，作為龍灘水電站的反調(diào)節(jié)電站，對該河段的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用[10]。

圖2 巖灘水庫（衛(wèi)星地圖）

巖灘水庫周邊沒有廠礦企業(yè)，無工業(yè)排污且禁止水面養(yǎng)殖，但庫區(qū)沿途鄉(xiāng)鎮(zhèn)密集，人員生產(chǎn)、生活活動(dòng)頻繁，存在生活污水污染的可能[11]；庫區(qū)周邊種植有少量的水稻、經(jīng)濟(jì)林等，農(nóng)藥化肥的使用往往會(huì)對周邊農(nóng)林業(yè)環(huán)境產(chǎn)生污染。庫區(qū)內(nèi)旅游業(yè)發(fā)達(dá)，有一定的生活垃圾等地表污染。

2 監(jiān)測概況

2.1 采樣點(diǎn)布設(shè)

龍灘水庫是紅水河入河池境內(nèi)的第一座水庫，更是紅水河的控制性工程，它對于整個(gè)河段有著非常重要的作用，因此對其監(jiān)測是具有意義的。圖3是龍灘水庫整改之后的對比。

巖灘水庫是紅水河水電基地第五級工程項(xiàng)目。水庫內(nèi)魚類繁多，環(huán)境優(yōu)美、現(xiàn)代大型工程與壯族地區(qū)傳統(tǒng)的人文情懷相聯(lián)系，其欣賞價(jià)值和游玩價(jià)值很高。鑒于龍灘、巖灘兩個(gè)大型水庫在地理位置上的獨(dú)特性與其巨大的水利樞紐工程特性，其水質(zhì)狀況往往對于珠江整個(gè)水系的生態(tài)都有十分重要的的影響，故在此設(shè)置監(jiān)測站點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測與富營養(yǎng)化評價(jià)，極具必要性及代表性。

根據(jù)水庫水體的水文、氣候、地質(zhì)和地貌資料，綜合考慮水資源的用途、水庫周邊工農(nóng)業(yè)布局、居民生活區(qū)分布及可能的污染源、排污情況參考?xì)v年水質(zhì)監(jiān)測資料，選取如表1所示兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，采用網(wǎng)格法均勻設(shè)置采樣點(diǎn)，通過將同一時(shí)段不同采樣點(diǎn)的瞬時(shí)水樣混合，形成綜合水樣，這樣測出的結(jié)果更加具有實(shí)際意義。

表1 監(jiān)測斷面明細(xì)表

監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：根據(jù)紅水河河池段近年水文測報(bào)資料，一般將每年的4月至9月視為汛期，其他月份為非汛期，每個(gè)月均采樣一次。本次選取2018年10月至2021年9月的監(jiān)測數(shù)據(jù)對龍灘、巖灘水庫的水質(zhì)狀況及富營養(yǎng)化狀態(tài)進(jìn)行分析，歷經(jīng)三個(gè)汛期與非汛期，數(shù)據(jù)具有連續(xù)性與代表性。龍灘、巖灘均處于低緯度。有研究表明，總磷（TP）與緯度的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平和顯著水平（＜0.01），隨著緯度的降低，TP顯著地增加。TN/TP與緯度存在極顯著和顯著的相關(guān)（＜0.01）[12]。

2.2 評價(jià)項(xiàng)目及分析方法

2.2.1 評價(jià)項(xiàng)目

本次水質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用國家頒布的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB 3838—2002，評價(jià)項(xiàng)目包括GB 3838—2002表1中除水溫外的規(guī)定基本項(xiàng)目22項(xiàng)。

水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)方法：按目標(biāo)水質(zhì)判斷；如有飲用功能的，加評GB 3838—2002表2中的5個(gè)項(xiàng)目。采取10%的平行雙樣和20%的加標(biāo)回收率以及有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量控制，并實(shí)行嚴(yán)格的三級審核制度，保證出具的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、科學(xué)。

水體富營養(yǎng)化評價(jià)：為克服單一評價(jià)因子進(jìn)行評價(jià)的片面性及各因子相互間的干擾，本文通過綜合營養(yǎng)指數(shù)法為龍灘、巖灘評估富營養(yǎng)化程度。

