北方某大型水庫水質理化性質研究

洪 雷

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600)

北方某大型水庫位于北京市東北方向，建成于1960年，總面積188km2，最大水深60m，最大庫容43.75億m3。該水庫是一座集防洪、供水、生態涵養、南水北調來水調蓄等功能于一體的大型水利樞紐工程，目前以防洪、供水和生態涵養3大功能為主。

本文從多年平均水質基本理化性質、代表性監測點水質指標、有機污染物等角度研究該大型水庫水質狀況，可為北方同類型水庫的水質狀況研究提供參考。

1 采樣點及監測指標

1990—2012年每月中旬于監測點取樣進行常規水質指標分析， 水庫1990—1995年的監測站點主要包括1、2、3、4、5、6、7、8等八個監測站點(見圖1)，1996年逐步增設了采樣點9和10。立體采樣方面亦由最初的3、6、7三個監測點擴展到幾乎包含庫區的所有監測站點，所有監測點的分層情況均為三層，即表層、中間層和下層。

2 水庫多年平均水質基本理化性質

根據水庫1990 —2012年連續23a的常規水質指標監測數據，得出3、4、5、6、7、8、9、10共8個監測點的年平均水質狀況。其基本理化性質見表1。

由表1可知， 點位9和10的水溫、pH、電導率、總堿度均顯著高于其它6個監測點，說明該兩點水中的含鹽量要稍高于其它6個監測點。較高的pH給藻類生長提供了較為適宜的環境條件。另外點位10水較其它監測點的渾濁度較高。8個監測點取水的BOD5/COD = 1∶10～1∶9，這說明該水庫的有機物含量較低。

2.1 水溫

水庫水溫從6月初到9月底，大部分時間水溫高于20℃，最高水溫出現在8月中旬，就水庫整體而言，表層3m平均水溫相差不大。從水溫的角度看，水庫藻類高發期有3個月左右。

2.2 pH

1990—2012年水庫不同監測點5月份水體的pH變化情況見圖2。由圖2可知，水庫pH值平面分布差異較小，但總體呈緩慢升高趨勢。

水庫水質偏堿性與流域面積內的土壤性質有關，我國土壤鹽飽和度北方高于南方，因此北方水庫的pH值高于南方水庫。水庫周圍土壤性質為：黃土中以黃土(立土)為主、白漿土次之；黃土中的沃土稀少，大都為沙石混料、風華土、管沙和油砂。此種土壤鹽基飽和度高，含有鈣質土，因此造成該水庫水質偏堿性。

表1 水庫8個監測點的基本理化性質

“—”表示由于各種原因無該項監測數據。

pH是衡量湖泊水環境水質的重要指標，其對水環境的各種物理化學反應均有重要影響，在沉積物釋放磷反應中亦是如此[2]。研究表明，pH接近中性，在其它條件不變時，磷的釋放量較小，而在酸性和堿性范圍內釋放量較大，這主要是因為pH影響磷與沉積物的吸附作用和離子交換作用[3]。因此針對1990 —2012年水庫不同監測點5月份水體的pH呈緩慢升高的這一趨勢應提高關注度。

2.3 營養鹽分析

由表2可知：該水庫溶解氧為9.0～10.5mg/L，BODMn為2.0～3.0mg/L，總磷含量范圍為0.01～0.03mg/L，總氮區域變化較大，含量在1.0～1.5mg/L。

水體營養鹽的月度變化顯示，總磷含量有1個小高峰區，出現在5—7月，高峰值接近0.019mg/L，其它時間含量較低，維持在0.012mg/L左右；而總氮含量月度變化較小，在0.9mg/L上下波動，氨氮和硝氮含量有一定的月度變化。水中氮磷質量濃度比為38.4∶1，遠>9∶1。一般認為，當水體中總磷的濃度超過0.02mg/L，無機氮超過0.3mg/L時，就足以引起藻類的大量繁殖，導致水體的富營養化[4]，因此磷為該水庫生物生產力的主要限制性營養元素。

