遼寧地區(qū)16座水庫水質(zhì)變化趨勢分析與風(fēng)險(xiǎn)研究

王 璐

(遼寧省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧 沈陽 110061)

1 遼寧省水庫概況

遼寧省地勢復(fù)雜，水系河網(wǎng)密集。根據(jù)第一次全省水利普查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，全遼寧省共有水庫914座，總庫容184.69億m3[1～5]。水庫具有灌溉、保障河流水量、排澇、發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)和人民安居樂業(yè)的重要作用。因此，水庫的水質(zhì)狀況及變化趨勢一直以來都受到管理部門的高度重視。

遼寧省每月例行監(jiān)測共16座大型水庫(庫容量大于1億m3)，總庫容量為262.93億m3。大伙房、碧流河、水豐、觀音閣、桓仁、鐵甲、石門、鬧德海、湯河、柴河、清河、白石、閻王鼻子、烏金塘和宮山咀15座水庫具有生活飲用水功能，葠窩水庫為工業(yè)和農(nóng)業(yè)灌溉用水功能。2020年，監(jiān)測的16座水庫總蓄水量為130.86億m3，平均蓄水率為49.8%[6～10]。

遼寧省水庫水質(zhì)每月監(jiān)測一次。監(jiān)測項(xiàng)目分別為水溫、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、總氮、總磷、銅、鋅、氟化物、硒、砷、汞、鎘、六價(jià)鉻、鉛、氰化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑、硫化物、糞大腸菌群、透明度、葉綠素a和水位共27項(xiàng)，碧流河水庫、大伙房水庫和水豐水庫還額外增測化學(xué)需氧量。監(jiān)測方法與河流水質(zhì)監(jiān)測方法相同。水質(zhì)評(píng)價(jià)采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)中Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，葠窩水庫按Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)，水溫、糞大腸菌群不參與評(píng)價(jià)，總氮單獨(dú)評(píng)價(jià)。富營養(yǎng)化狀況采用中國環(huán)境監(jiān)測總站文件《關(guān)于印發(fā)湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法及分級(jí)技術(shù)規(guī)定的通知》總站生字[2001]090號(hào)中規(guī)定的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評(píng)價(jià)，葉綠素a、總磷、總氮、透明度、高錳酸鹽指數(shù)5項(xiàng)指標(biāo)參與評(píng)價(jià)。按照綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，分為貧營養(yǎng)、中營養(yǎng)、富營養(yǎng)、輕度富營養(yǎng)、中度富營養(yǎng)、重度富營養(yǎng)[10～20]。

2 遼寧省水庫變化趨勢

2.1 全省水庫水質(zhì)總體保持穩(wěn)定

監(jiān)測的16座大型水庫近年來蓄水率有所上升，2020年比2015年蓄水率上升17%，比2010年上升2.8%。全省水庫蓄水量呈逐漸上升趨勢。對(duì)2000～2020年進(jìn)行監(jiān)測的16座水庫水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，全省水庫水質(zhì)保持穩(wěn)定，以Ⅱ類水質(zhì)為主，大部分水庫水質(zhì)達(dá)到功能區(qū)使用標(biāo)準(zhǔn)。

但分析近20年數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，全省部分水庫總氮、總磷濃度均有所上升，其中，石門和柴河水庫總氮濃度上升趨勢最為明顯，分別上升141%和364%。桓仁和湯河水庫總磷升高趨勢較明顯，分別上升154%和567%(圖1、2)。

圖1 石門、柴河水庫總氮濃度均值變化趨勢

圖2 桓仁、湯河水庫總磷濃度均值變化趨勢

2.2 富營養(yǎng)化指數(shù)有所上升

16座大型水庫營養(yǎng)狀態(tài)均為中營養(yǎng)，但分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，10座水庫綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)具均出現(xiàn)不同程度的上升趨勢。其中，桓仁水庫上升幅度最大；部分水庫綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)升高明顯，存在富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)；碧流河、桓仁、鬧德海、葠窩、閻王鼻子、宮山咀6座水庫近5年均有月份出現(xiàn)輕度富營養(yǎng)化現(xiàn)象。

如果進(jìn)行總氮單因子分析，遼寧省水庫總氮污染仍較為嚴(yán)重，水庫總氮濃度均超過Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，各年度均有水庫總氮濃度超過Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，2020年最多。按總磷單因子評(píng)價(jià)，各年度總磷濃度以符合Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)，在50.0%～93.8%之間(圖3)。

圖3 全省水庫綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化趨勢

2.3 入庫河流氮污染加重對(duì)庫區(qū)水質(zhì)影響較大

對(duì)近20年的入庫河流水質(zhì)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，11座總氮濃度上升的水庫中，碧流河、大伙房、觀音閣、鐵甲、湯河和柴河6座水庫入庫河流總氮濃度出現(xiàn)不同程度的上升，且上升趨勢與庫區(qū)總氮濃度上升趨勢總體吻合。說明入庫河流總氮濃度上升對(duì)庫區(qū)水質(zhì)產(chǎn)生了較大影響，是造成水庫總氮濃度上升的主要原因之一。未來應(yīng)引起相關(guān)管理部門的重點(diǎn)關(guān)注，后續(xù)可進(jìn)行進(jìn)一步研究及調(diào)查，為更好地治理水庫及河流水質(zhì)提供基礎(chǔ)支撐。