2.2.2 分析方法

總磷（TP）：將過硫酸鉀溶液加入到水樣中進(jìn)行高壓消解，之后加入抗壞血酸溶液以及鉬酸鹽溶液，用分光光度法測定。

總氮（TN）：將堿性過硫酸鉀溶液加入到水樣中進(jìn)行高壓消解，加入鹽酸溶液，用分光光度法測定。

高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）：向水樣中加入（1+3）硫酸溶液，以草酸鈉為標(biāo)準(zhǔn)溶液，用高錳酸鉀溶液滴定。

葉綠素a（Chla）：將飽和碳酸鎂溶液加入到水樣中，過濾濃縮，加入90%丙酮溶液進(jìn)行研磨。離心后轉(zhuǎn)移澄清提取液進(jìn)行分光測定。

透明度（SD）：使用塞氏盤法。

3 水體富營養(yǎng)化評價(jià)

計(jì)算公式為：TLI(Σ)＝ΣWj·TLI(j)

式中：TLI(Σ) 是綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重；TLI(j)為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

()＝10(2.5＋1.086) （1）

()＝10(9.436＋1.624) （2）

()＝10(5.453＋1.694) （3）

()＝10(5.118－1.94) （4）

()＝10(0.109－2.661) （5）

以 Chla 作為基準(zhǔn)參數(shù)，則第 j 種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計(jì)算公式為：

式中：rij為第 j 種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù) Chla 的相關(guān)系數(shù)；m表示評價(jià)參數(shù)個(gè)數(shù)。

中國湖泊（水庫）的Chla與其他參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系rij及r2ij見表2。

表2 中國湖泊（水庫）部分參數(shù)與Chla的相關(guān)系數(shù)

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI(Σ)的分級標(biāo)準(zhǔn)為：TLI(Σ)小于30時(shí)，為貧營養(yǎng)；TLI(Σ)在30～50之間時(shí)，為中營養(yǎng)；TLI(Σ)大于50時(shí)，為富營養(yǎng)。富營養(yǎng)又分為輕度、中度和重度，其中TLI(Σ)在50～60之間，為輕度富營養(yǎng)；TLI(Σ)在60～70之間，為中度富營養(yǎng)；TLI(Σ)大于70時(shí)，為重度富營養(yǎng)。

4 結(jié)果與討論

根據(jù)實(shí)際工作情況，選取每月月初，進(jìn)行樣品檢測與分析，通過計(jì)算得到每年汛期與非汛期各評價(jià)參數(shù)的富營養(yǎng)指數(shù)。

評價(jià)參數(shù)為高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、總磷（TP）、總氮（TN）、葉綠素（Chla）、透明度（SD），數(shù)據(jù)結(jié)果如表3所示。

如表3所示，龍灘、巖灘水庫的透明度常年穩(wěn)定，無明顯變化。2018年10月至2020年9月，巖灘水庫的營養(yǎng)狀態(tài)為中營養(yǎng)，2020年10月到2021年9月，巖灘水庫的營養(yǎng)狀態(tài)為貧營養(yǎng)；2018年10月至2020年3月，龍灘水庫的營養(yǎng)狀態(tài)為中營養(yǎng)，2020年4月至2021年9月，龍灘水庫的營養(yǎng)狀態(tài)為貧營養(yǎng)。龍灘、巖灘兩地水庫的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均值在2020年10月到2021年3月這一時(shí)間段達(dá)到最低，分別為24.6484和24.2499，但是到了2021年4月到2021年9月又出現(xiàn)增加?？偟木C合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)常年維持在60以上，對水體有著重要的影響[13]。汛期的CODMn的綜合營養(yǎng)指數(shù)相較于非汛期要高。龍灘、巖灘水庫富營養(yǎng)狀態(tài)總體保持平穩(wěn)向好，總氮是主要的超標(biāo)污染物。

我決定放棄注冊。小伙子即說：“那就不能打折了?！蔽艺f：“不對。你剛才說不掃碼打七折，你看著，我把關(guān)注刪除掉，就等于沒有掃碼。仍然應(yīng)該享受七折優(yōu)惠?！毙』镒訜o語默認(rèn)。最后我以七折優(yōu)惠買下了鞋子。我不會(huì)為兩折便宜而把自己的身份信息和盤托出，盡管這個(gè)品牌是知名品牌，我也已經(jīng)穿了很多年。

