桃溪水庫水質(zhì)監(jiān)測與評價

桂洪杰，張建興，金圣淞，崔釗銘，郭澤宇

（1.廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，福建 漳州 363105；2.寧德市古田環(huán)境監(jiān)測站，福建 寧德 352200）

黨的十九大報告明確指出，“帶領(lǐng)人民創(chuàng)造美好生活，是我們黨始終不渝的奮斗目標(biāo)”。飲用水安全作為關(guān)系到民生的重要問題，其水源地水體水質(zhì)的監(jiān)測與評價就顯得尤為重要。桃溪位于福建省寧德市古田縣，全長30 km，流域面積159 km2，屬于閩江水系中古田溪的重要支流之一。桃溪水庫是古田縣城市供水的水源地，壩址位于古田縣桃溪村上游約3.5 km處的桃溪中段，總庫容370萬m3，年平均徑流量3940萬m3。水庫中含有的淤泥，大氣降塵，通過地表徑流從土壤中溶解、運輸并最終水庫水體的各種有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)均會水庫水質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[1-3]。桃溪水庫作為古田縣及周邊鎮(zhèn)區(qū)約7萬人生活用水的水源地，其水質(zhì)的監(jiān)測與評價不僅可為居民的飲用水安全提供一定的數(shù)據(jù)支持，而且可為水庫水質(zhì)的預(yù)測及水源地污染防治對策的制定提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 采樣點的布置及監(jiān)測頻次

本研究數(shù)據(jù)主要提取自寧德市古田環(huán)境監(jiān)測站，采樣點布設(shè)在古田縣城關(guān)水廠桃溪水庫取水口（26°41′03.9″N、118° 42′ 23.4″ E），2013-2018年每月月初隨機(jī)采樣一次（其中2013和2014年為奇數(shù)月份）。樣品的采集、處理、保存和試驗均嚴(yán)格按照《環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量保證手冊》（第二版）中的要求進(jìn)行[4]。

1.2 監(jiān)測指標(biāo)和方法

水樣中pH、溶解氧（DO）和透明度等指標(biāo)利用便攜式水質(zhì)檢測儀和薩氏透明度盤（SD20）現(xiàn)場測定，高錳酸鉀指數(shù)（CODMn）、生化需氧量（BOD5）、總氮（TN）、總磷（TP）和葉綠素a等指標(biāo)分析方法如表1所示。

表1 水質(zhì)測定指標(biāo)及分析方法

1.3 水質(zhì)評價

桃溪水庫水質(zhì)評價主要采用單因子評價法、單項污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法進(jìn)行評價；水庫水質(zhì)變化及分析依據(jù)是《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）[5]。水庫的富營養(yǎng)化評價主要采用《地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法（試行）》（環(huán)辦[2011]2號）推薦的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法（TLI）對湖泊（水庫）營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級，本辦法選取葉綠素a（chla）、TP、TN、透明度（SD）和CODMn等5項指標(biāo)作為評價因子[6]。該綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法（TLI）對湖泊（水庫）營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行的分級如下：TLI＜30為貧營養(yǎng)；30≤TLI≤50為中營養(yǎng)；TLI＞50為富營養(yǎng)。在同一營養(yǎng)狀態(tài)下，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)越大，其營養(yǎng)程度越高。

2 結(jié)果與分析

2.1 桃溪水庫水質(zhì)等級評價

表22013-2018年桃溪水庫水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

為探討桃溪水庫2013-2018年的水質(zhì)變化，筆者匯總了各年份pH、DO、SD、CODMn、BOD5、TN、TP和chla等水質(zhì)指標(biāo)的最大值、最小值以及平均值，如表2所示。由表2可知，近六年來，桃溪水庫的pH均在6～9范圍內(nèi)，滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）的各類標(biāo)準(zhǔn)要求；溶解氧濃度的最小值均大于6 mg/L，滿足II類標(biāo)準(zhǔn)；CODMn最大值均小于4 mg/L，滿足II類標(biāo)準(zhǔn)；BOD5最大值均小于3 mg/L，滿足II類標(biāo)準(zhǔn)；TN最大值均小于1 mg/L，滿足III類標(biāo)準(zhǔn)；TP最大值均小于0.05 mg/L，滿足III類標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)地表水水域功能和保護(hù)目標(biāo)，桃溪水庫水質(zhì)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中的II和III類功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

