陳文波
(廣東省水文局茂名水文分局,廣東 茂名,525000)
水庫(kù)是人工湖泊,是人類(lèi)通過(guò)在山溝或者河流的狹口處建造河壩來(lái)實(shí)現(xiàn)攔洪蓄水和調(diào)節(jié)水流的水利工程建筑物。水庫(kù)具有防洪、蓄水灌溉、供水、發(fā)電等功能。根據(jù)庫(kù)容大小,可將水庫(kù)劃分為大型(庫(kù)容≥1.0億m3),中型(0.1 億 m3≤庫(kù)容<1.0 億 m3)和小型(0.001 億m3≤庫(kù)容<0.1億m3)。在廣東省水庫(kù)中,富營(yíng)養(yǎng)化及藍(lán)藻水華問(wèn)題影響水庫(kù)供水安全,已成為水庫(kù)日常管理中存在的主要問(wèn)題[1]。浮游植物的生長(zhǎng)受水文、水溫、光照和水體中營(yíng)養(yǎng)鹽的影響,水體富營(yíng)養(yǎng)化與浮游植物的組成及分布密切相關(guān)[2-4]。茂名市處于廣東粵西地區(qū),屬于熱帶亞熱帶季風(fēng)氣候,各類(lèi)水庫(kù)數(shù)量眾多,區(qū)域降雨量季節(jié)性變化明顯[5]。對(duì)茂名地區(qū)的水文環(huán)境、營(yíng)養(yǎng)鹽狀態(tài)、浮游植物組成及富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)進(jìn)行調(diào)查及分析,對(duì)各類(lèi)水庫(kù)的水環(huán)境狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)和分類(lèi),可為茂名市各類(lèi)水庫(kù)水資源管理提供數(shù)據(jù)參考。
選取7座廣東茂名地區(qū)的各類(lèi)大小水庫(kù)進(jìn)行調(diào)查,各水庫(kù)的分布見(jiàn)圖1。其中大型水庫(kù)3座,中型水庫(kù)3座,小型水庫(kù)1座。在每個(gè)水庫(kù)的湖泊區(qū)設(shè)置一個(gè)采樣點(diǎn),于2019年~2020年間的2月、5月、8月和11月進(jìn)行季度采樣,共調(diào)查8次。水庫(kù)基本情況見(jiàn)表1。
圖1 茂名市調(diào)查水庫(kù)分布示意圖
表1 茂名被調(diào)查水庫(kù)基本情況
水質(zhì)指標(biāo):pH值、水溫、透明度、氨氮、總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a及浮游植物采樣、保存及分析方法按《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》(SL 219-2013)、《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)、《內(nèi)陸水域浮游植物監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》(SL 733-2016)及《水庫(kù)藻類(lèi)監(jiān)測(cè)原理與方法分析》[6]執(zhí)行。
富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法根據(jù)《地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》(SL395-2007)中第5部分湖庫(kù)營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià),選用總磷、總氮、高錳酸鉀指數(shù)、葉綠素a及透明度5項(xiàng)指標(biāo),對(duì)相應(yīng)的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行賦分值,計(jì)算公式為:
式中:EI為營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);En為評(píng)價(jià)項(xiàng)目賦分值;N為評(píng)價(jià)項(xiàng)目個(gè)數(shù)。
浮游植物優(yōu)勢(shì)種是根據(jù)每個(gè)種的優(yōu)勢(shì)度(Y)來(lái)計(jì)算,計(jì)算公式為:
式中:ni為某個(gè)種的豐度或生物量;N為所有種的豐度或生物量之和;fi為某個(gè)物種在本次區(qū)域調(diào)查所有位點(diǎn)中的出現(xiàn)頻次。浮游植物生物量計(jì)算方法參照《淡水浮游生物研究方法》[7]。數(shù)據(jù)分析采用SPSS 19.0軟件。
調(diào)查期間,各水庫(kù)不同時(shí)期之間的降雨量變化較大,變化范圍為:0mm~537.30mm,如圖2所示,季節(jié)性變化明顯,每年的5~8月份為降雨高峰期,該段時(shí)期降雨量占全年總降雨量的88.72%。各水庫(kù)間總降雨量分布也不均,其中熱水水庫(kù)月平均降雨量為132.31mm,為7座水庫(kù)中月平均降雨量最小的水庫(kù)。月平均降雨量最高的水庫(kù)為黃沙水庫(kù),月平均降雨量為236.16mm。
