陸渾水庫水質趨勢分析及水環境安全狀況評價

李永麗

摘要：根據陸渾水庫2009-2015年水質逐月監測數據，應用綜合營養狀態指數對水庫營養狀態進行了分析，應用季節性Kendall檢驗法對溶解氧、高錳酸鹽指數、硝酸鹽氮、氨氮、總氮、總磷污染因子的變化趨勢進行了分析研究，并通過建立陸渾水庫的水環境安全評價指標體系，對水庫的水環境安全狀況進行了評價。結果表明：綜合營養狀態指數顯示水庫水體長期處于中營養狀態，TN是制約水體富營養化的關鍵因素，磷是陸渾水庫的限制性營養鹽；2009-2015年陸渾水庫水質狀況相對較為穩定，并有改善趨勢，基本處于較安全狀態。

關鍵詞：水質趨勢；營養狀態；安全評價；陸渾水庫

陸渾水庫位于黃河支流伊河中游，在嵩縣境內，距洛陽市67 km，控制流域面積3 492 km2（占伊河流域面積的57.9%），是一座以防洪為主的大型水庫，在防洪、發電、灌溉、供水和水產養殖等方面發揮了重要作用。

陸渾水庫是洛陽市重要的湖庫型飲用水水源地，水質的好壞與居民生活、健康息息相關。20世紀90年代以來，隨著社會經濟的發展，陸渾水庫流域的重金屬企業、種植業、畜禽養殖業、旅游業等污染物排放量增大，水體一度呈惡化趨勢。近幾年來，隨著各項水環境綜合治理措施的實施，庫區水質得到改善，但總氮含量依然超標嚴重。因此，筆者對水庫的營養化狀態進行評價，分析制約水體富營養化的關鍵因素及主要限制因子，明晰水庫水質變化趨勢和安全等級，以期為管理部門決策提供科學依據。

1陸渾水庫營養狀態評價

根據《地表水資源質量評價技術規程》（SL 395-2007）中湖泊（水庫）營養狀態評價標準及分級方法，采用總磷（TP）、總氮（TN）、葉綠素a（Chl-a）、高錳酸鹽指數（CODM）和透明度5個指標評價陸渾水庫的營養狀態。由圖1可知，陸渾水庫2009-2015年綜合營養狀態指數均小于50，水體為中營養狀態，但從總體賦分值來看，偏向于輕度富營養狀態。2009-2011年綜合營養狀態指數略有上升，2011-2015年逐步回落，但仍高于2009年和2010年。由圖2可知，TN是制約水體富營養化的關鍵因素。可見，從營養狀態指數來看，只有繼續采取措施控制水體TN的質量濃度，才能持續緩解陸渾水庫的富營養化趨勢。

氮和磷是浮游植物生長必須的營養元素。根據利比希最小因子定律，作物的最大產量受這種作物所需的、環境中非常少的、不能滿足這種作物需要的那種物質限制。判別水體富營養化限制性營養鹽的方法如下：當水體中可被水生植物直接吸收的磷的濃度小于5Ug/L時，磷是可能制約水生植物生長的限制性營養鹽；當可被水生植物吸收的氮的濃度小于20Ug/L時，氮是可能制約水生植物生長的限制性營養鹽。若氮和磷的濃度均小于上述標準。則二者都可能是限制性營養鹽；若氮和磷濃度都不低于上述標準，則可利用水體的氮磷比確定哪一種元素有可能是限制性營養鹽。陸渾水庫水體中氮含量遠高于磷含量，氮磷比大多為40-200，氮磷比過高會導致藻類大量生長，氮和磷會被大量消耗，而磷營養鹽將會被首先消耗到低值，甚至低于水生植物限制生長的含量，因此磷是陸渾水庫的限制性營養鹽。

2水質變化趨勢分析

采用季節性Kendall檢驗方法進行水質變化趨勢分析。其原理是對歷年各月的水質數據進行比較，若后面的值高于前面的值則記為正號，反之記為負號。若正號的個數比負號的多，則可能為上升趨勢，否則可能為下降趨勢；若正、負號的個數都占50%，則為無趨勢。研究選取陸渾水庫2009-2015年監測點的水質序列進行趨勢分析，明晰陸渾水庫的水質變化趨勢。

確定趨勢分析參數的主要原則是選擇在判定水質變化上有代表性的水質指標，并擁有長序列、可靠的監測數據。根據所掌握的水質監測資料，對陸渾水庫的總磷、總氮、高錳酸鹽、氨氮、溶解氧和硝酸鹽氮6個水質指標進行水質變化趨勢分析。

根據2009-2015年的水質數據，取顯著性水平a的判別標準為0.10和0.01：當a<0.01時，說明檢驗具有高度顯著性水平；當0.01≤a≤0.10時，說明檢驗是顯著的。陸渾水庫6個水質指標變化趨勢分析結果見表1，由表1可以看出，2009-2015年，陸渾水庫總氮、氨氮和高錳酸鹽濃度變化趨勢不明顯，總磷濃度呈高度顯著下降趨勢，硝酸鹽氮濃度呈顯著下降趨勢，溶解氧濃度呈顯著上升趨勢，說明2009-2015年陸渾水庫水質狀況相對較為穩定，并有改善趨勢。

3水環境安全評價

3.1水環境安全評價指標體系構建

歐洲環境署建立的驅動力-壓力-狀態-影響-響應（DPSIR）指標體系，一般用于生態系統的穩態性研究，對于災變等突發情況，在DPSIR模型中沒有反映。本文將災變風險評估的水華爆發影響因子作為水環境安全的非穩態指標，替代DPSIR中的“響應”指標，在識別DPSIR各組分問相互聯系的過程中將非穩態的災變與穩態的健康狀態結合考慮，構建包括驅動力、壓力、狀態、影響以及風險5個方案層、11項指標的水環境安全評價指標體系（見圖3）。以2015年陸渾水庫水質監測數據為例，對陸渾水庫水環境安全狀況進行評價。

各指標數據來源：月降水量根據雨量站實測數據統計得到：入庫河流和入庫排污口的點源污染是陸渾水庫的主要污染物來源，因此通過入庫河流的流量和水質監測數據、入庫排污口監測數據，計算來自入庫河流的污染物入庫量和來自點源的污染物入庫量，從而得到陸渾水庫主要污染物入庫量：水質狀態指標選擇反映水體富營養化特征的高錳酸鹽指數和總氮、總磷、浮游植物葉綠素a含量4項指標，指標數據采用每月實測數據；根據《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）評價得到陸渾水庫2015年每月的水質類別，并與《全國重要江河湖泊水功能區劃手冊》里劃定的Ⅱ類水水質目標相比，判斷其是否達標；水溫數據采用每月采樣時的實測數據，氮磷比即總氮濃度與總磷濃度的比值。

根據所構建的指標體系，對陸渾水庫2015年12個月的數據進行整理，形成原始數據，見表2。