叢 梅

(遼寧省阜新水文局,遼寧 阜新 123000)

河湖水庫(kù)水質(zhì)時(shí)空變化與經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、廣大群眾飲水健康及城市供水安全息息相關(guān)[1-4]。對(duì)此,我國(guó)研究學(xué)者從不同角度開(kāi)展了湖庫(kù)水質(zhì)變化趨勢(shì)分析,如房孝澤等結(jié)合密云水庫(kù)/上游典型河段雨季前后水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料,全面揭示了氮濃度時(shí)空變化趨勢(shì)及其主要形態(tài);李文贊等研究分析了潮河、白河兩大干流近20a水質(zhì)數(shù)據(jù),結(jié)果發(fā)現(xiàn)人類(lèi)活動(dòng)干擾是造成TN濃度變化的主要原因;肖軍等以漁洞水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料為基礎(chǔ),通過(guò)對(duì)比確定了重要污染因子,并結(jié)合庫(kù)區(qū)實(shí)際情況提出改善水質(zhì)的有效措施;李永麗等采用水安全評(píng)價(jià)指標(biāo)和季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)法,研究分析了陸渾水庫(kù)水質(zhì)變化特征;王文靜等采用內(nèi)梅羅法和單因子法研究揭示了丹江口水庫(kù)水質(zhì)變化特征[5-8]。所以,通過(guò)研究分析可以準(zhǔn)確掌握污染湖庫(kù)污染來(lái)源和程度,但由于缺乏系列監(jiān)測(cè)資料,難以掌握水質(zhì)影響因子及其時(shí)空變化趨勢(shì),也就無(wú)法為流域控制措施的合理選擇和布設(shè)提供有效的支撐。因此,文章結(jié)合鬧德海水庫(kù)逐月水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料,綜合應(yīng)用衛(wèi)星遙感和地理信息系統(tǒng)調(diào)研庫(kù)區(qū)氣象條件、重點(diǎn)工程、水產(chǎn)養(yǎng)殖、水生植物和經(jīng)濟(jì)社會(huì)狀況,科學(xué)評(píng)價(jià)分析了庫(kù)區(qū)水質(zhì)變化特征及其關(guān)鍵影響因子,旨在為保障鬧德海水庫(kù)水質(zhì)安全、改善流域水環(huán)境、加強(qiáng)水源保護(hù)以及水污染防治等提供參考。

1 鬧德海水庫(kù)概況

鬧德海水庫(kù)建于阜新市境內(nèi)柳河中游,呈西北東南向狹長(zhǎng)形,是柳河上游唯一的大(2)型水庫(kù)。水庫(kù)控制流域6483km2,年灌溉供水量7.6×104m3,最大蓄水量2×108m3,設(shè)計(jì)洪水位189.48m,庫(kù)容1.339億m3。該水庫(kù)承擔(dān)著防洪、供水、滯沙河旅游等重要任務(wù),水質(zhì)狀況關(guān)乎居民健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2021年,鬧德海水庫(kù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有水位、水溫、鋅、透明度、揮發(fā)酚、鉛、溶解氧、硫化物、銅、電導(dǎo)率、pH值、硒、總磷、氰化物、總氮、氨氮、汞、氟化物、生化需氧量、六價(jià)鉻、高錳酸鹽指數(shù)、砷、糞大腸菌群、陰離子表面活性劑、鎘、葉綠素a、石油類(lèi)27項(xiàng),主要指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)月變化特征如圖1所示。2021年一次都未檢出的氰化物、硒、汞、砷、鎘和鉛6項(xiàng),其它大部分指標(biāo)的年均值均達(dá)到Ⅱ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。高錳酸鹽指數(shù)、總磷和總氮水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果超標(biāo)率依次為3.5%、16.1%和100%,其中總氮年均值超Ⅱ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)3.6倍,其濃度達(dá)到2.32mg/L。