圖2 調(diào)查期間各水庫(kù)降雨量變化
2.2.1 水溫、透明度與pH值
調(diào)查地區(qū)屬于熱帶亞熱帶氣候,調(diào)查期間7座水庫(kù)水體溫度常年較高,水溫變化范圍為:22℃~32℃。各種類(lèi)型水庫(kù)同期水溫差異不大(p>0.05),季節(jié)性變化明顯,2019年至2020年調(diào)查期間最低水溫均出現(xiàn)在2月份,分別為20.06℃和22.36℃。最高水溫出現(xiàn)在每年的8月份,分別為30.07℃和29.84℃,各類(lèi)水庫(kù)水溫季節(jié)性變化均相似。各水庫(kù)的透明度變化范圍為:0.60m~2.90m,其中各類(lèi)水庫(kù)的透明度差異較大,3座大型水庫(kù)的透明度均值最高(2.16m),其中良德、石骨和羅坑水庫(kù)透明度均值分別為2.20m、2.35m和1.93m;中型水庫(kù)透明度均值最低(1.52m);小型水庫(kù)(名湖水庫(kù))透明度均值為1.55m。但是各類(lèi)水庫(kù)透明度季節(jié)性變化不明顯,最大值出現(xiàn)在2020年11月的良德水庫(kù)(2.90m),最小值出現(xiàn)在2019年2月的河角水庫(kù)(0.60m)。各水庫(kù)的pH均值為7.71,其中最小值出現(xiàn)在2019年5月的河角水庫(kù)(4.86),最大值出現(xiàn)在2020年5月的石骨水庫(kù)(8.84)。除中型水庫(kù)河角水庫(kù)外,其他各類(lèi)水庫(kù)pH相對(duì)較穩(wěn)定,季節(jié)性變化不明顯(詳見(jiàn)表2)。
表2 調(diào)查期間各水庫(kù)水溫、pH值和透明度的變化
2.2.2 營(yíng)養(yǎng)鹽
調(diào)查期間,水庫(kù)氨氮的變化范圍為:0.02mg/L~1.43mg/L,平均值為0.13mg/L。其中,中型水庫(kù)氨氮均值最高(0.22mg/L),小型水庫(kù)氨氮均值次之(0.10mg/L),大型水庫(kù)的氨氮均值最低(0.07mg/L)??偟淖兓秶鸀椋?.31mg/L~2.99mg/L,平均值為 0.73mg/L。其中,總氮均值最高的是河角水庫(kù)(1.36mg/L),最低的是良德水庫(kù)(0.49mg/L),調(diào)查期間各水庫(kù)總氮的變化與氨氮變化相似,中型水庫(kù)總氮均值最高,小型水庫(kù)次之,大型水庫(kù)最低,總氮均值依次為:0.92mg/L,0.68mg/L和0.55mg/L??偭鬃兓秶鸀椋?.01mg/L~0.19mg/L,平均值為0.03mg/L,其中,中型水庫(kù)總磷均值最高(0.05mg/L),大型水庫(kù)和小型水庫(kù)總磷濃度均值均為0.01mg/L。高錳酸鹽指數(shù)變化范圍為:1.00mg/L~4.20mg/L,平均值為2.10mg/L。中型水庫(kù)高錳酸鹽指數(shù)均值最高(2.75mg/L),大型水庫(kù)次之(1.68mg/L),小型水庫(kù)最低(1.41mg/L)。各類(lèi)水庫(kù)的營(yíng)養(yǎng)鹽組成差異較大,中型水庫(kù)各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)鹽數(shù)據(jù)均高于其他各類(lèi)型水庫(kù),大型水庫(kù)良德、石骨、羅坑和小型水庫(kù)名湖水庫(kù)的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度相對(duì)較低(詳見(jiàn)表3)。
表3 調(diào)查期間各水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)鹽的變化 mg/L
2.2.3 葉綠素a
調(diào)查期間,葉綠素a的變化較大,變化范圍為1.87μg/L~55.61μg/L,平均值為 14.03μg/L。葉綠素 a濃度均值最高的為河角水庫(kù),最低為名湖水庫(kù),其濃度均值分別為24.30μg/L和4.81μg/L。葉綠素a季節(jié)性變化較明顯,其中夏季濃度均值最高,為18.11μg/L,秋季濃度均值最低,為10.97μg/L(詳見(jiàn)圖 3)。
圖3 調(diào)查期間葉綠素a濃度變化
2.2.4 富營(yíng)養(yǎng)狀況
