亳州城南調(diào)蓄水庫水質(zhì)現(xiàn)狀及富營養(yǎng)化分析

＊張瑞麗 宋濤

（安徽省亳州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 安徽 236800）

修建水庫、跨流域調(diào)水是解決水資源短缺、有效利用水資源的必然產(chǎn)物[1]。水庫調(diào)水在我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人民生活中發(fā)揮重要作用[2]。為緩解亳州主城區(qū)地下水下降趨勢以及因受地質(zhì)原因影響導(dǎo)致地下水氟化物超標(biāo)問題，我市借助引江濟(jì)淮入亳有利時(shí)機(jī)，建成了亳州市調(diào)蓄水庫，并及時(shí)開展了城區(qū)飲用水水源置換工作。城南調(diào)蓄水庫是亳州市主城區(qū)唯一的地表飲用水源地，也是目前主城區(qū)供水的主要來源。因此確保水庫水質(zhì)達(dá)標(biāo)，預(yù)防水庫水體發(fā)生富營養(yǎng)化是水庫供水管理的核心問題[1]。筆者對2021年、2022年城南調(diào)蓄水庫水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)分析，旨在對水庫供水管理及富營養(yǎng)化控制提供理論依據(jù)。

1.城南調(diào)蓄水庫概況

城南調(diào)蓄水庫是引江濟(jì)淮亳州城市供水項(xiàng)目的其中一部分，此外還有龍德加壓泵站和西淝河向亳州城區(qū)供水管道兩個(gè)部分。引江濟(jì)淮亳州城市供水項(xiàng)目的路徑為：將長江水引入淮河，進(jìn)入西淝河，經(jīng)過龍德加壓泵站，通過31km的PCCP供水管道完成向城南調(diào)蓄水庫供水。城南調(diào)蓄水庫占地面積200多公頃，位于林擁城景區(qū)南側(cè)，總庫容493萬立方米，調(diào)蓄庫容460萬立方米。2020年西淝河水經(jīng)泵站進(jìn)水庫，應(yīng)急供水工程在全省率先通水。截至2022年底，水庫日供水量達(dá)到13.3萬噸左右，約占城區(qū)總供水量的72%。

2.城南調(diào)蓄水庫水質(zhì)現(xiàn)狀

(1)水庫水質(zhì)評價(jià)

①評價(jià)方法和數(shù)據(jù)來源

地表飲用水源地水質(zhì)評價(jià)采用單因子評價(jià)法，按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）20項(xiàng)基本項(xiàng)目指標(biāo)（水溫、化學(xué)需氧量、總氮和糞大腸菌群不參與評價(jià)），5項(xiàng)補(bǔ)充項(xiàng)目指標(biāo)和33項(xiàng)特定項(xiàng)目指標(biāo)，共計(jì)58項(xiàng)進(jìn)行評價(jià)。自2021年4月開始，亳州市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心每月初對城南調(diào)蓄水庫進(jìn)行例行監(jiān)測，本次評價(jià)數(shù)據(jù)來源為亳州市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心2021年4月—2023年2月監(jiān)測結(jié)果。

②水質(zhì)評價(jià)結(jié)果

2021—2022年城南調(diào)蓄水庫主要監(jiān)測數(shù)據(jù)及水質(zhì)評價(jià)結(jié)果見表1。從表1可看出，2021年高錳酸鹽指數(shù)、氨氮和總磷指標(biāo)類別為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）II類，2022年高錳酸鹽指數(shù)和氨氮指標(biāo)類別為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）II類，總磷為Ⅲ類，其余基本項(xiàng)目指標(biāo)兩年均達(dá)到Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，5項(xiàng)補(bǔ)充項(xiàng)目指標(biāo)和33項(xiàng)特定項(xiàng)目指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果均低于標(biāo)準(zhǔn)限值，水質(zhì)安全，符合集中式生活飲用水地表水源地要求。所以2021年水庫水質(zhì)類別為Ⅱ類，水質(zhì)總體優(yōu)；2022年水庫水質(zhì)類別為Ⅲ類，水質(zhì)總體良好。根據(jù)評價(jià)結(jié)果，可見影響城南調(diào)蓄水庫的水質(zhì)評價(jià)結(jié)果主要是總磷。

表1 城南調(diào)蓄水庫監(jiān)測數(shù)據(jù)及水質(zhì)評價(jià)結(jié)果

(2)水庫富營養(yǎng)化評價(jià)

