千島湖流域入庫河流與水庫水質時空差異研究

關鍵詞：千島湖；自動監測；營養鹽；時空差異；面源治理

中圖分類號：X523 文獻標志碼：B

前言

千島湖（原名新安江水庫）為1959年新安江水電站攔蓄新安江干流形成的深水水庫，2019年千島湖配供水工程建成通水，千島湖核心功能轉變為長三角地區現實飲用水源地，如何保障飲用水源安全成為頭等大事。

營養鹽超標及其引發的藍藻水華、水質異味等問題是中國水庫水源地的主要威脅，2016年以來，在千島湖新安江入庫街口斷面附近多次發生小規模藍藻水華。盡管藻類水華的發生受水文氣象影響很大，但是在降低發生風險方面，湖庫管理的重要任務就是解決水質問題，降低營養狀態指數，而解決湖庫水質問題，流域營養鹽輸入控制仍是根本之策。30年來千島湖流域開發強度增加，尤其是茶果園開發以及化肥農藥的使用產生的面源污染對人湖河流的氮磷濃度影響較大，流域大量營養鹽輸入產生嚴重的面源污染問題，造成水質下降，并成為引發水體富營養化和藻類水華暴發的重要原因之一，流域暴雨過程引發大面積的高濁度羽狀流，也對千島湖水質產生沖擊。

文章基于2022年千島湖13條主要人湖河流自動水質監測數據以及千島湖不同庫區水質自動監測站監測數據，比較不同庫區與相應河流的水質差異，闡明千島湖受人湖河流的營養鹽輸入強度影響，為流域污染控制提供科學參考。

1材料與方法

1.1千島湖概況

千島湖是典型的山谷特大型水庫，設計水位108m，庫區面積573km²，庫容量178億m³，平均水深31m，換水周期約2年。千島湖流域總面積11452 km²，其中，安徽省黃山市境內面積5 856 km²，宣城市績溪縣境內面積880 km²，約占流域總面積的60%，流域地貌以山地丘陵為主，植被覆蓋率80%以上，多年平均降雨量1733 mm。截至2020年，千島湖流域戶籍人口212萬人。

1.2監測點位

此次監測的13條河流分別為新安江、東源港、武強溪、云源港、七都源、梓桐源、郁川溪、楓林港、商家源、清平源、浪川溪、六都源、上梧溪，13條河流覆蓋千島湖入庫水量的85%以上。在千島湖庫區設置5個監測點位，分別為小金山、三潭島、大壩前、航頭島、茅頭尖，如圖1所示。其中小金山代表西北庫區，航頭島代表東北庫區，茅頭尖代表西南庫區，三潭島和大壩前代表東南庫區。監測點位信息見表1。

1.3樣品采集與分析

5個水庫監測點位為國控斷面，設有水質自動監測站，13個河流監測點位參照國家水質自動監測站的標準設有水質自動監測站，所有水質自動監測站由第三方運維單位開展標準化運維，并穩定運行1年以上。主要監測指標包含水溫、pH值、溶解氧、電導率、濁度、高錳酸鹽指數、氨氮、總氮、總磷、總有機碳及流速流量等，每4小時監測一次。其中高錳酸鹽指數采用高錳酸鉀氧化分光光度法測定，氨氮采用水楊酸分光光度法測定，總氮采用過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定，總磷采用鉬酸銨分光光度法測定。

采用自動監測數據可以彌補人工采樣頻次不足的問題，能實時監測水質變化，捕捉到流域降雨、農業施肥、河道水利施工等過程帶來的影響。

1.4數據處理

數據全部來自水質自動監測站數據采集平臺，通過SPSS19.0軟件進行數據統計分析，通過Mi-crosoft Excel工作表進行繪圖。2結果與討論

2.1河流與水庫水質年變化情況

河流與水庫各主要指標月度變化情況見圖2。

水庫高錳酸鹽指數年平均濃度為1.3±0.3 mg/L，要明顯高于河流，且夏季明顯高于其他季節，最高值出現在7月（1.8 mg/L），可能是水庫夏季藻類生物量明顯增加，向水體引入了大量的有機質。河流除冬季相對較低外，其他月份比較穩定。

水庫和河流氨氮濃度都很低，在檢出限附近，表明生活污水的排放影響較小。

河流總磷年平均濃度為0.020±0.003 mg/L，要明顯高于水庫，總磷以顆粒態為主，經過沉降和水體自凈，庫體總磷濃度明顯降低，河流和水庫月度變化情況基本一致，河流最高值出現在6月（0.027mg/L），主要受汛期降雨帶來的水土流失影響，水庫最高值也出現在6月（0.014mg/L），除受人湖河流水質影響外，也受藻類生物量增加的影響。