根據(jù)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)EI,對(duì)本次調(diào)查期間7座水庫(kù)不同時(shí)期的富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行劃分,如表4所示。本次調(diào)查的水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)基本處于中營(yíng)養(yǎng)或中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),其中大型水庫(kù)良德、石骨和羅坑水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)程度較低,均處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),而中型水庫(kù)河角、熱水及黃沙水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化程度較高,處于輕度或中度富營(yíng)養(yǎng)水平,小型水庫(kù)名湖水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)程度也高,處于中度富營(yíng)養(yǎng)水平。水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)有一定的季節(jié)性變化,在夏季的時(shí)候EI均值較其他季節(jié)略高,秋季時(shí)EI均值略有降低。
表4 調(diào)查期間各水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)EI
本次調(diào)查共采集到浮游植物7門(mén)70屬(種),其中綠藻種類(lèi)最多,共檢測(cè)出32屬,其次分別為硅藻14屬,藍(lán)藻11屬,裸藻5屬,甲藻4屬,金藻3屬及隱藻1屬。常見(jiàn)種有微囊藻(Microcystis sp.)、藍(lán)纖維藻(Dactylococcopsis)、魚(yú)腥藻(Anabaena flos-aquae)、色球藻 (Chroococcus)、擬柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)、 小 球 藻 (Chlorella vulgaris)、 柵 藻(Scenedesmussp.)、 美 麗 膠 網(wǎng) 藻(Dictyosphaerium elegans)、角星鼓藻 (Staurastrum sp.)、顆粒直鏈藻(Aulacoseira granulata)、小環(huán)藻(Cyclotella sp.)、針桿藻(Synedra sp.)、曲克藻(Achnanthes sp.)和微小多甲藻(Peridinium sp.)。
調(diào)查期間浮游植物優(yōu)勢(shì)種變化較大,優(yōu)勢(shì)種及優(yōu)勢(shì)度詳見(jiàn)表5,2019年2月、5月、8月及2020年5月和8月的優(yōu)勢(shì)種均為藍(lán)藻,且優(yōu)勢(shì)度相對(duì)較高,其他2個(gè)月份的優(yōu)勢(shì)種為綠藻。
表5 調(diào)查期間浮游植物優(yōu)勢(shì)種
2019年至2020年間,7座水庫(kù)的浮游植物豐度變化較大,變化范圍為 0.07×106ind./L~8.45×107ind./L,均值為8.18×106ind./L。浮游植物豐度季節(jié)性變化明顯,其中夏季各水庫(kù)的豐度均值最高(2.90×107ind./L),冬季最低(7.90×106ind./L)。黃沙和熱水水庫(kù)2個(gè)水庫(kù)的浮游植物豐度均值最高,河角水庫(kù)和羅坑水庫(kù)次之,良德、石骨和名湖水庫(kù)浮游植物豐度均較低(詳見(jiàn)圖 4)。
圖4 調(diào)查期間各水庫(kù)浮游植物豐度變化
不同水庫(kù)浮游植物組成隨著季節(jié)變化具有差異,其中大型水庫(kù)(良德和石骨水庫(kù))浮游植物組成隨著季節(jié)性變化波動(dòng)較小,水庫(kù)浮游植物組成為相對(duì)穩(wěn)定的綠藻-藍(lán)藻-硅藻型,大型水庫(kù)(羅坑水庫(kù))浮游植物組成隨著季節(jié)性變化波動(dòng)較大,浮游植物組成由早期的綠藻-硅藻型向藍(lán)藻-硅藻型變化。各中型水庫(kù)浮游植物變化差異較大,沒(méi)有明顯的規(guī)律,其中黃沙水庫(kù)藍(lán)藻比重在整個(gè)調(diào)查期間均在緩慢上升,浮游植物組成由早期的綠藻-硅藻型向藍(lán)藻-綠藻型變化;河角水庫(kù)的浮游植物變化過(guò)程與黃沙水庫(kù)相反,其藍(lán)藻比重隨著調(diào)查時(shí)間的進(jìn)行而慢慢降低,由早期的藍(lán)藻型向后期的綠藻-硅藻型變化;熱水水庫(kù)浮游植物組成由早期的硅藻-綠藻-藍(lán)藻型向綠藻-藍(lán)藻型變化,后期呈現(xiàn)較穩(wěn)定的藍(lán)藻-綠藻-硅藻型。小型水庫(kù)(名湖水庫(kù))浮游植物組成變化較大,在調(diào)查初期水庫(kù)類(lèi)型為綠藻-硅藻型,向綠藻-甲藻型變化,調(diào)查末期演替為綠藻-藍(lán)藻-硅藻型。本次調(diào)查的各水庫(kù)的浮游植物組成均隨著季節(jié)性變化呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。調(diào)查期間,羅坑、黃沙、熱水及河角水庫(kù)的藍(lán)藻比重平均值分別為88.89%、77.16%、48.75%和37.03%,藍(lán)藻比重相對(duì)較高,藍(lán)藻水華發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)其他水庫(kù)較大(詳見(jiàn)圖 5)。
