潘家口水庫水質營養狀態分析

戴會冉,田 偉,段龍飛

(水利部海河水利委員會 引灤工程管理局，河北 遷西 064300)

1 概 述

潘家口水庫是灤河目前最大的水利工程，是引灤工程的“龍頭”，是天津、唐山及灤河下游的重要水源，水庫原設計同時兼顧防洪、灌溉、發電、水產養殖、改善航運、開展旅游等綜合效益。多年來，由于灤河上游工業、農業及城市生活污水的大量排放，潘家口水庫周邊工業點源及農田徑流帶來的污染，潘家口水庫網箱養魚的不斷增加，餌料及魚類排泄物的不斷增加，使得水庫均受到不同程度的污染。因而，其水體的營養狀況受到關注。

環境部2004年頒布的《湖泊(水庫)富營養化評價方法及分級規定》推出的綜合營養狀態指數法(TLI)及日本相崎守弘等的修正營養狀態指數(TSIM)[1]是當前通用的一種適合評價胡湖泊(水庫)水體營養狀態的水質評價方法。運用這兩種方法對潘家口水庫的水質狀況展開評價，有助于了解潘家口水庫的營養狀況、預測其未來演化趨勢。

1.1 潘家口水庫概況

潘家口水庫位于河北省承德市和唐山市的交界處,地跨承德、寬城、興隆、遷西4縣，壩址在遷西縣桃園村北約2 km的灤河干流上，控制流域面積33 700 km2，占灤河流域面積的75%，多年平均徑流24.5×108m3,約占灤河流域徑流量的53%?？値烊?9.3×108m3，其中興利庫容19.5×108m3,正常蓄水位222 m。總裝機42×104kW，發出的電力通過22萬伏高壓輸電線路并入華北電網。潘家口水庫一期工程于1975年10月動工，1979年12月下閘蓄水，1981年4月第一臺機組并網發電，1983年開始供水，1984年主體工程基本完成。二期工程是在主壩下游6 km建攔河閘，形成下池，并安裝兩臺各5 000 kW發電機組。

1.2 采樣點設置

潘家口水庫從上游到下游設置4個采樣點，依次為暴河口斷面、燕子峪斷面、潘家口斷面、潘壩上斷面。

1.3 水樣的采集機數據處理

使用20 L的采水器采集水樣，水樣帶回實驗室后立即進行各種項目的監測。水樣采集在每月上旬進行。

透明度(SD)、葉綠素采用多參數測定儀進行測定，總磷(TP)、總氮(TN)采用國家地表水質量監測標準進行。其中，TN在2006～2012年采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度計(GB11894-1989)、2013年采用流動注射儀(HHLY-LD 008-2011)，TP采用磷鉬酸銨比色法(GB11893-1989)，高錳酸鹽指數(CODM)采用高錳酸鉀酸性法[2]。

1.4 評價方法

目前，國內外有關富營養化的研究方法主要有營養狀態指數法( TLI) 、修正的營養狀態指數法(TSIM)、營養度指數法和評分法，其中營養狀態指數法和修正的營養狀態指數由于可對營養狀態進行連續的數值化分級，從而為大多數研究工作者所采用。依據《湖泊( 水庫) 富營養化評價方法及分級規定》，采用綜合營養指數法和修正的營養狀態指數法(TSIM) 對潘家口水庫的營養現狀進行評價[3-4]。

綜合營養指數法評價因子營養狀態指數計算公式:

TLI(Chl.a)=10×(2.5+1.086LnChl.a)

TLI(TP)=10×(9.436+1.624LnTP)

TLI(TN)=10×(5.453+1.694LnTN)

TLI(SD)=10×(5.118-1.94LnSD)

TLI(CODmn)=10×(0.109+2.661×LnCODmn)

式中：葉綠素a(Chl.a)單位為μg/m3,透明度SD單位為m，其它指標單位為mg/L。

綜合營養狀態指數計算公式:

式中：TLI(∑)為綜合營養狀態指數；m為評價參數的個數；TLI(J)為第j種參數的營養狀態指數；Wj為第j種參數的營養狀態指數的相關權重。

以Chl.a作為基準參數，則第j種參數的歸一化的相關權重Wj計算公式為：

式中：m為評價參數的個數；rij為第j種參數與基準參數Chl.a的相關系數。

根據TLI(∑)數值對湖泊(水庫) 營養狀態進行分級[5]，分級標準見表1。同一營養狀態下，指數值越高，其富營養程度越重。

表1 湖泊(水庫)營養狀態分級標準

相崎守弘等將卡爾森以透明度為基準的TSI指數改為以葉綠素 a 為基準的營養狀態指數，稱之為修正的營養狀態指數(TSLM)。修正的TSLM法采用 0 ～100 一系列連續的數字對湖泊營養狀態分級，指數在 30 以下為貧營養; 30 ～50 為中營養; 50 ～100 為富營養。

修正的營養狀態指數(TSLM)法評價因子營養狀態指數計算公式:

TSI(∑)=0.54TSIM(CHl.a)+0.297TSIM(SD)+0.163TSIM(TP)

2 潘家口水庫營養狀態情況

2.1 潘家口水庫水質參數

見表2。從表2可以看出，潘家口水庫藻類的數量呈上升趨勢，透明度則相反，總氮、總磷、CODmn的含量變化不大。葉綠素a(CHl.a)8年的均值為(14.55±18.85)μg/L，總磷(0.058±0.019)mg/L，總氮(5.19±0.60)mg/L，CODmn(3.74±0.47)mg/L，透明度(2.17±0.52)m。

