長江流域水庫富營養化調查與評價

雷俊山 王順天 賈海燕 徐建鋒

摘要：為研究長江流域水庫營養化現狀，對長江流域345個重要水庫水質及富營養化狀況進行了調查研究。結果表明：長江流域水庫營養化狀態以中營養和輕度富營養為主，分別占評價總數的73.44%和21.15%。中度富營養化水庫占比較小，主要出現在岷沱江、嘉陵江和烏江水資源二級區。三峽水庫干流營養狀態指數總體偏低，以中營養和輕度富營養狀態為主;支流營養狀態指數較高，以輕度富營養和中度富營養狀態為主，呈現出自庫尾至壩前逐漸降低的趨勢。丹江口水庫庫灣水質總體良好，以Ⅱ-Ⅳ類水質標準為主，營養化狀態以中營養狀態為主，泗河庫灣在春秋季處于中度富營養狀態。近年來，漢江水華發生頻率增加，范圍擴大，除氮磷生源要素、水文要素和氣候因素外，河流藻類來源與聚集，以及早春良好的光照等氣候條件也是水華暴發成因之一。

關鍵詞：水庫富營養化;水庫水質;調查與評價;營養狀態指數法;長江流域

中圖法分類號：X52 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.01.014

文章編號：1006-0081（2020）01-0078-06

水庫對調節流域生態環境和社會經濟發展具有重要作用。與河流相比，水庫水流流速較小，營養鹽易在水體中累積，造成水體富營養化[1-3]。水體富營養化可導致水庫水質惡化，影響供水。富營養化水體發生藍藻水華形成藻毒素，對人類和生態系統造成傷害，且會對農田灌溉及景觀功能產生影響[4-6]。長江流域水庫富營養化已有大量的研究成果。王孟等[7]對長江流域27座大型水庫富營養化特征進行了分析，發現水庫富營養化與水庫類型、水庫流域位置和水庫功能有關。邱光勝等[8]對三峽庫區支流富營養化狀況進行了評價，結果表明庫區支流主要處于中營養狀態。雷沛等[9]對丹江口水庫典型人庫支流富營養化進行評價表明，丹江口水庫人庫支流處于富營養化狀態。近年來隨著社會經濟的發展，長江流域水庫富營養化形勢嚴峻。目前的研究多聚焦于大型水庫的營養化狀態分析，未能體現整個長江流域水庫的營養化現狀。本文基于長江流域345個重要水庫數據對長江流域水庫營養化總體狀況進行分析，并著重對三峽水庫和丹江口水庫的營養化狀態進行分析，以為治理水體富營養化，防治水華暴發提供理論及技術支撐。

1 數據來源與評價方法

1.1 數據來源

本文收集了長江流域2016年和2017年345個重要水庫以及2008～2016年三峽水庫的營養狀態指數數據。2017年春季和秋季對三峽水庫朝天門、寸灘等6個干流采樣點和御臨河、烏江等29條支流采樣點進行水質采樣分析。2017年春、夏、秋和冬季對丹江口水庫柳坡鎮、泗河等11個水庫庫灣的總氮、總磷、高錳酸鹽指數、葉綠素a和透明度進行現場檢測和采樣分析。

1.2 評價方法

水質評價以SL 395-2007（地表水資源質量評價技術規程》和GB 3838-2002《地表水環境質量標準》為依據。三峽水庫干流具有河道特征，總磷按照河流標準限值進行評價;支流水流較緩，具有湖庫水流特征，總磷按照湖庫標準限值進行評價。富營養化評價依據SL395-2007《地表水資源質量評價技術規程》中的營養狀態指數法。

2 結果與分析

2.1 長江流域水庫富營養化狀況

2.1.1 現狀

長江流域345個重要水庫2016年和2017年的營養狀態指數見表1。處于中營養狀態的水庫數量有253個，占評價數量的73.33%;處于輕度富營養狀態的水庫數量有74個，占評價數量的21.45%;處于中度富營養狀態的水庫數量有18個，占評價數量的5.22%;無處于貧營養和重度富營養狀態的水庫。處于輕度富營養化和中度富營養化的水庫主要是總磷、總氮和高錳酸鹽指數等過高。

