泉州山美水库水质分布特征与富营养化趋势

摘要：根据近年水质监测结果，着重研究山美水库库区及进水水质分布特征，评价和预测库区富营养化程度及变化趋势。结果表明：从入库、库区至出库的表层水体，除pH之外，DO、CODMn和BOD5浓度呈递减趋势，入库前后浓度降低尤其显著；而TN、NO32--N 和TP浓度除入库前后有所降低之外，其他呈递增趋势。现状水体富营养化水平为中营养；预测2010至2015年，水体富营养水平由中营养向中富营养状况过渡。

关键词：山美水库 水质 富营养化

山美水库是泉州市一座以供水为主，兼灌溉、防洪、发电等综合功能的大型水利枢纽工程。山美水库是维系下游南安、晋江、石狮、惠安、泉港、鲤城、丰泽、和洛江等八个市、县、区450万人口生存的主要供水源地。为了深入了解区域人为活动对库区水环境质量的影响，本文根据近年山美水库水环境监测结果，着重研究库区及进出水体的水质分布特征和影响因素；探讨水体富营养化程度及变化趋势。研究结果为进一步防止山美水库环境污染提供科学依据，对水库水资源管理与保护工作具有一定的指导意义。

1 水库概况与调查方法

1.1 水库概况

山美水库位于泉州市晋江东溪中游的南安码头镇山美村，地理位置见图1。流域面积1023km2，正常蓄水位99m，相应库容4.72×108m3。水库来水主要是东溪上游永春县的桃溪、湖洋溪两大支流和德化县大樟溪龙门滩水库跨流域调水。东溪年平均入库径流量为9.69×108m3，龙门滩水库年均引水量4.0×108m3，山美水库年平均出库水量为8.97×108m3。

山美水库主要污染源来自桃溪中游约9km永春县城的工业和生活废水以及库区网箱养殖的污染物。据调查，2000年永春县城排放废水量960×4 t、CODcr 2628t、NH4+-N 366t；库区水域有500个网箱养鱼，估计每年过剩饵料约2700t（不含鱼类排泄物）。

1.2 采样站位及监测方法[1]

根据水库地理环境特征，分别在入库河段、库区、出库河段布设6个采样站位，其中库区站位取0.5、10、20m层水样，站位分布见图1。

水质监测项目包括pH、溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、硝酸盐氮、总氮和总磷。测定方法列于表1。

采样时间为2002年1月、6月、8月和12月。

2 结果与讨论

2.1水质指标浓度分布特征

1)表层水质指标浓度变化

表层水水质监测均值统计结果见表2和图2。

作者简介：陈婉卿（1949-）女，工程师

图1 山美水库地理位置及采样站位图

Fig.1 The Map and Sampling Station of Shanmei Reservoir

表1 水质监测项目及分析方法

Tab.1 The Water Quality Measuring Items and The Analysis Methods

监测项目 分析方法 测定下限 方法来源

pH 玻璃电极法 GB6920-86

溶解氧（DO） 碘量法0.2mg/L GB7489-89

高锰酸盐指数（CODMn） 高锰酸盐法0.5 mg/L GB11892-89

生化需氧量（BOD5） 稀释与接种法 2 mg/L GB7488-87

氨氮（NH4+-N） 纳氏试剂比色法 0.05 mg/L GB7479-87

硝酸盐氮（NO32--N） 酚二磺酸分光光度法 0.02 mg/L GB7480-87

总氮（TN） 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法 0.05 mg/L GB11894-89

总磷（TP） 钼酸铵分光光度法 0.01 mg/L GB11893-89

由图2可见，首先，从入库河流A、B站位至库区C站位表层水质中的DO、CODMn、BOD5和TP浓度均有显著下降，而NO32--N、TN仅略有降低。其次，在库区从C、D到E，直至出库河段F站位，表层水的DO、CODMn和BOD5浓度均继续逐渐降低，其中DO降低较为明显，但出库河段又略有回升；相反地，TN、NO32--N和TP逐渐增加，其中TN增加较明显。前者说明入库河水中较高浓度的CODMn、BOD5和TP因库区水体的稀释作用而降低，并且库区水体DO浓度由于污染物的生化降解耗氧作用而明显低于河水。后者表明库区的污染物依赖生化降解而逐渐降低，同时养殖过剩饵料及鱼类代谢物的输入，使水体的TN、NO32--N和TP逐渐增加。

根据GB3838-2002《地表水环境质量标准》，由表2可知，山美水库入库水中DO、CODMn、 BOD5、TN和TP的超标率分别为33%、33%、33%、和100%，而库区水中DO、TN和TP的超标率分别为33%、100%和33%。因此，入库桃溪水和库区水均达不到水质功能区应执行的GB3838-2002《地表水环境质量标准》的Ⅱ类标准要求[3]。