表2 潘家口水庫水質參數

2.2 潘家口營養狀態指數(TLI、TSIM)的年際變化

用TLI和TSIM對2006～2013年潘家口水庫水質指標進行綜合指數狀態分析，見圖1、圖2?？梢钥闯觯思铱谒畮炀C合指數TLI呈現上升并緩慢下降的趨勢，從中營養逐漸變為輕度富營養，2006～2009年為中營養，2010～2013年為輕度富營養。TLI的8年均值為48.9，TLI最小值出現在2006年，為40.2；最大值出現在2010年，為58.6，2006～2010年增長速度較快，2011～2013年出現了負增長：2010(22.13%)>2009(11.30%)>2008(5.09%)>2007(2.23%)>2013(-1.87%)>2011(-2.62%)>2013(-8.83%)。

圖1 潘家口水庫2006～2013年營養狀態指數TLI

圖2 潘家口水庫2006～2013年營養指數TSIM

潘家口水庫TSIM變化趨勢與TLI基本一致(圖2)，從中營養逐漸變為輕度富營養，2006～2009年為中營養，2010～2013年為輕度富營養。TSIM的8年均值為47.9，TSIM最小值出現在2006年，為34.8；最大值出現在2010年，為64.4，2006～2010年增長速度較快，2011～2013年出現了負增長：2010(36.45%)>2009(22.83%)>2009(5.74%)>2008(4.48%)>2013(-2.51%)>2011(-8.34%)>2013(-11.56%)。

2.3 潘家口水庫營養狀態指數的空間變化

圖3、圖4表明潘家口水庫營養狀態指數TLI和TSIM值變化趨勢基本一致，暴河口斷面營養水平較高，燕子峪斷面、潘家口斷面偏低，潘壩上斷面2010、2013年偏高些，其他年份最低。

圖3 潘家口水庫2006～2013年各斷面綜合營養狀態TLI指數的空間變化

圖4 潘家口水庫2006～2013年各斷面營養狀態TLIM指數的空間變化

4個采樣點的TLI平均值的波動范圍2006年為38～47，2007年為39～43，2008年為40～57，2009年為45～52，2010年為53～65，2011年為54～61，2012年為50～57，2013年為49～54；4個采樣點的TLI均值暴河口斷面、燕子峪斷面2007年最低，潘家口斷面、潘壩上斷面2006年最低，暴河口斷面、潘家口斷面2010年最高，燕子峪斷面、潘家口斷面2011年最高。

4個采樣點的TSIM平均值的波動范圍2006年在33～43之間，2007年在34～38之間，2008年在35～54之間，2009年在43～52之間，2010年在56～68之間，2011年在59～63之間，2012年在50～57之間，2013年在48～51之間；4個采樣點的TLI均值暴河口斷面2007年最低，燕子峪斷面、潘家口斷面、潘壩上斷面2006年最低，暴河口斷面、潘家口斷面2010年最高，燕子峪斷面、潘家口斷面2011年最高。

2.4 潘家口水庫營養狀態指數(TLI、TSIM)的季節變化

由于潘家口水庫冬天庫區結冰，庫區內無法采集水樣，故只對春夏秋3個季節進行統計，見圖5、圖6。2011年，潘家口水庫的TLI、TSIM春夏明顯比其他年份高，2010年秋季TLI、TSIM明顯比其他年份高。2006～2008年，TLI、TSIM春季最低、2009～2010年夏季最低，2006～2010年秋季最高，2011～2013年秋季最低，2011年夏季最高，2012～2013年春季最高。2006～2009年，除2009年春季外，其它全年處于中營養狀態；2010～2013年，除2010年 秋天、2011年夏天處于中度富營養化、2013年秋天處于中營養外，其它處于輕度富營養狀態。

圖5 潘家口水庫營養狀態指數TLI季節性變化

圖6 潘家口水庫營養狀態指數TLIM季節性變化

3 結 論

3.1 潘家口水庫營養狀態變化情況

圖3、圖4表明，總體上潘家口水庫從暴河口斷面到潘壩上斷面TLI和TSIM值呈現下降的趨勢，這與湖庫營養鹽梯度相一致，即上游的營養鹽濃度高、下游的營養鹽濃度低。營養狀態水平在水流方向上呈梯度下降。上游不斷的有雨水注入，帶入大量的營養鹽，導致上游營養狀態指數高于下游。

圖5、圖6表明潘家口水庫營養狀態的季節變化與湖庫的水位變化相對應，夏秋豐水期升至峰值，冬春枯水期降至谷值，這充分顯示了汛期入庫的污染物在湖庫中的沉降、消解的過程。圖5、圖6表明，除2012、2013年春季最高外，其它年份均出現在夏天或秋天。

3.2 影響潘家口水庫水質的因素

影響潘家口水庫水質的因素包括上游工業及生活污水的影響、水庫周邊工業污染、日益增加的網箱養魚對水庫富營養化起到加速作用、水庫周邊旅游生活設施的污染以及降水帶入的大量營養鹽等。2011年7月累計降雨量388.9 mm，2012年7月21日降雨平均雨量250 mm，6月累計降雨量220.6 mm，7月累計降雨量353.6 mm，2013年7月累計降雨量238.9 mm，2011～2013年大量雨水入庫，帶入營養鹽的同時也降低了庫區營養鹽的溶度，使庫區內的營養狀態指數出現負增長。

總之，通過對潘家口水庫8年來營養狀態指數TLI和TSIM值的分析，潘家口水庫由中營養向輕度富營養過度。因此，需要采取嚴格有效的保護管理辦法，加大潘家口水庫上游地區污染企業的治理力度，逐漸減少并取締水上旅游活動、網箱養魚，并采取修復措施來減緩其富營養化的進化過程。