長江流域水庫分別處于金沙江石鼓以下、眠沱江、嘉陵江等10個資源二級區，水庫營養狀態指數見圖1。由圖可以看出，水庫水體以中營養和輕度富營養為主，中度富營養化水庫數量占比較小，主要位于岷沱江、嘉陵江和烏江水資源二級區。其中，岷沱江水資源區處于中度富營養的水庫數量比例達20%以上，嘉陵江和烏江水資源區也超過5%。營養鹽過高與污染來源、土地利用類型、降雨等因素密切相關。岷沱江、嘉陵江和烏江水資源區分布有大量農村和耕地，農村生活、畜禽養殖、施肥農藥等帶來的面源污染是水庫富營養化的主要原因之一[10]。

2.1.2 水庫富營養化時空變化趨勢

長江流域不同水資源區水庫營養狀態指數有所差異，詳見圖2。其中岷沱江水系較高，為54.6，屬于輕度富營養化狀態。都陽湖水系、洞庭湖水系較低，分別為43.7和38.3。金沙江石鼓以下、宜賓至宜昌水系、嘉陵江水系、烏江、漢江、宜賓至湖口和湖口以下干流處于中間水平（44.6～44.9）。就長江干流水系而言，營養狀態指數變化范圍為44.7～48.4，各水資源區差異不大。支流水系呈現出自西向東逐漸降低的趨勢，其中岷沱江為54.6，鄱陽湖水系為43.7。由高到低排序為岷沱江、嘉陵江、漢江、烏江、鄱陽湖和洞庭湖。干流水資源區營養狀態指數標準偏差變化范圍為4.6～6.8，無明顯變化規律。支流水資源區總體呈現出自西向東減小的趨勢，烏江水資源區標準偏差最高，為8.6;其次為岷沱江;漢江水系最低，為4.6。

對具有較長時間序列數據的51個水庫的營養狀態指數變化趨勢進行了分析，見圖3。由圖可以看出，水庫營養狀態指數總體變化范圍為41.2～44.6，隨時間略微呈增加趨勢。回歸分析表明，營養狀態指數年均增長幅度為0.33。其中，2009～2011年營養狀態指數基本未發生變化，2012～2017年營養狀態指數有所增加，至2017年，營養狀態指數達到44.6。

以年均變化速率評價其營養狀態指數隨時間的變化趨勢見圖4。51個水庫中有37個水庫營養狀態指數呈增加趨勢，其中隔河巖水庫、道觀河水庫和西北口水庫營養狀態指數增加幅度明顯高于其他水庫，增加幅度分別為1.9，1.5和1.6。有12個水庫營養狀態指數呈減小趨勢，其中魯班水庫、鄭家河水庫、百花湖水庫和紅楓湖水庫降低幅度較大。可見，長江流域水庫富營養化程度總體呈增加趨勢。就空間分布來看，嘉陵江和烏江水資源區水庫營養狀態指數大多隨時間增加呈減小趨勢，其余水資源區水庫大多呈增加趨勢。營養狀態指數增加幅度大于1的湖泊主要分布在宜賓至宜昌、漢江、鄱陽湖水系、宜昌至湖口及湖口以下干流水資源區;營養狀態指數減小幅度大于1的湖泊主要分布在嘉陵江、烏江水資源區。

2.2 長江流域重要特大型水庫富營養化狀況

三峽水庫和丹江口水庫為長江流域兩個重要的水利工程，對區域社會經濟發展具有巨大的推動作用。三峽水庫運行后長江中下游防洪形勢得到較大改善，長江中下游嚴重旱情得到有效緩解，供水安全得到極大保障。丹江口水庫為南水北調中線水源地，年均可向河南、河北、天津、北京地區20多座城市供水95億m³，有效緩解了中國北方水資源嚴重短缺的局面。三峽水庫和丹江口水庫作為長江流域重要特大型水庫，水體富營養化會大大影響其功能的發揮，實時評價其富營養化狀況很有必要。

2.2.1 三峽水庫富營養化狀況

2017年三峽水庫干支流總氮、總磷、高錳酸鹽指數、葉綠素a和透明度見表2。其中，干流總氮在春季和秋季平均為1.93mg/L和1.56mg/L，符合V類水標準限值。總磷濃度春秋兩季均為0.09mg/L，干流水流具有河流特征，總磷按照河流標準進行評價，總體低于Ⅱ類標準限值。高錳酸鹽指數春秋兩季分別為1.77mg/L和1.61mg/L，均低于11類水質標準限值。葉綠素a春季高于秋季，春季平均為2.01μg/L，秋季為0.47μg/L。透明度春季和秋季平均為2.02m和0.77m，春季高于秋季。