(a)總氮

2 水庫(kù)水質(zhì)評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)方法

單因子法主要是計(jì)算評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)濃度與監(jiān)測(cè)項(xiàng)目濃度之比值,將該數(shù)值與1相比較來(lái)判定超標(biāo)情況和水質(zhì)類(lèi)別,綜合評(píng)價(jià)結(jié)果取最差水質(zhì)濃度對(duì)應(yīng)的類(lèi)別。采用除糞大腸菌群、總氮和水溫以外的其它指標(biāo)進(jìn)行單因子評(píng)價(jià),單獨(dú)評(píng)定總氮。

綜合污染指數(shù)法主要是加權(quán)計(jì)算各污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)濃度與監(jiān)測(cè)濃度的比值,從而確定綜合污染指數(shù)。鑒于庫(kù)區(qū)水污染的實(shí)際情況,在綜合污染指數(shù)計(jì)算過(guò)程中選取六價(jià)鉻、生化需氧量、揮發(fā)酚、石油類(lèi)、總磷、總氮、陰離子表面活性劑和高錳酸鹽指數(shù)8項(xiàng)主要指標(biāo)[9-11]。

2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

2021年鬧德海水庫(kù)主要污染物指數(shù)如表1所示,結(jié)果表明各污染物的年均值均達(dá)到Ⅱ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn),從輕到重3個(gè)斷面污染程度排序?yàn)榱?<柳45<柳81,污染最輕和最重處為出、入庫(kù)斷面。因此,鬧德海水庫(kù)水質(zhì)滿(mǎn)足Ⅱ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn),其水質(zhì)狀況良好屬于Ⅰ～Ⅱ類(lèi)水。單獨(dú)評(píng)價(jià)的總氮濃度達(dá)到劣Ⅴ類(lèi),該污染物超標(biāo)率為100%,這是鬧德海水庫(kù)的主要污染物。

表1 2021年鬧德海水庫(kù)主要指標(biāo)污染指數(shù)

由表1可知,2021年內(nèi)鬧德海水庫(kù)綜合污染指數(shù)為7.85,總體較好,僅有個(gè)別污染物超過(guò)評(píng)定的類(lèi)別標(biāo)準(zhǔn),但對(duì)水體功能效應(yīng)不會(huì)造成直接影響和明顯損傷,總氮是制約庫(kù)區(qū)水質(zhì)的關(guān)鍵因子。

2.3 水質(zhì)變化趨勢(shì)

2.3.1 水期變化

鬧德海水庫(kù)2021年平水期、豐水期和枯水期綜合污染指數(shù)如圖2所示,總氮、總磷濃度變化如圖3所示。從低到高排序?yàn)樨S水期<枯水期<平水期,斷面柳2、柳45和柳81的豐水期和平水期均優(yōu)于枯水期水質(zhì)。斷面柳45、柳81與庫(kù)區(qū)的總磷和總氮變化特征保持一致,枯水期劣于平水期和豐水期水質(zhì);斷面柳2與庫(kù)區(qū)的總磷變化特征保持一致,而總磷表現(xiàn)出相反趨勢(shì),豐水期高于平水期和枯水期[12-14]。

圖2 各水期綜合污染指數(shù)

(a)總磷

2.3.2 年際變化

鬧德海水庫(kù)2017—2021年綜合污染指數(shù)變化特征如圖4所示,結(jié)果表明2019—2021年鬧德海水庫(kù)水質(zhì)有所改善,綜合污染指數(shù)表現(xiàn)出先增加后減小趨勢(shì),總體降幅較小。

圖4 2017—2021年水污染指數(shù)變化特征

2017—2021年生化需氧量、總磷、總氮和高錳酸鹽指數(shù)濃度變化特征如圖5所示,結(jié)果表明2017—2020年總氮濃度逐漸上升,而2020—2021年呈現(xiàn)出下降趨勢(shì);2017—2018年總磷濃度呈減小趨勢(shì),因受洪水影響2019年總磷快速升高,之后于2020年又明顯下降,2021年總磷濃度相比于2020年有所增大。研究期間,生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)與總磷的變化趨勢(shì)基本相似。