①評價(jià)方法。生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《地表水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)辦法》（試行）環(huán)辦〔2011〕22號附件中規(guī)定了湖泊、水庫營養(yǎng)狀態(tài)評價(jià)方法為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價(jià)法，評價(jià)項(xiàng)目包括葉綠素a、透明度、高錳酸鹽指數(shù)總磷和總氮5項(xiàng)指標(biāo)。綜合各項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI(Σ)。水體營養(yǎng)狀態(tài)見表2。

表2 水體營養(yǎng)狀態(tài)分級

②評價(jià)結(jié)果。2021—2022年城南調(diào)蓄水庫葉綠素a、透明度、高錳酸鹽指數(shù)總磷和總氮的監(jiān)測結(jié)果及營養(yǎng)狀態(tài)評價(jià)結(jié)果，如表3所示。2021年春季、夏季水庫綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)較低，其中春季是有監(jiān)測數(shù)據(jù)以來最低，為44.1，水庫營養(yǎng)狀態(tài)為中營養(yǎng)；到了2021年秋季，水庫綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)由夏季的44.9迅速增加至51.2，評價(jià)時(shí)段內(nèi)達(dá)到最高，水庫營養(yǎng)狀態(tài)達(dá)到輕度富營養(yǎng)；2021年冬季至2022年冬季，水庫綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)逐漸下降，在2022年夏季降至最低為45.4，之后穩(wěn)定在46左右，水庫營養(yǎng)狀態(tài)一直為中營養(yǎng)。

表3 2022年城南調(diào)蓄水庫營養(yǎng)狀態(tài)評價(jià)

3.討論與分析

（1）水庫水質(zhì)及富營養(yǎng)化分析。城南調(diào)蓄水庫總氮濃度除了2021年春季、夏季為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類外，其他時(shí)段水質(zhì)類別在Ⅳ～劣Ⅴ類，超標(biāo)倍數(shù)在0.10～1.49。水庫自例行監(jiān)測以來，營養(yǎng)狀態(tài)除2021年秋季為輕度富營養(yǎng)，一直處在中營養(yǎng)狀態(tài)；而在2021年秋季，水庫總氮、葉綠素a濃度均達(dá)到監(jiān)測以來最高值。將水庫的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)分別與總氮、葉綠素a進(jìn)行線性相關(guān)性分析，與總氮、葉綠素a的相關(guān)系數(shù)分別0.967和0.911，都具有很高的正相關(guān)性（圖1、圖2）。總磷濃度范圍0.02～0.03mg/L，高錳酸鹽指數(shù)濃度范圍2.5～5.0mg/L，水質(zhì)類別均在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ～Ⅲ類，說明水庫總磷含量和高錳酸鹽指數(shù)評價(jià)較好。綜上，影響城南調(diào)蓄水庫富營養(yǎng)化狀態(tài)的主要超標(biāo)污染物為總氮，導(dǎo)致2021年秋季輕度富營養(yǎng)化的指標(biāo)主要是總氮和葉綠素。

圖1 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)與總氮的線性相關(guān)性

圖2 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)與葉綠素a的線性相關(guān)性

（2）葉綠素a與總氮、總磷和高錳酸鹽指數(shù)的關(guān)系。從表3水庫各項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，葉綠素a含量與總氮濃度的變化趨勢基本一致，將水庫的葉綠素a含量和總氮濃度進(jìn)行線性相關(guān)性分析，其相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.866，具有很高的正相關(guān)性（圖2）。而葉綠素a與總磷、高錳酸鹽指數(shù)相關(guān)系數(shù)分別為0.091和0.406，有一定正相關(guān)性，但線性相關(guān)性不強(qiáng)。所以，葉綠素a含量在一定范圍內(nèi)隨著總氮濃度升高而升高，同樣在2021年秋季葉綠素含量達(dá)到監(jiān)測以來最高值。

氮、磷是藻類生長必要的營養(yǎng)元素，有研究認(rèn)為TN/TP在10～15時(shí)最有利于藻類植物的生長[3]，通常認(rèn)為，TN/TP＞14，磷是藻類生長的限制性因素[4]，TN/TP＜10，氮是藻類生長的限制性因素[5]。從表3可看出城南調(diào)蓄水庫TN/TP變化范圍為28～121，遠(yuǎn)高于14，屬于磷限制型水庫。由于水庫營養(yǎng)鹽比例不均衡，總磷濃度較低而限制了藻類的過度生長，因此葉綠素a含量并沒有持續(xù)升高。

