探究生態(tài)修復(fù)后的東牙溪水庫

魏 芳

福建省三明環(huán)境監(jiān)測中心站，福建三明 365000

東牙溪水庫是三明市區(qū)重要飲用水源地，位于三明市三元區(qū)中村鄉(xiāng)境內(nèi)，全流域面積188 km2，最大水深為63.4 m，總庫容2263 萬m3，多年平均徑流量1.36 億m3/年，為山谷型月調(diào)節(jié)水庫，肩負(fù)著三明市區(qū)30 多萬人口生活飲用供水的重任。

然而，由于水庫周邊農(nóng)村基礎(chǔ)環(huán)保設(shè)施建設(shè)尚未完善，當(dāng)?shù)鼐用袼刭|(zhì)和環(huán)保意識不強(qiáng)，隨意丟棄垃圾、亂扔亂倒現(xiàn)象時有發(fā)生，水土流失嚴(yán)重、河道垃圾堵塞等，都會影響保護(hù)區(qū)內(nèi)物質(zhì)和能量的有效流動和循環(huán)[1]。東牙溪水庫周邊林地大部分為毛竹林，每年3—5月是中村鄉(xiāng)農(nóng)民挖筍、制筍的季節(jié)，如遇下雨天氣，山上腐爛的筍殼經(jīng)雨水浸泡產(chǎn)生的污水隨地表徑流進(jìn)入河道，造成水體氮磷超標(biāo)。東牙溪水庫泥沙淤積，水體自凈能力有限，加之庫區(qū)周邊生活污染源和農(nóng)業(yè)污染源排放的物質(zhì)在水庫中長期積蓄，嚴(yán)重威脅庫區(qū)供水安全。

多年來，三明市委、市政府及當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門高度重視東牙溪飲用水源保護(hù)區(qū)流域水環(huán)境綜合整治工作，先后對三明市區(qū)飲用水源地實(shí)施了水體生態(tài)修復(fù)第一、二、三期工程及生物多樣性保護(hù)與生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量提升工程。水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)是一種能借助大自然的自我修復(fù)能力對生態(tài)系統(tǒng)或環(huán)境自身進(jìn)行修復(fù)的技術(shù)，國內(nèi)多位學(xué)者已從不同角度對其做了研究[2-5]。本研究探究了東牙溪水庫實(shí)施水生態(tài)修復(fù)工程前后的水質(zhì)，了解水生態(tài)修復(fù)技術(shù)對水體影響情況，并為制訂改善水體水質(zhì)措施提供參考。

1 東牙溪水庫水生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)引入情況

針對東牙溪水庫存在的藻類暴發(fā)隱患、底泥內(nèi)源污染加劇、溶解氧季節(jié)性偏低、水體富營養(yǎng)化及以上問題帶來的飲水安全隱患等問題，三明市于2013年啟動了飲用水源地水體生態(tài)修復(fù)工程，實(shí)施了三明市區(qū)飲用水源地水體生態(tài)修復(fù)第一期工程、第二期工程及第三期工程。

由于庫區(qū)中部未實(shí)施生態(tài)修復(fù)工程，水體底層溶解氧相對其他修復(fù)區(qū)較低，底泥中氮磷含量較高，在一定程度上影響了庫區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)。庫區(qū)上游受中村鄉(xiāng)生活污染和農(nóng)業(yè)林業(yè)生產(chǎn)活動的影響，上游入庫水質(zhì)較庫區(qū)差，總氮含量較高，影響庫區(qū)水質(zhì)。

對此，為了鞏固庫區(qū)前期工程修復(fù)效果，提升庫區(qū)水質(zhì)穩(wěn)定性，改善水體富營養(yǎng)化，保證東牙溪水庫的供水安全，同時促進(jìn)水庫良性食物鏈構(gòu)建，為維護(hù)水生物種多樣性和保證水生態(tài)質(zhì)量提供良好的環(huán)境基礎(chǔ)，在東牙溪飲用水源保護(hù)區(qū)周邊的污染源實(shí)施綜合整治和前期庫區(qū)內(nèi)部生態(tài)修復(fù)的同時，實(shí)施東牙溪水庫生物多樣性保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量提升工程（圖1）。