從年際(1990—2010年)變化來看，該水庫總氮變化分兩個階段，2002年之前總氮含量趨于穩定下降狀態，2002年后該下降趨勢變緩，而氨氮含量則呈逐年升高的趨勢(除2005、2006年外)；總磷含量一直處于穩中有降的趨勢，尤其是2005年、2006年以來總磷含量一直處于下降狀態。該水庫全年葉綠素a含量水平較低，僅在8—11月份出現小高峰(最大平均含量<0.008mg/L，遠遠低于水華暴發閾值)，另調查發現，僅在局部區域偶有條帶狀藍藻水華短暫出現。由此可見，近年來尤其是對該水庫加強治理后，該水庫水質已逐漸出現好轉的趨勢。

點位9與10水中溶解氧的含量稍低于其它6個監測點。點位10水中葉綠素的含量顯著高于其它7個監測點，為0.0035mg/L，透明度亦最低，為1.8m。說明點位10藻類生長旺盛，導致水的透明度降低，濁度較高，為4.5 NTU。監測數據表明，2007年、2008年及2010年5月點位10處葉綠素的含量均顯著高于其它年份同期的葉綠素含量，因此判斷2007年、2008年及2010年點位10處水中的營養元素較高，點位10發生富營養化的可能性較大，其原因為點位10水溫較高(20℃)，水位較淺，不存在躍溫層，水體垂直擾動較小，適宜藻類生長。故在以后的工作中應對點位10的水質情況多加關注，尤其是在夏秋富營養化高發季節。此外，根據葉綠素的含量高低，亦應對點位6、7、9等區域的水質情況加強關注。

2.4 重金屬及有毒物質含量分析

表3為水庫8個監測點重金屬及有毒物質含量多年監測數據。根據《GB3838-2002地表水環境質量標準》的規定，銅<0.01mg/L，鋅<0.05mg/L，砷化物<0.05mg/L，六價鉻<0.01mg/L、氰化物<0.005mg/L、揮發酚 ≤0.002mg/L達地表水環境I類水標準；鎘<0.005mg/L，滿足地表水環境Ⅱ類水標準；汞基本滿足地表水環境I類水標準。因此，在重金屬毒理指標上，該水庫基本滿足地表水環境I類水標準，是安全的源頭水。

表2 水庫8個監測點的富營養化指標 (mg/L)

表3 水庫8個監測點的重金屬及有毒物質含量 (mg/L)

2.5 水質綜合評價

目前，河流水質評價方法有很多種，但采用合理的水質評價方法，才能準確、客觀、全面地反映水體水質現狀，為水環境管理提供科學依據。水質綜合評價改善了用單項指標表征水質污染不夠全面的欠缺，解決了用多項指標描述水質污染時不便于進行計算、對比和綜合評價的困難，并且克服了用生物指標評價水污染時不易給出簡明的定量數值的缺點。因此，對該水庫水質采用水質綜合污染指數的評價方法，可以準確、全面地反映出該水庫整體水質的狀況。

2.5.1 水質綜合污染指數的計算

水庫在計算水質污染指數時，按照水體功能對應的標準進行計算。

水質綜合污染指數是在單項污染指數評價的基礎上計算得到的[5]?？紤]到該水庫水質特點，在計算水質綜合污染指數時選擇了該水庫具有代表性的污染物，包括pH、溶解氧、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷和總氮，其余監測項目在該水庫水質監測中均能滿足相應的地表水功能要求。

單項污染指數的計算方法：Pi=Ci/Si

式中：Ci—污染物實測濃度；Si—相應類別的標準值。

綜合污染指數的計算方法：P=1/n

式中：n為6，即參與評價的六個項目。

水質綜合污染指數是基于不同類別標準計算得到的，所以綜合污染指數的比較只能在同一類別水體中進行，亦可進行年際比較，但不同類別的水體之間缺少可比性。

根據表2中該水庫8個監測點的數據，計算各種污染物的平均值，見表4。

表4 水庫6種污染物平均值 (mg/L)