此外，通過對各年份水質(zhì)指標(biāo)污染指數(shù)的分析，筆者發(fā)現(xiàn)，2013-2016年桃溪水庫CODMn、BOD5、TN和TP污染指數(shù)均小于1，滿足地表水水域功能區(qū)III類要求。而通過選取pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、氨氮、揮發(fā)酚、汞、鉛、石油類等9項進(jìn)行的綜合指數(shù)的計算（數(shù)據(jù)未列出），筆者發(fā)現(xiàn)2013-2018年綜合污染指數(shù)范圍為0.26～0.32，由此說明桃溪水庫水質(zhì)較好，各指標(biāo)檢出值在標(biāo)準(zhǔn)限值內(nèi)。方春霞等利用單因子評價法和單項污染指數(shù)法對2014-2016年滁州市沙河集水庫水質(zhì)狀況進(jìn)行了評價，發(fā)現(xiàn)沙河集水庫水質(zhì)總體處于Ⅱ～Ⅲ類[7]。而其單項污染指數(shù)在0.25～0.60范圍之內(nèi)，與本研究結(jié)果相似，說明兩個水庫水質(zhì)狀況較為相近。

2.2 桃溪水庫主要水質(zhì)指標(biāo)的變化

為進(jìn)一步探討桃溪水庫主要水質(zhì)指標(biāo)CODMn、BOD5、TN、TP和chla在2013-2018年各月份的變化情況，筆者繪制了其相應(yīng)的變化圖，如圖1所示。

由表2和圖1可知，各主要水質(zhì)指標(biāo)濃度均呈年度周期性的變化，庫區(qū)水體CODMn的濃度變化范圍是0.76～3.50 mg/L，2013-2018年均值分別為1.50 mg/L、1.67 mg/L、1.48 mg/L、1.51 mg/L、2.19 mg/L和2.31 mg/L，均滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的II類標(biāo)準(zhǔn)。庫區(qū)水體BOD5的濃度變化范圍是0.47～2.70 mg/L，2013-2018年均值分別為0.78 mg/L、0.88 mg/L、1.02 mg/L、1.03 mg/L、1.11 mg/L和1.55 mg/L，均滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的II類標(biāo)準(zhǔn)。

庫區(qū)水體TN的濃度變化范圍是0.14～0.95 mg/L，2013～2018年均值分別為0.39 mg/L、0.39 mg/L、0.37 mg/L、0.39 mg/L、0.42 mg/L和0.56 mg/L，均滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的III類標(biāo)準(zhǔn)。庫區(qū)水體TP的濃度變化范圍是0.011～0.050 mg/L，2013-2018年均值分別為0.02 mg/L、0.02 mg/L、0.02 mg/L、0.02 mg/L、0.02 mg/L和0.03 mg/L，均滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的III類標(biāo)準(zhǔn)。

庫區(qū)水體葉綠素a的濃度變化范圍是0.42～9.00 mg/L，2013-2018年均值分別為2.64 mg/L、3.63 mg/L、4.41 mg/L、3.48 mg/L、3.61 mg/L和5.82 mg/L。此外，2013-2018年，庫區(qū)水體pH年均值分別為7.0、7.0、7.2、7.2、7.8，DO年均值分別為8.10、8.89、8.83、8.43、8.07、8.49、8.69，均滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的I類標(biāo)準(zhǔn)。庫區(qū)水體透明度2013-2018年均值分別2.3 m、2.0 m、1.8 m、1.8 m、1.7 m和1.7 m。由此可以發(fā)現(xiàn)，上述各指標(biāo)雖然變化趨勢有所差異，但總體呈現(xiàn)水質(zhì)變差的趨勢，且2018年各項指標(biāo)所表征的庫區(qū)水體的污染程度明顯高于2013-2017年。這可能是由于降雨期地表徑流沖刷土壤（農(nóng)田和森林），將土壤中含有的外源性物質(zhì)（化肥和植物落葉等含有可溶性物質(zhì)）沖刷進(jìn)入水庫所致。而各指標(biāo)的最大值基本出現(xiàn)在每年的4-9月份，該時段正是該區(qū)域的梅雨和臺風(fēng)季節(jié)，降雨量占全年降雨量的64%～70%[8]。