表3 龍灘、巖灘水庫綜合營養(yǎng)指數(shù)計(jì)算法結(jié)果

圖4（a）所示為2018年10月至2021年9月間年龍灘、巖灘水庫CODMn的變化趨勢，兩個(gè)水庫CODMn的變化趨勢基本一致，與季節(jié)來水量存在一定的規(guī)律。汛期時(shí)許多污染物受到雨水的沖刷和侵蝕作用隨地表徑流匯入水庫水體中，這一定程度上對水庫水質(zhì)指標(biāo)的測定產(chǎn)生了影響[14]。汛期CODMn較非汛期基本偏高，平均值分別為1.7 mg/L和1.6 mg/L；非汛期緩慢降低，平均值分別為1.3 mg/L和1.3 mg/L，符合Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。圖1中2020年7至8月，數(shù)據(jù)較其他月份均大，2020年汛期的CODMn明顯高于2019年和2021年同期，原因是該期間內(nèi)強(qiáng)降雨天數(shù)與同期相比較要多，導(dǎo)致來水量也遠(yuǎn)超于其他年份同期，CODMn指數(shù)波動(dòng)較大[15]。

圖4（b）所示為2018年10月至2021年9月龍灘、巖灘水庫TP的變化趨勢。兩個(gè)水庫的TP變化趨勢基本一致，且非汛期的TP數(shù)值普遍高于汛期，汛期平均值分別為0.01 mg/L和0.02 mg/L；非汛期平均值分別為0.02 mg/L和0.02 mg/L，符合Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。有研究表明，汛期期間極端暴雨的情況下，會(huì)促進(jìn)爆發(fā)藍(lán)藻水華[16]。而在2020年底至2021年3月間南方旱情嚴(yán)重時(shí)期，出現(xiàn)了明顯高于其他年份同期的TP指數(shù)，也說明該理化因子隨著來水量減少反而增高。結(jié)合龍灘上游八扣、甲板、那解屯、頂換村四個(gè)斷面在2020年底至2021年3月間的TP指數(shù)（由0.01 mg/L突然增高至0.04 mg/L～0.07 mg/L），均比同期有明顯增大，增大規(guī)律與龍灘斷面TP指數(shù)保持一致。同時(shí)，由于該時(shí)間段正處于疫情居家隔離時(shí)期，使得該時(shí)間段庫區(qū)的生活面源污染較同期影響較大[17]。

圖5（c）所示為2018年10月至2021年9月間年龍灘、巖灘水庫TN的變化趨勢，符合Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)的月份約為50%，其他均為Ⅳ類水甚至劣Ⅴ類。TN濃度的不同往往會(huì)對水體中的浮游植物和微生物以及群落結(jié)構(gòu)演替產(chǎn)生影響[18]。兩個(gè)水庫的TN數(shù)值無穩(wěn)定規(guī)律，也表明在龍灘、巖灘水庫中，TN的累積和釋放受人類活動(dòng)的影響更大。由2021年1月至9月的龍灘、巖灘斷面水質(zhì)監(jiān)測分析得知，硝酸鹽氮是總氮的主要成分，平均占比分別為85.25%和91.34%。農(nóng)藥化肥的使用和農(nóng)村生活污水的排放，使得氨氮的含量增高。

圖5（d）所示為2018年10月到2021年9月之間龍灘、巖灘水庫Chla的變化趨勢。Chla是湖泊水庫中重要的參數(shù)[19]。在2018年10月至2018年12月這段期間，巖灘水庫的葉綠素a含量明顯高于龍灘水庫，可能是因?yàn)閺V西冬季相較與北方更加溫暖，存在大量以藍(lán)藻為主藻類植物所導(dǎo)致的。

2019年8月至2019年12月兩地水庫的葉綠素a含量明顯升高。2020年3月之后，葉綠素a濃度有明顯下降，兩個(gè)水庫的Chla數(shù)值變化趨勢基本一致，且總體向好趨勢發(fā)展。有研究表明水體中的Chla與CODMn呈正相關(guān)，而本文的研究數(shù)據(jù)沒有表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性[20]。Chla與TN、TP也沒有明顯的相關(guān)性，這進(jìn)一步說明了人類的活動(dòng)產(chǎn)生了重要影響。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

（1）近三年來，龍灘、巖灘這兩座水庫總體上的富營養(yǎng)化程度為貧營養(yǎng)與中營養(yǎng)，尤其是作為紅水河河池段入口處的重點(diǎn)監(jiān)測水庫，龍灘水庫富營養(yǎng)化狀況整體始終保持良好。《天峨縣生態(tài)漁業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2017年至2030年）》出臺實(shí)施后，對龍灘庫區(qū)的養(yǎng)殖生態(tài)做了有序規(guī)劃及管理的良好結(jié)果。