分別以《GB3838-2002地表水環境質量標準》中Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類標準作為計算的基礎標準。

按照上述水質綜合污染指數的計算方法，得出的該水庫綜合污染指數P分別為：1.43、0.47、0.14。

2.5.2水質污染程度的判別

根據上述計算結果，以地表水Ⅰ類標準為基礎標準得出該水庫綜合污染指數為1.43，表明該水庫水質功能不能滿足Ⅰ類水質標準。以地表水II類標準為基礎標準得出的綜合污染指數為0.47，各項水質指標基本能夠達到II類水質標準，其中TN指標超標，水體功能可以得到充分發揮，該水庫水體是合格的II類水。

3 有機污染物情況

3.1 分析方法

采用保留時間鎖定(RTL)和譜圖解卷積(Deconvolution)技術， 結合解卷積報告軟件(DRS)，對該水庫庫區地表水中的半揮發性有機污染物進行分析。采用保留時間鎖定和譜圖解卷積技術對樣品中存在的有機污染物進行定性識別?；跉庀嗌V質譜(GC-MS)分析檢測方法，構建了包含有1283種污染物的毒性數據庫?；诔咝б合嗌V質譜分析檢測方法，定性和定量分析84種藥品和個人護理產品及環境內分泌干擾物。

3.2 有機污染物現狀

應用上述方法對水庫的5個樣點進行了分析，共定性檢出22種半揮發性有機污染物、20種藥品和內分泌干擾物類化合物。6種半揮發化合物在各個樣點中都有檢出，檢出率為100%，檢出率>80%的半揮發化合物有9種，檢出率>60%的化合物共有12種。在定性篩查出的20種藥品和內分泌干擾物中有9種化合物均有檢出。半揮發性有機污染物如鄰苯二甲酸二正丁酯為塑化劑，這種化合物的來源復雜，可能為實驗室背景干擾(無法避免)。水庫地表水篩查檢出化合物的濃度均為ng/L級，不具有生態和健康風險，其來源需要多次采樣和分析確定。

4 結論與建議

4.1 結論

從水溫的角度看，該水庫有3個月左右的藻類高發期；水庫pH值平面分布差異較小，水庫的pH呈現出緩慢升高的趨勢；磷為水庫生物生產力的主要限制性營養元素；水庫水質較為穩定，整體處于二類水體，氮磷含量在6—7月份相對較高，但時有氨氮和總氮超標的現象；根據《GB3838-2002地表水環境質量標準》的規定，在重金屬毒理指標上，該水庫大體滿足地表水環境I類水標準，是安全的源頭水；水庫綜合污染指數為0.47，各項水質指標基本能夠達到II類水質標準，其中TN指標超標，水體功能可以得到充分發揮，水庫整體水質是合格的II類水。

水庫共定性檢出22種半揮發性有機污染物、20種藥品和內分泌干擾物類化合物，水庫地表水篩查檢出化合物的濃度均為ng/L級，不具有生態和健康風險，不會影響水質安全，是安全的源頭水。

4.2 建議

(1)合理增設監測點位、布設垂直斷面，完善水質監測指標，盡快摸清該水庫水質多年來的衍變規律，保證水庫的長期安全供水及南水北調工程的順利實施；合理增設自動監測站，建立綜合管理平臺，實現監測、監控、數據存儲、評價和管理預測標準化完整流程，為水庫水質預測提供科學依據。

(2)加大應急力度，儲備應急物資，并做好應對突發污染等事件的準備；加大對庫區及上游地區的人類生產、生活活動的管理力度，加強村民的水源保護意識，盡可能保證入庫河流、徑流的水質。

(3)根據現有水質監測數據并收集南水北調來水水質監測數據，進行深入的數據分析工作，開展水質匯兌模擬實驗，在此基礎上分析預測水庫未來水質的走向與趨勢，為制訂水庫水質控制規劃與方案做好準備工作。