表2 山美水库内外水质监测均值统计结果

Tab.2 The Measured and Statistic Results of water quality index in Shanmei Reservoir’s Inside and Outside

项目 站 pH DO CODMn BOD5 NH4+-N NO32--N TN TP 位 无量纲 mg/L 入库桃溪站 A 7.3 7.2 5.4 4.0 0.46 0.72 2.27 0.10 入库湖洋溪站 B 7.3 8.6 2.2 1.4 0.12 0.52 1.14 0.04 出库东溪站 F 7.2 5.5 1.4 0.4 0.05 0.69 2.02 0.03 库区西北站 C0 7.4 6.7 1.5 0.8 ＜0.05 0.51 1.54 0.02 库区东北站 D0 7.6 6.7 1.4 1.2 ＜0.05 0.61 1.45 0.02 库区南站 E0 7.4 5.8 1.4 0.5 ＜0.05 0.66 2.08 0.03 库区外评价标准 - 6~9 ≥6 ≤4 ≤3 ≤0.5 - ≤0.5 ≤0.025 库区评价标准 - 6~9 ≥6 ≤4 ≤3 ≤0.5 10 ≤0.5 ≤0.025 库区外超标率 - 0 33 33 33 0 - 100 100 库区超标率 - 0 33 0 0 0 0 100 33

项目

站

pH

DO

CODMn

BOD5

NH4+-N

NO32--N

TN

TP

位

无量纲

mg/L

入库桃溪站

A

7.3

7.2

5.4

4.0

0.46

0.72

2.27

0.10

入库湖洋溪站

B

7.3

8.6

2.2

1.4

0.12

0.52

1.14

0.04

出库东溪站

F

7.2

5.5

1.4

0.4

0.05

0.69

2.02

0.03

库区西北站

C0

7.4

6.7

1.5

0.8

＜0.05

0.51

1.54

0.02

库区东北站

D0

7.6

6.7

1.4

1.2

＜0.05

0.61

1.45

0.02

库区南站

E0

7.4

5.8

1.4

0.5

＜0.05

0.66

2.08

0.03

库区外评价标准

-

6~9

≥6

≤4

≤3

≤0.5

-

≤0.5

≤0.025

库区评价标准

-

6~9

≥6

≤4

≤3

≤0.5

10

≤0.5

≤0.025

库区外超标率

-

0

33

33

33

0

-

100

100

库区超标率

-

0

33

0

0

0

0

100

33

注：a）库区外和库区评价标准均为GB3838-2002《地表水环境质量标准》的Ⅱ类 b）C0、 D0和E0指库区站位表层水

图2 水库内外表层水水质指标浓度的平面分布

Fig.2 The plane Distribution of water quality index in Shanmei Reservoir’s Inside and Outside surface water

2)水库水质指标浓度的垂直分布状况

水质垂直分布如图3所示，由图可见，库区各站位水，除COD外，DO和BOD5浓度呈现随深度的增加而明显地递减的趋势；NO32--N、TN和TP除C站位表层至10m层的TN、TP之外，其浓度随深度的增加则呈递增趋势。在库区滞留水体中，微生物的生物化学作用是污染物降解的主要过程，因此，溶解氧浓度随深度的递减规律与BOD及富含N、P的过剩饵料的降解耗氧，以及浮游植物的光合作用降低有着密切的关系。

图3 山美水库水质指标浓度垂直分布图

Fig.3 Profiles of water quality index in Shanmei Reservoir

2.2水库的富营养化趋势

1)水库水质营养程度评价

水体营养化评价项目选取CODMn、TP、TN、Chl-a和SD（透明度）。评价方法采用百分评分法，根据公式（1）计算评分值，对照表3的评分标准，确定山美水库的营养情况。

（1）

其中：M为湖泊水库营养状况的评价值，Mi为i项目的评分值，n为评价项目的个数。山美水库营养化程度水质监测评价结果见表4。由表可以看出，枯水期TN和Chl-a二项指标为中—富营养，其余指标为中营养程度，总的营养程度为中营养；丰水期TN、TP和Chl-a三项指标为—富营养，其余指标为中营养程度，总的营养程度也为中营养，从两个水期比较说明，丰水期的评分值与枯水期相当。

表3我国湖泊水库富营养化评分与分类标准

Tab.3 The Eutrophication Grade and Sort Standard for Chinese Lakes and Reservoirs