（3）營養(yǎng)鹽的來源分析。水庫營養(yǎng)鹽來源分為外源和內(nèi)源兩種途徑[1,3,6]。外源主要有工業(yè)污水、流域地表徑流、降水降塵和引入源水；內(nèi)源主要來自庫內(nèi)底泥沉積物中營養(yǎng)鹽回歸及生物體的死亡分解[3,6]。

①外源輸入營養(yǎng)鹽分析。城南調(diào)蓄水庫是平原圍堤型水庫，不會(huì)受到工業(yè)污水及流域地表徑流污染。降水降塵中所含的N、P與人口密度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r有關(guān)，城南調(diào)蓄水庫地處城南郊區(qū)，根據(jù)酸雨監(jiān)測結(jié)果，本地區(qū)降水降塵中所含營養(yǎng)鹽較少。因此，城南調(diào)蓄水庫的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)外源輸入主要來自引入源水。城南調(diào)蓄水庫的引水水源主要是西淝河，根據(jù)可獲取的2022年西淝河茨淮新河段總氮監(jiān)測數(shù)據(jù)，西淝河斷面的總氮與城南調(diào)蓄水庫總氮變化，如圖3所示，兩者變化趨勢比較一致，西淝河茨淮新河段在1月、2月總氮分別高達(dá)5.26mg/L、6.30mg/L?？梢娝畮斓臓I養(yǎng)鹽濃度變化受引水影響。西淝河沿程周圍有大量農(nóng)田，農(nóng)村面源污染是氮磷營養(yǎng)鹽的主要來源，目前我國水污防控制措施仍是以針對點(diǎn)源污染為主，面源污染分布廣，防控難度大[7]。分[8]。但底泥沉積物同樣也是水體營養(yǎng)鹽的主要儲(chǔ)存庫，在一定環(huán)境條件下，底泥中營養(yǎng)鹽通過擴(kuò)散、對流、沉積物再懸浮等過程向上覆水體釋放[9]。由于城南調(diào)蓄水庫水體交換率較高，常年呈流動(dòng)狀態(tài)，且水庫新建成通水供水，營養(yǎng)鹽積累量相對減少，內(nèi)源污染不是主要因素。但隨著水庫運(yùn)行年限的增加，底泥沉積物營養(yǎng)鹽積累量逐年增加，水庫雖然處在中營養(yǎng)狀態(tài)，但已十分接近富營養(yǎng)化，因此關(guān)于底泥沉積物理化狀況及沉積物中營養(yǎng)鹽活動(dòng)應(yīng)引起重視，下一步可開展水庫底部沉積物對營養(yǎng)鹽吸附及釋放活動(dòng)等相關(guān)研究。

圖3 西淝河茨淮新河段和調(diào)蓄水庫總氮濃度變化

綜上分析，目前城南調(diào)蓄水庫的營養(yǎng)鹽來源主要是引入水源。

4.結(jié)論

（1）2021—2022年，城南調(diào)蓄水庫水質(zhì)較好，水質(zhì)類別為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）Ⅱ～Ⅲ類；除2021年秋季為輕度富營養(yǎng)，水庫一直處在中營養(yǎng)狀態(tài)。（2）影響城南調(diào)蓄水庫富營養(yǎng)化狀態(tài)的主要超標(biāo)污染物為總氮，導(dǎo)致2021年秋季輕度富營養(yǎng)化的指標(biāo)主要是總氮和葉綠素。水庫的葉綠素a含量和總氮有很高的正相關(guān)性，隨著總氮濃度升高而升高，但由于TN/TP遠(yuǎn)大于14，屬于磷限制型水庫，葉綠素a含量并沒有持續(xù)升高。（3）含氮磷等營養(yǎng)鹽來源主要是引入水源，因此，加強(qiáng)對引入水源水質(zhì)的監(jiān)管，控制氮、磷等營養(yǎng)鹽的入庫量是防控水庫富營養(yǎng)化的關(guān)鍵。另外隨著水庫運(yùn)行年限的增加，底泥沉積物中營養(yǎng)鹽活動(dòng)也應(yīng)引起重視。