對于內(nèi)陸水庫的水體，富營養(yǎng)化往往是最主要的污染方式，而氮磷是重要影響因素。龍灘、巖灘水庫水質(zhì)的主要超標(biāo)污染物為總氮，可見人類生產(chǎn)活動(dòng)是影響水體富營養(yǎng)化的一個(gè)重要原因。當(dāng)總氮和總磷在水體中的含量超標(biāo)，就很有可能爆發(fā)水華。

（2）氮磷對藻類的生長有著很重要的影響，當(dāng)兩者濃度的比例達(dá)到一定值時(shí)對藻類的繁殖生長最有利，反之則會(huì)限制藻類的繁殖生長。有研究表明，最佳TN/TP在10～15之間；當(dāng)TN/TP小于10時(shí)，藻類生長受到主要影響因素是氮；當(dāng)TN/TP大于14時(shí)，磷這是主要影響因素。通過數(shù)據(jù)分析，2018年10月至2021年9月龍灘、巖灘水庫TN/TP在79.5～235.6之間，說明磷影響著藻類生長，為典型的磷（P）限制型水庫。

5.2 建議

（1）加強(qiáng)執(zhí)法監(jiān)管，定期對水庫沿線進(jìn)行現(xiàn)場執(zhí)法檢查，做好水庫上流流域的治理，做好水質(zhì)的跟蹤監(jiān)測，加強(qiáng)點(diǎn)源污水排放治理力度。

（2）合理規(guī)劃和逐步推行生態(tài)農(nóng)業(yè)，發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)，改善農(nóng)業(yè)耕作方式，控制農(nóng)藥化肥的使用，減少氮磷的流失[21]。加強(qiáng)對水庫水質(zhì)保護(hù)，從源和匯兩個(gè)方面出發(fā)，降低人為因素的干擾，不斷增強(qiáng)水庫及周邊生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)能力。

（3）對水庫水資源進(jìn)行科學(xué)化開發(fā)應(yīng)用，強(qiáng)化水庫工作人員的管理能力，減少利于水體富營養(yǎng)化的因素，維持水庫的供水功能。同時(shí)處理好發(fā)展旅游業(yè)、水庫養(yǎng)殖和保護(hù)水質(zhì)的關(guān)系，特別是具有飲用水功能的水庫，避免養(yǎng)殖動(dòng)物排泄物對水庫的污染。

（4）宣傳環(huán)保意識，增強(qiáng)環(huán)保力度，宣傳典型案例，曝光問題；整改新的公共設(shè)施，安裝果皮箱，妥善處理廢品和垃圾等。

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Study on Eutrophication of Typical Reservoirs in Hechi Reach of Hongshui River

In order to understand the eutrophication status of the basin in Hechi, this paper selects the water quality monitoring data of Longtan and Yantan reservoirs in the reach of Hongshui river from October 2018 to September 2021, and studies the eutrophication degree through the analysis of important water quality index data of water samples. The analysis results show that Longtan and Yantan reservoirs are developing from medium nutrition to poor nutrition on the whole, and the water quality in the river section remains good on the whole. The comprehensive nutritional status index of total nitrogen (TN) in the two reservoirs is the highest, and the main excessive pollutant in the reservoirs is TN, which is an important inducement that may cause water eutrophication. The annual average value of total nitrogen/total phosphorus ratio (TN/TP) of Longtan and Yantan reservoirs has always been between 79.5 and 235.6, indicating that phosphorus is the limiting factor of algae growth in Longtan and Yantan reservoirs, which belong to typical phosphorus (P) limited reservoirs. The study provides a scientific basis for the prevention and scientific management of water resources eutrophication in Hechi city.

reservoir; eutrophication; nitrogen and phosphorus; nutritional status index

TV21

A

1008-1151(2022)05-0020-05

2022-02-22

重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺，廣西石化資源加工及過程強(qiáng)化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“膨潤土擬固相活化制備雜原子分子篩及其同步深度去除石化廢水中氮磷的研究”主任課題（2020Z008）。

何海靜（1985－），女，河池水文中心助理工程師，從事水質(zhì)分析工作。