2 水生態(tài)系統(tǒng)引入的差異

三明市區(qū)飲用水源地水體生態(tài)修復(fù)工程自2013年啟動至第三期工程于2017年12月開始試運(yùn)行。在一期至三期工程實(shí)施后，修復(fù)區(qū)溶解氧濃度顯著提高，底部水體由厭氧、缺氧狀態(tài)逐步提升至好氧狀態(tài)，在同期藍(lán)藻暴發(fā)概率較大的時期，并未發(fā)生藻類暴發(fā)；系統(tǒng)運(yùn)行后，抑制了水庫底部內(nèi)源污染釋放，促進(jìn)水體底部總氮、氨氮、總磷持續(xù)降低。

經(jīng)查閱相關(guān)資料獲悉：2017年12月至2018年7月監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，在東牙溪水庫實(shí)施生態(tài)修復(fù)工程部分與未修復(fù)部分有明顯差異（圖2～圖5）。庫區(qū)底部溶解氧，未修復(fù)區(qū)底部溶解氧含量相比修復(fù)區(qū)底部溶解氧含量低，且在溶氧分層時期表現(xiàn)尤為明顯。

圖2 2017年12月—2018年7月東牙溪修復(fù)區(qū)與未修復(fù)區(qū)底層溶解氧數(shù)據(jù)

圖5 2017 年12月—2018年7月東牙溪修復(fù)區(qū)與未修復(fù)區(qū)氨氮數(shù)據(jù)

一期、二期、三期工程實(shí)施后，第一期工程修復(fù)區(qū)、第二期工程修復(fù)區(qū)、第三期工程修復(fù)區(qū)與上游中村電站、庫區(qū)中游未修復(fù)區(qū)存在明顯的差異，上游中村電站總氮、總磷、氨氮含量最高，污染最為嚴(yán)重，而中游總氮等污染物含量雖然相比上游中村電站有所降低，但明顯高于庫區(qū)內(nèi)其余修復(fù)區(qū)污染物含量。

3 東牙溪水庫水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

根據(jù)東牙溪水庫自動監(jiān)測站2017年1月至2022年7月對水庫水質(zhì)的監(jiān)測，分析pH值、溶解氧、氨氮、總氮、總磷項(xiàng)目的月均含量變化情況（圖6～圖10）。（注：由于系統(tǒng)維護(hù)、水庫清淤等原因，部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失）。

3.1 pH值、溶解氧

由圖6和圖7可獲知：（1）庫區(qū) pH值相對比較穩(wěn)定均未超過9；（2）庫區(qū)溶解氧基本處于6 mg/L以上，在2019 年9月東牙溪水庫生物多樣性保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量提升工程項(xiàng)目實(shí)施后，2017、2018年10月庫區(qū)溶解氧偏低的現(xiàn)象得到改善。

圖6 2017年1月—2022年7月自動監(jiān)測站水質(zhì)pH值變化情況

圖7 2017年1月—2022年7月自動監(jiān)測站水質(zhì)溶解氧變化情況

3.2 營養(yǎng)鹽指標(biāo)