圖5 不同水庫(kù)各季節(jié)浮游植物豐度組成百分比
將各水庫(kù)調(diào)查期間的水文、營(yíng)養(yǎng)鹽和浮游植物等10個(gè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析(詳見(jiàn)表6)。各水庫(kù)的EI值、藍(lán)藻比重與營(yíng)養(yǎng)鹽濃度呈顯著性正相關(guān)(p<0.05),EI值與透明度呈現(xiàn)顯著性負(fù)相關(guān)(p<0.05)。水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度決定水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),營(yíng)養(yǎng)鹽濃度越高,水體富營(yíng)養(yǎng)化程度越高,浮游植物豐度也越高。水體透明度越高,水體富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)越低,浮游植物豐度也就越低。對(duì)大型水庫(kù)良德和石骨水庫(kù)各指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析,在這類(lèi)型水庫(kù)中藍(lán)藻比重和透明度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)(p<0.05),而 EI值與降雨量呈現(xiàn)顯著性正相關(guān)(p<0.01),浮游植物豐度與總磷濃度呈現(xiàn)顯著性正相關(guān)(p<0.05)。中型水庫(kù)中黃沙水庫(kù)藍(lán)藻比重與透明度之間無(wú)顯著性相關(guān)(p>0.05)和降雨量之間呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(p<0.05),但其EI值與和降雨量之間無(wú)顯著正相關(guān)(p>0.05)。名湖水庫(kù)浮游植物豐度、藍(lán)藻比重與降雨量和水溫之間無(wú)顯著相關(guān)性(p>0.05)。
表6 Pearson相關(guān)性分析(樣本數(shù)n=56)
本次調(diào)查的7座水庫(kù)均存在不同程度的水質(zhì)污染,調(diào)查期間各水庫(kù)均處于中營(yíng)養(yǎng)或者中富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),超標(biāo)因子主要是TN和TP。而當(dāng)湖泊型水體中總氮高于0.20mg/L,總磷高于0.02mg/L時(shí),水體更容易發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化[8-9],其中各水庫(kù)總氮濃度在調(diào)查各時(shí)期均高于0.20mg/L,中型水庫(kù)河角、黃沙、熱水水庫(kù)常年總磷濃度均高于0.02mg/L,因而這些水庫(kù)更容易富營(yíng)養(yǎng)化。
水溫、透明度、營(yíng)養(yǎng)鹽等決定了水體中浮游植物的生長(zhǎng)與繁殖,透明度反應(yīng)水體的透光能力,其能力大小直接影響浮游植物光合作用,因此透明度越高且營(yíng)養(yǎng)鹽越低的水體,其浮游植物豐度越低,水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化程度越低。其中藍(lán)藻最適溫度范圍為25℃~35℃[10],相對(duì)其他藻類(lèi)而言,藍(lán)藻對(duì)高溫的耐受能力更強(qiáng)。且藍(lán)藻中絲狀藻類(lèi)容易在光照較低或者光照限制的水體中形成優(yōu)勢(shì)[11-12]。調(diào)查期間,茂名地區(qū)水溫除夏季平均水溫均值為29.96℃,其他季節(jié)水溫均值為24.89℃,而河角、黃沙、熱水水庫(kù)透明度均不超過(guò)2m,水體中絲狀藍(lán)藻很容易形成優(yōu)勢(shì)種,藍(lán)藻水華的風(fēng)險(xiǎn)較大。
水體富營(yíng)養(yǎng)化主要原因有自然因素和人為因素,山區(qū)源頭地區(qū)水庫(kù)受人為因素干擾相對(duì)較小,靠近平原城市的水庫(kù)受人為干擾因素較大。對(duì)于大型水庫(kù)良德水庫(kù)和石骨水庫(kù),因處于山區(qū)源頭地區(qū),其人為干擾相對(duì)較小,調(diào)查期間水體均處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),浮游植物群落結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定,主要是綠藻-藍(lán)藻-硅藻型,浮游植物豐度生長(zhǎng)主要受總磷濃度影響較大。降雨量的變化對(duì)該類(lèi)水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)影響較大,當(dāng)庫(kù)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)自然因素如降雨量突然急劇增加或者受人為調(diào)節(jié)導(dǎo)致水位變化較為巨大的時(shí)候,浮游植物群落結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變[13]。