营养 程度

评分值

Ch1-a mg/m3

TP mg/m3

TN mg/m3

CODMn mg/L

SD m

贫营养

10

0.5

1.0

20

0.15

10.0

20

1.0

4.0

50

0.4

5.0

中营养

30

2.0

10

100

1.0

3.0

40

4.0

25

300

2.0

1.5

50

10.0

50

500

4.0

1.0

富营养

60

26.0

100

1000

8.0

0.5

70

64.0

200

2000

10.0

0.4

80

160.0

600

6000

25.0

0.3

90

400.0

900

9000

40.0

0.2

100

1000.0

1300

16000

60.0

0.12

表4 山美水库营养化指标监测评价结果

Tab.4 The measured and assessed results of nutritionalization index in Shanmei Reservoir’s Water Body

水期

项目

Ch1-a mg/m3

TP mg/m3

TN mg/m3

CODMn mg/L

SD m

评分均值

营养程度

枯水期

测定值

13.1

22

1899

1.6

1.6

-

中营养

评分值

52

38

69

36

31

45

丰水期

测定值

13.2

28

1590

1.7

-

-

中营养

评分值

52

48

66

37

-

46

2)水库水质富营养化程度预测

总磷是反映营养化程度的重要指标之一，下面以库区各监测站位枯水期TP的均值作为代表值。根据山美水库上游区域社会经济发展规划，拟定三种不同状况，即A、总磷负荷维持在2002年水平；B、总磷负荷比2002年平均值增加10%；C、总磷负荷在2002年水平的基础上每年递增2%。应用迪隆模型[2]，分别预测在正常蓄水水位下2010年和2015年总磷的浓度，预测结果见表5。

(2)

式中，C为预测磷的浓度（mg/L）；L为磷的负荷量（g/m2.a）； Z为水库水深（m）；Q/V为水力冲刷系数（1/a）；Rp为滞留作用系数。从表5可见，当库区总磷负荷比2002年平均值增加10%，水库仍保持在中营养状况；当总磷负荷在2002年基础上每年递增2%，2010年呈中营养状况；2015年由中营养状况向中富营养状况过渡。

根据以上的预测结果和2.1节库区水质分布特征，可以看出水体的富营养化是山美水库潜在的主要环境问题，必须引起当地政府有关部门的重视。

表5 不同负荷条件下库区TP浓度及各水平年的营养状况

Tab.5 Concentrations of TP and each standard year’s nutrition status in the reservoir’s water under different load conditions

负荷条件

2010年

2015年

磷负荷 g/m3.a

预测浓度mg/L

营养 状况

磷负荷 g/m3.a

预测浓度mg/L

营养 状况

A

0.6020

0.025

中营养

0.6020

0.025

中营养

B

0.6622

0.0275

中营养

0.6622

0.0275

中营养

C

0.7053

0.0293

中营养

0.7788

0.03235

中富营养

3 结论

1)泉州山美水库从入库、库区至出库，表层水体的DO、CODMn和BOD5浓度呈递减趋势，入库前后浓度降低尤其显著；而TN、NO32--N 和TP浓度除入库前后有所降低外，其他均呈递增趋势，其中TN增加明显。

2)在库区各站垂直水体中，DO和BOD5浓度呈现随深度的增加而明显递减；相反地，NO32--N 、TN和TP除C站之外，其浓度随深度增加而递增。

3)入库前后表层水体水质指标浓度的变化与库区水体对河水的稀释作用有关，而库区水体水质指标浓度的平面与垂直变化趋势主要取决于微生物的生化降解过程。

4)预测结果表明，富营养化是山美水库潜在的主要环境问题。主要的保护对策是综合防治永春县城污水对入库河流的污染和严禁水库网箱养殖。

参考文献:

[1]方子云. 水资源保护工作手册[M]. 南京：河海大学出版社，1988.

[1]叶守泽，夏军，郭生练，陈小红. 水库水环境模拟预测与评价. 北京：中国水利水电出版社，1998.

[3]李青山，冯明祥，王福庆. 水功能区划分实用手册. 长春：东北师范大学出版社，1999.

Distribution Characters of Water Quality Index and Trend of Eutrophication

in Quanzhou Shanmei Reservoir’s Water

Abstract: According to the results of water quality measured in these years， the distributing characters of water quality in Shanmei Reservoir and its input stream were studied， and the degree and change trend of eutrophication in Shanmei Reservoir’s water also were assessed and forecasted. The results showed that the concentrations of DO， CODMn and BOD5 but pH in surface water from input stream to the reservoir to output stream decreased， especially between input stream and the reservoir. The concentrations of TN， NO32--N and TP decreased， but increased before and after the water flows into the reservoir. The results also showed that the degree of eutrophication in current water body is middling nutrition， and will be changed from middling nutrition to rich nutrition from 2010 to 2015.

Key words: Shanmei Reservoir; Water Quality; Eutrophication