圖1 桃溪水庫2013-2018年水質(zhì)指標(biāo)CODMn、BOD5、TN、TP和chla的變化

2.3 桃溪水庫營養(yǎng)化狀態(tài)評價

根據(jù)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法（TLI）計算得出，桃溪水庫2013-2018年平均綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)分別為29.2、32.2、32.2、31.8、34.3和38.3，即桃溪水庫的營養(yǎng)化狀態(tài)由貧營養(yǎng)逐步轉(zhuǎn)化為中營養(yǎng)。為深入探究桃溪水庫近六年來營養(yǎng)化狀態(tài)的標(biāo)化趨勢，筆者匯總了2013-2018年各月份（2013和2014年為奇數(shù)月份）的營養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù)，如圖2所示。

由圖2可知，2013-2018年間桃溪水庫綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在24.1～44.0之間波動，無富營養(yǎng)狀況的出現(xiàn)，但其隨時間變化呈現(xiàn)上升的趨勢，說明桃溪水庫受人類活動影響較小，水質(zhì)較好，但仍存在富營養(yǎng)化趨勢的風(fēng)險。此外，各年份TLI的最大值基本出現(xiàn)在7-9月份，而這可能是由于降雨形成的地表徑流將水庫周邊土壤中（農(nóng)田和森林）含有的有機(jī)或無機(jī)物質(zhì)溶解、運輸并最終帶入水庫所致。武暕利用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對湯河水庫2002-2017年的綜合營養(yǎng)狀況進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在17～50之間波動，湯河水質(zhì)良好[9]。張紹斌等將利用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)對化成水庫2014-2016年不同月份的營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行了分析，并得出水庫的營養(yǎng)化狀態(tài)處于中營養(yǎng)狀態(tài)[10]。

圖2 桃溪水庫2013-2018年綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化

水庫氮磷比值的變化是水庫營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵表征，其在一定程度上可以影響營養(yǎng)物質(zhì)對水庫的輸入，進(jìn)而改變水體的結(jié)構(gòu)[11]。桃溪水庫2013-2018年TN/TP的變化如圖3所示。

圖3 桃溪水庫2013-2018年[TN/TP]變化

由表2和圖3可知，桃溪水庫[TN]/[TP]年平均值在17.3～22.8范圍內(nèi)波動，而2013-2018年各月份的最大值41.4，最小值為7.2，且絕大多數(shù)月份的值大于13。而小于13的點多出現(xiàn)在12月至2月，這可能是由于該季度降水的減少導(dǎo)致的。根據(jù)張思沖等的研究，[TN]/[TP]≤13為氮限制水體，[TN]/[TP]≥13為磷限制水體，且其所研究的二龍山水庫屬于磷限制水體[11]。由此可得，桃溪水庫屬于磷限制水體，TP可能是浮游植物生長的限制因子。此外，方春霞等利用該比值對滁州市沙河集水庫進(jìn)行研究，也發(fā)現(xiàn)了相同的結(jié)論[7]。

3 結(jié)論

本研究利用桃溪水庫2013-2018年的監(jiān)測數(shù)據(jù)對其水質(zhì)指標(biāo)的變化及水體的營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行了分析與評價。研究結(jié)果表明，桃溪水庫水質(zhì)良好，桃溪水庫水體CODMn和BOD5的濃度變化范圍是0.76～3.50 mg/L和0.47～2.70 mg/L，滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的II類標(biāo)準(zhǔn)；TN和TP的濃度變化范圍是0.14～0.95 mg/L和0.011～0.050 mg/L，滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的III類標(biāo)準(zhǔn)；桃溪水庫的CODMn、BOD5、TN、TP和chla等水質(zhì)指標(biāo)濃度呈現(xiàn)年度周期性變化，且水質(zhì)有變差的趨勢，而桃溪水庫綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在24.1～44.0波動，無富營養(yǎng)狀況的出現(xiàn)，處于中營養(yǎng)水平；桃溪水庫[TN]/[TP]年平均值在17.3～22.8范圍內(nèi)波動，且絕大多數(shù)月份的值大于13，因此桃溪水庫屬于磷限制水體。