(b)總磷

2.4 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

采用綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法和透明度、葉綠素a、高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷5項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)鬧德海水庫(kù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),月變化特征如圖6。

圖6 營(yíng)養(yǎng)指數(shù)變化特征

結(jié)果表明,葉綠素a和總氮相較于其它參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)指數(shù)較高,各月變化基本穩(wěn)定,其對(duì)綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)的影響較高;綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)與總磷、高錳酸鹽指數(shù)、透明度的月變化規(guī)律總體一致,綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)最大值出現(xiàn)在水溫較高的8月份。總體上,2021年鬧德海水庫(kù)達(dá)到中營(yíng)養(yǎng)等級(jí),綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)平均值為39.8。

2.5 水質(zhì)污染特征

鬧德海水庫(kù)2021年主要污染指標(biāo)的貢獻(xiàn)率如下:總氮57.1%、高錳酸鹽指數(shù)9.7%、總磷9.5%、生化需氧量7.1%、揮發(fā)酚5.5%、石油類(lèi)5.2%、陰離子表面活性劑3.2%、六價(jià)鉻2.7%。因此,總氮對(duì)鬧德海水庫(kù)水質(zhì)的貢獻(xiàn)率最高達(dá)到57.1%,這是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要指標(biāo)和主要污染物。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),鬧德海水庫(kù)庫(kù)區(qū)總氮來(lái)源于上游生活源、禽畜養(yǎng)殖以及耕地土壤中的化肥流失等。近年來(lái),阜新市不斷加強(qiáng)對(duì)上游企業(yè)的整治改造,通過(guò)對(duì)超標(biāo)排放企業(yè)實(shí)施轉(zhuǎn)產(chǎn)或停產(chǎn)以及對(duì)水源地項(xiàng)目實(shí)施嚴(yán)格審批制度等措施,使得庫(kù)區(qū)水環(huán)境逐漸得到改善,經(jīng)一系列治理保證了水庫(kù)水質(zhì),庫(kù)區(qū)水環(huán)境受工業(yè)源氮素排放的影響不大。

3 結(jié) 論

1)鬧德海水庫(kù)滿(mǎn)足Ⅱ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn),其水質(zhì)狀況良好屬于Ⅰ～Ⅱ類(lèi)水。單獨(dú)評(píng)價(jià)的總氮濃度達(dá)到劣Ⅴ類(lèi),該污染物超標(biāo)率為100%,這是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要指標(biāo)和主要污染物。

2)2021年鬧德海水庫(kù)3個(gè)代表性斷面的污染程度排序?yàn)榱?<柳45<柳81,污染最輕和最重處為出、入庫(kù)斷面;對(duì)于各水期,從低到高綜合污染指數(shù)排序?yàn)樨S水期<枯水期<平水期,斷面柳2、柳45和柳81的豐水期和平水期均優(yōu)于枯水期水質(zhì)。

3)2019—2021年鬧德海水庫(kù)水質(zhì)有所改善,綜合污染指數(shù)表現(xiàn)出先增加后減小趨勢(shì),總體降幅較小,基本滿(mǎn)足Ⅱ類(lèi)水要求。除個(gè)別年份總磷、總氮超標(biāo)外,其它指標(biāo)均符合相應(yīng)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。2017—2020年總氮上升,而2020—2021年呈現(xiàn)出下降趨勢(shì);2017—2018年總磷濃度呈減小趨勢(shì),因受洪水影響2019年總磷快速升高,之后于2020年又明顯下降,其它指標(biāo)與總磷的變化趨勢(shì)基本相似。

4)鬧德海水庫(kù)庫(kù)區(qū)總氮主要來(lái)源于上游生活源、禽畜養(yǎng)殖和耕地土壤中的化肥流失等。為保證鬧德海水庫(kù)供水安全,有效解決水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題,必須加快水生態(tài)環(huán)境修復(fù)和面源污染控制。