大型水庫(kù)(羅坑水庫(kù))和中型水庫(kù)(河角、熱水和黃沙水庫(kù))位于靠近茂名市電白區(qū)平原城鄉(xiāng),降雨等自然過(guò)程對(duì)其富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)的影響程度弱于受人為因素干擾的影響,如農(nóng)業(yè)污染、工業(yè)污染及城鎮(zhèn)生活污水等對(duì)這類(lèi)水庫(kù)的干擾相對(duì)較強(qiáng)烈,從而導(dǎo)致其水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化程度較高,受不同來(lái)源污染源影響,其中浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化過(guò)程較大型水庫(kù)更明顯,其中羅坑、熱水和黃沙水庫(kù)藍(lán)藻比重呈逐年緩慢上升趨勢(shì),浮游植物群落結(jié)構(gòu)均逐漸向藍(lán)藻-綠藻型變化,調(diào)查期間這些水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差。
小型水庫(kù)名湖水庫(kù)為供水前置水庫(kù),該水庫(kù)作為高州水庫(kù)長(zhǎng)距離供水的調(diào)節(jié)水庫(kù),流域面積較小且流域內(nèi)大部分為高于地面或封閉式水渠,因此雖然名湖水庫(kù)是靠近平原城市,但是人為干擾得到有效控制,因此名湖水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化水平較低,其水體富營(yíng)養(yǎng)化程度與良德和石骨水庫(kù)相似,調(diào)查期間水庫(kù)均處于中營(yíng)養(yǎng)-輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。名湖水庫(kù)建設(shè)面積相對(duì)較小,較小的水庫(kù)進(jìn)水口到出水口間距離較短,受人為調(diào)控的影響,水體進(jìn)水出水頻次較高,因此名湖水庫(kù)進(jìn)水口到出水口之間的水體結(jié)構(gòu)類(lèi)似于流速較慢的河流狀態(tài),浮游植物群落呈現(xiàn)多樣動(dòng)態(tài)變化。
水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化防治是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及水庫(kù)性質(zhì)、水文環(huán)境、污染源來(lái)源和運(yùn)行模式等,以及與之相關(guān)政策法規(guī)的制定和執(zhí)行力度。同一地區(qū)各類(lèi)水庫(kù)的自身特性并不太相似,因此應(yīng)當(dāng)根據(jù)各水庫(kù)自身特性對(duì)水庫(kù)進(jìn)行識(shí)別分類(lèi),根據(jù)各水庫(kù)的特性因地制宜,采取與之對(duì)應(yīng)有效的方法進(jìn)行富營(yíng)養(yǎng)化的防治。
調(diào)查期間,大型水庫(kù)良德、石骨和羅坑水庫(kù)均處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),中、小型水庫(kù)河角、熱水、黃沙及名湖水庫(kù)處于輕度或中度富營(yíng)養(yǎng)水平,且總磷濃度常年均高于0.02mg/L,因而這些水庫(kù)更容易富營(yíng)養(yǎng)化。夏季各類(lèi)水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)程度均有所增加,且各類(lèi)水庫(kù)浮游植物主要組成門(mén)類(lèi)為藍(lán)藻、綠藻和硅藻,優(yōu)勢(shì)種在不同季節(jié)存在差異,其中2019年2月、5月、8月及2020年5月和8月的優(yōu)勢(shì)種均為藍(lán)藻,且優(yōu)勢(shì)度相對(duì)較高。隨著季節(jié)的變化各水庫(kù)浮游植物群落組成呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化,其中大型水庫(kù)的變化程度相對(duì)較小,而中小型水庫(kù),特別是名湖水庫(kù),浮游植物群落組成變化程度較大。需根據(jù)各水庫(kù)的特性因地制宜,采取與之對(duì)應(yīng)有效的方法進(jìn)行富營(yíng)養(yǎng)化的防治。