分析東牙溪水庫水質(zhì)氨氮、總氮、總磷等營養(yǎng)鹽的月均含量變化情況可知（圖8～圖10）：（1）東牙溪庫區(qū)氨氮指標(biāo)比較穩(wěn)定均維持在I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。（2）自2019年9月東牙溪水庫生物多樣性保護(hù)及生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量提升工程項(xiàng)目運(yùn)行后，2019年12月較往年同期庫區(qū)總氮有一定的削減（約11 %），而2020年和2021年12月較2019年的同期又有所回升。同時在2020年2月開始降雨量比2018年同期偏多，且同期水位持續(xù)降低的情況下，2020年1—4月庫區(qū)總氮比2017年平均水平低10.2 %、比2018年低20.9 %、比2019年低16.6 %，說明生態(tài)修復(fù)工程的實(shí)施在一定時期內(nèi)有助于庫區(qū)總氮削減。且從圖10可明顯看到庫區(qū)總氮含量基本上從每年3月到5月有呈上升的趨勢，除2019年、2021年外，其他年份5月的總氮含量均處于劣Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。（3）自最后一個生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施后，庫區(qū)總磷含量除2020年9月、2021年12月 及2022年6月 外均比往年同期低，并處于I～I(xiàn)I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，說明生態(tài)修復(fù)工程項(xiàng)目啟動對庫區(qū)總磷削減有明顯的促進(jìn)作用。

圖1 東牙溪水庫各階段生態(tài)修復(fù)工程點(diǎn)位圖

圖3 2017年12月—2018年7月東牙溪修復(fù)區(qū)與未修復(fù)區(qū)總氮數(shù)據(jù)

圖4 2017 年12月—2018年7月東牙溪修復(fù)區(qū)與未修復(fù)區(qū)總磷數(shù)據(jù)

圖8 2017年1月—2022年7月自動監(jiān)測站水質(zhì)氨氮變化情況

圖10 2017年1月—2022年7月自動監(jiān)測站水質(zhì)總磷變化情況

將東牙溪水庫的營養(yǎng)鹽含量進(jìn)行年度均值分析，發(fā)現(xiàn)庫區(qū)氨氮含量有逐年上升的趨勢，總磷含量在2020年達(dá)低值后有所回升，總氮含量在生態(tài)修復(fù)工程全部竣工的2019年達(dá)最低值，后續(xù)又有所回升（圖11）（由于東牙溪水庫總氮含量變化在前后半年的差異較大，故不將2022年的年度情況納入分析）。

一般而言，水中總氮含量是由氨氮、有機(jī)氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的和組成，氨氮指的是凱氏氮扣除有機(jī)氮部分[6]。藺凱等[7]研究水中氨氮主要來自水中微生物對生活污水中含氮有機(jī)物的分解。結(jié)合圖8、圖9、圖11的數(shù)據(jù)變化情況來看：東牙溪水庫氨氮總體維持在I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但有逐年增長的趨勢，說明水庫水體內(nèi)含氮有機(jī)物在增多。

圖9 2017年1月—2022年7月自動監(jiān)測站水質(zhì)總氮變化情況

圖11 2017—2021年度東牙溪水庫營養(yǎng)鹽年均含量變化情況

4 小結(jié)與討論

生態(tài)修復(fù)工程的引入對東牙溪水庫的水質(zhì)有一定的促進(jìn)作用，無論是2017年12月—2018年7月修復(fù)區(qū)與未修復(fù)區(qū)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，還是借助近幾年自動站的監(jiān)測數(shù)據(jù)，均可看到庫區(qū)水質(zhì)：pH值相對比較穩(wěn)定，均未超過9；溶解氧基本處于6 mg/L以上；東牙溪水庫氨氮總體維持在I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；自最后一個生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施后，庫區(qū)總磷含量（除2020年9月、2021年12月 及2022年6月外）均比往年同期低，并處于I～I(xiàn)I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

影響水庫水質(zhì)的原因是多方面的，僅靠生態(tài)修復(fù)工程并不能完全控制好庫區(qū)水質(zhì)狀況。從近幾年的數(shù)據(jù)來看，東牙溪水庫氨氮含量雖然總體維持在I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但有逐年增長的趨勢，且總氮含量在生態(tài)修復(fù)工程全部竣工的2019年達(dá)最低值，后續(xù)又有所回升，說明水庫水體內(nèi)含氮有機(jī)物在增多；總磷含量在2020年達(dá)低值后亦有所回升。