支流總氮在春季和秋季的平均值為2.41mg/L和1.59mg/L，分別符合劣Ⅴ類和Ⅴ類水標準限值。總磷濃度春秋兩季分別為0.11mg/L和0.09mg/L，支流水流較緩，按湖庫標準進行評價，分別符合V類和IV類標準。高錳酸鹽指數春秋兩季分別為2.96mg/L和2.09mg/L，均低于Ⅱ類水質標準限值。葉綠素a春季高于秋季，春季平均為21.66μg/L，秋季為6.55μg/L。透明度春季和秋季平均為1.28m和1.03m，春季高于秋季。清溪場一沱口區段支流水質秋季較春季好，可能是由于春季為作物萌發生長階段，化肥農藥施用量較高，產生較多的農業面源污染[11]。

2017年三峽水庫干支流營養狀態指數見圖5。由圖可知，干流營養狀態指數總體偏低，春季處于中營養和輕度富營養狀態，清溪場營養狀態指數最高。秋季于流處于中營養狀態，下游太平溪營養狀態指數最低。在季節變化上，春季營養狀態指數略高于秋季。支流營養狀態指數表現為自上游至下游逐漸降低的趨勢，大部分支流表現為春季高于秋季。上游支流珍溪河至湯溪河在春季的營養狀態指數均大于60，處于中度富營養狀態。下游支流從磨刀溪至九畹溪，營養狀態指數波動較大，基本處于輕度一中度營養狀態，其中長灘河與青干河營養狀態指數最低，為50，處于中營養狀態。秋季29條支流營養狀態指數在4672范圍變化，多數支流處于50～60之間，為輕度富營養狀態。秋季上游支流營養狀態指數波動較大，接近60;下游支流營養狀態指數波動較小，接近50。

2008～2017年三峽水庫干支流營養狀態指數見圖60由圖可知，干流營養狀態指數在2009～2010年迅速升高，水體富營養化程度明顯加重。2010年營養狀態指數超過60，達到中度富營養化水平。2010～2017年營養狀態指數逐年下降，表明水庫干流近年來富營養化程度明顯好轉。支流營養狀態指數處于55～60之間，處于輕度富營養化水平，隨時間變化趨勢不明顯。

2.2.2 丹江口水庫富營養化及中下游水華

丹江口水庫庫灣2017年春、夏、秋和冬季富營養化指標統計結果見表3。監測表明，丹江口水庫庫灣總氮均值為1.48mg/L，符合Ⅳ類水質標準，在盛灣鄉庫灣出現最高值，為1.88mg/L。總磷平均濃度范圍為0.010～0.033mg/L，符合Ⅱ～Ⅲ類水標準，是影響丹江口庫灣水質的主要因子。高錳酸鹽指數均低于Ⅱ類水質標準限值。透明度變化范圍為73～380cm，其中倉房庫灣透明度最高，柳陂庫灣透明度最低。葉綠素a濃度變化較大，范圍在1.9～41.8μg/L，其中龍門庫灣濃度最高，倉房庫灣最低。

2017年丹江口水庫庫灣富營養化狀況見表4，有11個庫灣營養狀態指數處于20～50之間，為中營養狀態。其中柳坡鎮、安陽龍門、泗河、馬蹬、老城鄉等庫灣在個別季節營養狀態指數均接近富營養化限值50，說明仍有富營養化的風險。泗河庫灣春季營養狀態指數處于50～60之間，為輕度富營養狀態。

丹江口水庫運行后，改變了漢江中下游的水文情勢。下泄流量減少，對漢江中下游水華的發生產生重大影響。漢江中下游影響較大的水華發生情況統計見表5。1992年2月中旬至3月初，漢江中下游首次發生水華，漢江自潛江以下長約240km的干流河段表現為水色突變成黃褐色，硅藻密度達到2.02×10⁷個/L，居民用水受到影響。1998年2月，漢江再次出現硅藻水華，其范圍一直上溯至宜城，藻類密度達到2.6×10⁷個/L。2000年2月下旬至3月中旬，從潛江至漢口近240km的河段相繼發生水華，藻類密度最高達3.52×10⁷個/L，持續約20d。2003年2月4日漢江中下游水體呈褐色，溶解氧過飽和，藻類大量繁殖，藻類密度高達3.5×10⁷個/L。此后，2005，2008，2009，2011，2014，2016年和2018年漢江中下游連續發生多起水華事件。