2.4 水庫風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測研究

氮磷是湖、庫富營養(yǎng)化的主要影響因子，湖庫匯總氮、磷水環(huán)境容量是水體富營養(yǎng)化的重要依據(jù)，對(duì)水庫富營養(yǎng)化會(huì)產(chǎn)生重要的影響。水庫中氮磷濃度升高，且隨著植被和土壤被水淹沒，會(huì)產(chǎn)生大量有害物質(zhì)，對(duì)水庫水體富營養(yǎng)化埋下隱患。浮游植物在發(fā)生光合作用的時(shí)候，對(duì)于氮磷吸收也是按照一定的原子比進(jìn)行的，該比例為16∶1時(shí)，是藻類發(fā)生爆發(fā)性生長的必要條件[6]。同時(shí)總磷和總氮作為水生生物的重要營養(yǎng)物質(zhì)來源，其濃度的升高會(huì)直接導(dǎo)致水生生物的過量繁殖，進(jìn)而使水體中的溶解氧迅速被消耗，造成水體透明度下降、有機(jī)質(zhì)上升，高錳酸鹽指數(shù)升高(表1)。

表1 葉綠素a與水庫理化指標(biāo)相關(guān)分析

利用Pearson相關(guān)性分析和多元線性回歸分析遼寧省16座水庫監(jiān)測數(shù)據(jù)，遼寧省16座水庫富營養(yǎng)化在不同季節(jié)的環(huán)境限制因子各有不同，但是磷、氮、水溫等均對(duì)水質(zhì)富營養(yǎng)化具有很大影響。利用PASW 軟件的頻率直方圖和頻率描述統(tǒng)計(jì)功能對(duì)全省16座水庫的Chl-a含量的累計(jì)頻率分布進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)富營養(yǎng)化累計(jì)頻率分級(jí)方法，水庫富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)分為5級(jí)，等級(jí)越高，表示發(fā)生富營養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)越大。結(jié)果顯示，各水庫發(fā)生輕度富營養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)大小依次是桓仁>烏金塘>葠窩>鐵甲>白石>柴河>宮山咀>鬧德海>湯河>大伙房>石門>碧流河>觀音閣>清河(圖4)。

圖4 水庫富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

3 結(jié)論與建議

遼寧省監(jiān)測的16座大型水庫水質(zhì)總體保持穩(wěn)定，但總氮污染不容忽視。近年來，各年度均有水庫總氮濃度超過Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，且超Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)的水庫數(shù)量逐年增多，2020年最多，達(dá)到11個(gè)。16座水庫以Ⅱ類水質(zhì)為主，均為中營養(yǎng)，但富營養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù)略有上升，存在富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)，部分水庫綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)已接近臨界值，總氮、總磷濃度升高。總氮、總磷主要來源于入庫河流及上游農(nóng)業(yè)面源污染匯入所致，化肥、農(nóng)藥等的施用對(duì)水庫飲水安全的威脅逐漸增大。各水庫發(fā)生輕度富營養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)大小依次是桓仁>烏金塘>葠窩>鐵甲>白石>柴河>宮山咀>鬧德海>湯河>大伙房>石門>碧流河>觀音閣>清河。

水庫是重要的飲用水源地涵養(yǎng)和保護(hù)區(qū)，主要作用是保障居民生活及各方面用水，因此，水庫的水質(zhì)狀況及健康一直受到公眾及管理部門的重點(diǎn)關(guān)注。近年來，遼寧省水質(zhì)普遍保持較好，但是也應(yīng)注意存在一定的富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。氮、磷是湖庫富營養(yǎng)化的主要影響因子，湖庫內(nèi)氮、磷水環(huán)境容量是水體富營養(yǎng)化的重要依據(jù)。水庫中氮磷濃度過高，且隨著植被和土壤被水淹沒，會(huì)產(chǎn)生大量有害物質(zhì)，對(duì)水庫水體富營養(yǎng)化埋下隱患。各項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入水庫的氮、磷污染主要來自于水土流失和農(nóng)業(yè)面源。因此，相關(guān)管理部門未來應(yīng)以水庫上游及周邊非點(diǎn)源為主要綜合防治對(duì)象，將入庫河流總氮、總磷作為重要控制指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)總氮、總磷負(fù)荷削減，減輕入庫氮磷負(fù)荷壓力。將脫氮除磷工藝納入污水處理廠提標(biāo)改造和新建污水處理廠建設(shè)內(nèi)容中。控制非點(diǎn)型預(yù)案污染，限制含磷化肥、合成洗滌劑、農(nóng)藥以及含磷含氮的生活污水直接進(jìn)入水體。推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)，逐年減少化肥、農(nóng)藥施用量，擴(kuò)大有機(jī)肥使用面積。開展入庫河流生態(tài)治理工程，增加森林覆蓋面積，減少地表徑流沖刷，最大限度控制營養(yǎng)鹽進(jìn)入水庫的負(fù)荷量。開展養(yǎng)殖廢水循環(huán)利用研究，減少養(yǎng)殖廢水入庫量。加大環(huán)渤海地區(qū)垃圾處理設(shè)施建設(shè)，建設(shè)批量垃圾處理廠、運(yùn)轉(zhuǎn)站，提高垃圾收集和處理率。在重要入庫河流上建設(shè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站，增加氮、磷通量監(jiān)測。重點(diǎn)對(duì)農(nóng)藥、化肥、畜禽養(yǎng)殖、村鎮(zhèn)生活排污進(jìn)行綜合施策，同時(shí)加大對(duì)入庫河流的污染防治力度，以確保全省水庫水質(zhì)持續(xù)滿足功能區(qū)使用要求，保障用水安全。