河流總氮年平均濃度為1.35±0.32mg/L，要明顯高于水庫，總氮以溶解態為主，河流最高值出現在2月（1.86mg/L），主要受流域農業化肥影響，汛期沖擊過后，在秋季濃度迅速下降。水庫總氮總體較為穩定，夏季濃度相對較低，可能是高溫促進反硝化作用，消耗了水庫中的氮素。

2.2河流與水庫水質相關性分析

將河流與水庫各項指標進行相關性分析，見圖3。

結果表明河流與水庫總磷指標呈顯著正相關（Plt;0.05），磷的外源輸入能迅速影響千島湖庫體，而總磷又是千島湖主要的水質定類指標，消減流域磷的輸入對千島湖水質保持和提升具有重要的意義。

河流和水庫氨氮濃度很低，在檢出限附近，相關性不顯著。總氮和高錳酸鹽指數相關性也不顯著，可能原因是除外源輸入外，還受藻類、水位、水溫、水庫換水周期等多因素影響，水庫總氮、高錳酸鹽指數的變化對于流域河流濃度變化的響應存在一定的滯后性。

2.3河流與水庫水質分區變化情況

為科學系統分析流域外源輸入對水庫的影響，對千島湖進行分區，河流按人湖口位置與水庫進行對應分區，水質結果見表2。

西北庫區對應河流總磷、總氮約為水庫的1.5和2.1倍，水庫高錳酸鹽指數和氨氮約為對應河流的1.9、1.3倍。東北庫區對應河流氨氮、總磷、總氮約為水庫的2.5、1.6和1.4倍，水庫高錳酸鹽指數約為對應河流的1.4倍。西南庫區對應河流氨氮、總磷、總氮約為水庫的1.5、1.9和2.0倍，水庫高錳酸鹽指數約為對應河流的1.4倍。東南庫區對應河流氨氮、總磷、總氮約為水庫的1.0、3.5和2.3倍，水庫高錳酸鹽指數約為對應河流的1.7倍。上述結果表明，流域來水水質明顯劣于對應的庫區，千島湖流域除新安江外，其余淳安縣境內河流大都較小，處于兩山夾一河的形態，河流兩邊農業種植多，山體陡坡多，地表徑流入河流程短，河流自凈能力小，降雨會大大增加營養鹽輸入。

2.4庫區營養鹽時空變化情況

千島湖主要營養鹽指標存在明顯的時空變化。（見圖4）

千島湖主要入境河流為西北庫區的新安江，出庫斷面為東南庫區的大壩前，東南庫區水質要明顯好于西北庫區，主要原因是新安江占西北庫區流域來水的85%左右，新安江上游有將近200萬人口，土地開發強度要高于其他流域，增加了西北庫區的污染負荷。

總磷呈現春夏季高于秋冬的現象，除汛期顆粒態磷的輸入外，藻類等浮游植物的大量生長對總磷的影響很大，空間格局上從西北庫區到東南庫區遞減。

總氮呈現冬春季節高于夏秋的現象，一是與農業生產活動密切相關，春耕時大量使用化肥會導致大量溶解性氮進入水庫，外源控制是水庫水體氮污染控制的根本策略，二是夏季高溫促進反硝化作用，消耗了水庫中的氮。空間格局上，東北庫區濃度最高，西南庫區濃度最低。

高錳酸鹽指數夏季高于其他季節，主要受藻類等浮游植物生長影響，在空間格局上，西北庫區最高，東北庫區最低。

3結論

千島湖主要13條入庫河流氨氮、總磷、總氮等平均濃度均高于水庫，相對應庫區產生較大的影響，可見流域營養鹽輸入是千島湖營養鹽的主要來源，對于千島湖營養鹽的控制，需將重點放在流域面源治理上。千島湖營養鹽指標呈現明顯的季節變化特征和空間分布差異。總氮冬春季高，主要受農業種植施肥影響；總磷春夏季高，主要受降雨和藻類生物量影響；高錳酸鹽指數夏季高，主要受藻類增殖帶來的有機質影響。在空間分布上呈現自西北向東南污染物濃度逐漸降低的規律。總的來說，西北庫區受上游新安江影響，整體水質最差，需加強區域聯動，共保水質。東南庫區經過長時間沉降和自凈，整體水質最好，同時需要注意東北庫區總氮高值，反映東北方向淳安縣境內東源港等流域面源治理任重道遠。