關于漢江中下游水華的成因，大多數研究結果主要集中在3個方面：①水質因素。漢江中下游地區排污口日益增多，藻類生長所需的氮磷等營養鹽過剩。②氣候因素。春季氣溫偏暖，加之良好的光照條件，藻類大量繁殖。春季充足的陽光、適宜的溫度，特別是春季持續的溫暖天氣為藻類生長提供了良好的氣象條件。漢江水華事件均發生在1～4月，天氣較暖、陽光充足、水溫一般在7℃～15℃時，適宜于硅藻生長。③水文因素。受長江較高水位的頂托和漢江流量減少的共同作用，漢江水流變緩、流速減小，為水華的發生提供了環境。對近年來水華發生特征進行總結分析表明，漢江中下游水華發生頻次增加，范圍擴大，水華以硅藻為主。藻類來源與聚集是水華發生的原因之一，營養鹽濃度較低時也可能發生水華，春季氣候條件對水華的影響更為突出。

3 結論

（1）2016年和2017年長江流域345個水庫水質以Ⅱ～Ⅲ類為主，營養狀態以中營養和輕度富營養為主，水質污染和富營養化程度均有加重趨勢，長江流域岷沱江、嘉陵江和烏江水資源區富營養化程度相對較高。

（2）2017年三峽水庫干流水質春季符合Ⅱ一Ⅲ類標準，秋季符合Ⅱ一V類標準。支流水質以Ⅲ一V類水為主，主要超標項目為總磷。三峽水庫干支流富營養化水平處于中營養和輕度富營養狀態，其中干流富營養化程度呈降低趨勢，支流富營養化程度相對穩定，支流營養狀態指數呈現出自庫尾至壩前逐漸降低的趨勢。

（3）2017年丹江口水庫庫灣水質狀況總體較好，符合Ⅱ～Ⅳ類水質標準，總磷濃度范圍為0.01～0.09mg/L，是庫灣水質的主要影響因子。丹江口水庫庫灣營養狀態指數變化范圍為20～50，處于中營養狀態，泗河庫灣在春季處于輕度富營養狀態。漢江水華近年來發生頻率增加，范圍擴大。除了目前關注的氮磷生源要素、水文要素和氣候因素外，漢江水華的暴發還需要考慮河流藻類來源與聚集，以及早春良好的光照等氣候條件。

參考文獻：

[1]臧小平，吳國平，涂敏.長江流域湖泊水庫水華防治對策[J].人民長江，2009，40（21）：5-8，111.

[2]陳昭明，王偉，趙迎，等.三峽水庫支流水體富營養化現狀及防治策略Dl.環境工程，2019，37（4）：32-37.

[3]楊正健，俞焰，陳釗，等.三峽水庫支流庫灣水體富營養化及水華機理研究進展[J].武漢大學學報（工學版），2017，50（4）：507-516.

[4]張云，馬徐發，郭飛飛，等.湖北金沙河水庫浮游植物群落結構及其與水環境因子的關系[J].湖泊科學，2015，27（5）：902-910.

[5]陳水勇，吳振明，俞偉波，等.水體富營養化的形成、危害和防治[J].環境科學與技術，1999（2）：12-16.

[6]王桂芹，張東鳴，陳勇，等.水體富營養化的原因、危害及防治對策[J].吉林農業大學學報，2000（S1）：116-118，122.

[7]王孟，鄔紅娟，馬經安.長江流域大型水庫富營養化特征及成因分析[J].長江流域資源與環境，2004（5）：477-481.

[8]邱光勝，涂敏，葉丹，等.三峽庫區支流富營養化狀況普查[J].人民長江，2008（13）：1-4，106.

[9]雷沛，張洪，單保慶.丹江口水庫典型人庫支流氮磷動態特征研究[J].環境科學，2012，33（9）：3038-3045.

[10]彭緒亞，張鵬，賈傳興，等.重慶三峽庫區農村生活污水排放特征及影響因素分析[J].農業環境科學學報，2010，29（4）：758-763.

[1]]Shen Z，Qiu J，Hong Q，et al.Simulation of spatial andtemporal distributions of non-point source pollution loadin the Three Gorges Reservoir Region[J].Science of theTotal Environment，2014（493）：138-146.

（編輯：李曉朦）

收稿日期：2019-09-30

基金項目：國家重點研發計劃項目（2017YFC0505302）

作者簡介：雷俊山，男，教授級高級工程師，主要從事水資源保護與生態修復方面的研究。E-mail：ljs-2008@sina.com

通訊作者：賈海燕，女，教授級高級工程師，博士，主要從事水資源保護與面源污染治理工作。E-mail：496265466@qq.com