綜上所述，造成東牙溪水庫的營養(yǎng)鹽成分有增長趨勢可能存在以下原因：（1）近一兩年，由于春秋季氣溫存在驟升驟降的變化，影響微生物在水體中對有機(jī)物的分解作用，何少欽[8]指出當(dāng)氣溫驟降時表層的水體與底層水體之間存在溫度差異會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，從而產(chǎn)生微循環(huán)即水底層的腐植質(zhì)等有機(jī)物向上涌動至表層水中，當(dāng)微生物對這些有機(jī)物分解后便會產(chǎn)生大量的營養(yǎng)鹽。（2）制筍產(chǎn)業(yè)仍是影響東牙溪水庫水質(zhì)的重要因素，每年3—5月是中村鄉(xiāng)農(nóng)民挖筍、制筍的季節(jié)，如遇下雨天氣，山上腐爛的筍殼經(jīng)雨水浸泡產(chǎn)生的污水隨地表徑流進(jìn)入河道，造成水體氮磷超標(biāo)，總氮基本上在每年的5月處于高位。（3）水庫附近村莊生活污水處理不到位，雖然各村落布設(shè)了污水管網(wǎng)，但仍存在部分污水直排現(xiàn)象，加上314國道和水庫兩側(cè)坡泥樹葉等隨雨水沖刷進(jìn)入水庫，使得水中的有機(jī)物含量增多，再經(jīng)微生物作用后便產(chǎn)生大量的營養(yǎng)鹽。（4）缺乏對東牙溪水庫的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究，據(jù)了解每年東牙溪水庫都會由漁政投放花白鰱魚苗，且是只進(jìn)不出，長期這樣可能會打破水體的生態(tài)平衡系統(tǒng)。

對此，在已有的生態(tài)修復(fù)工程的基礎(chǔ)上，關(guān)于東牙溪水庫的水質(zhì)保護(hù)總結(jié)以下5點(diǎn)看法：（1）提升防污控污能力，在水庫兩側(cè)適當(dāng)距離處增設(shè)防污溝、槽，以避免暴雨時周邊雜物入庫。（2）在水庫的入水口設(shè)置水質(zhì)自動監(jiān)測站，以便掌握源頭水的水質(zhì)狀況，有針對性地實(shí)現(xiàn)對水源地保護(hù)與污染源控制。（3）加強(qiáng)農(nóng)村污水管網(wǎng)的布設(shè)，并做好環(huán)境保護(hù)的宣傳，提高當(dāng)?shù)鼐用竦纳鷳B(tài)意識，切實(shí)實(shí)現(xiàn)生活污水不入庫。（4）加強(qiáng)對東牙溪水庫水生態(tài)環(huán)境研究，合理配置水生物群落，花白鰱是典型的濾食性魚類，白鰱以浮游植物為食，花鰱以浮游動物為食，而浮游動物在控制浮游植物的數(shù)量上也起著一定的作用，因而在投放花白鰱時，應(yīng)控制好數(shù)量和搭配比例，鰱魚的生長速度快，在有投入的前提下應(yīng)適當(dāng)?shù)膶?shí)行捕撈，以免單一物種的過度繁殖；同時有研究表明，蚌類、螺類對水體中的營養(yǎng)鹽、浮游植物的去除作用明顯，可在了解庫區(qū)大型底棲動物資源的前提下，在庫區(qū)適當(dāng)區(qū)域引入蚌、螺，以進(jìn)一步提高東牙溪水庫的生物凈化能力[9]。（5）從以往的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，東牙溪水庫的生態(tài)修復(fù)工程對維護(hù)水體水質(zhì)在一定程度上有促進(jìn)作用，但它對庫區(qū)浮游動物、魚類等整個生態(tài)系統(tǒng)的影響如何尚未評估，生態(tài)修復(fù)工程是個復(fù)雜的過程，在后續(xù)的監(jiān)測中還應(yīng)權(quán)衡其對整個生態(tài)平衡系統(tǒng)的作用。