河池市龍灘水庫水質及富營養化分析

李東霖，韋海玲

（河池水文中心，廣西 河池 547000）

1 研究背景

本文主要采用營養狀態特征指數賦分評價法對龍灘水庫汛期和非汛期水質和富營養化程度進行分析評價。龍灘水庫位于廣西河池市西北部，周邊沒有廠礦企業，工業排污程度低，近年來已禁止水面大面積網箱養魚，在禁漁期以外允許進行少量休閑垂釣。但是，龍灘水庫周邊有一些村屯，有一定量的生活污水匯入。庫區種植有少量的水稻、甘蔗等農作物，化肥和農藥的使用存在一定的農業面源污染風險，庫區內有培訓基地及少量旅游項目，有一定的旅游垃圾等地表污染風險。因此，開展龍灘水庫水質及富營養化分析，對進一步提升水質監測對水資源保護和開發利用的支撐作用具有重要意義。

2 數據與方法

2.1 研究區域的概況

選取河池市境內的龍灘水庫作為研究對象。龍灘水庫庫容為273億m3，壩址位于紅水河干流距廣西河池市天峨縣城15 km上游處，年平均蓄水量達130.8萬m3，壩址以上控制集水面積9.85萬km2，占紅水河流域面積13.83萬km2的71.2%[1～3]。紅水河隸屬于珠江流域西江水系，干流全長1573 km，流域為亞熱帶季風性氣候[4]，流經云南、貴州及廣西三省（自治區），流域地形復雜，水系發達，多年平均降水量1449 mm,徑流系數0.55[5]。壩址上游附近有布柳河、曹渡河、蒙江3大支流匯入，這3條支流的流域面積共1.8萬km2，占龍灘壩址以上集水面積的18.3%，紅水河貴州省境內最大的支流北盤江在壩址上游132 km處的左岸匯入，形成了龍灘壩址以上流域呈左寬右窄的不對稱形狀。

2.2 數據來源

（1）監測數據。對龍灘水庫開展水質監測的項目有水溫、pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數、化學需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷、總氮、銅、鋅、氟化物、硒、砷、汞、鎘、六價鉻、鉛、氰化物、揮發酚、石油類、陰離子表面活性劑、硫化物、糞大腸菌群、葉綠素a、透明度共26項。按照《水環境監測規范》（SL219-2013）要求，嚴格遵循采送樣及樣品保存轉運流程，各項數據采取相關質量控制措施，以滿足數據分析的質量要求。

（2）監測設備。在河池水環境監測中心實驗室檢測化驗過程中，主要用到原子熒光分光光度計、原子吸收分光光度計、水質參數現場測定儀、塞氏盤、紫外-可見分光光度計、流動注射分析儀、連續流動分析儀、離子色譜儀等水質監測設備，實驗用水為超純水機制備的二次水（18.25 MΩ），所用試劑均采用符合國家標準的分析純試劑。

2.3 研究方法

水庫營養狀態評價標準采用《地表水資源質量評價技術規程》（SL395-2007）；評價項目包括總磷、總氮、葉綠素a、高錳酸鹽指數和透明度5個特征參數；評價方法采用特征指數法：第一，采用線性插值法將水質項目濃度值轉換為相應賦分值；第二，按公式（1）計算營養狀態指數EI；第三，根據營養狀態指數EI確定營養狀態分級（見表1）；第四，富營養化達標評價，未達到富營養及以上的為達標，否則為不達標。

表1 水庫營養狀態評價標準及分級方法

式中：EI為營養狀態指數；En為評價項目賦分值；N為評價項目個數。

3 結果與分析

3.1 水質監測項目參數分析評價

《地表水環境質量評價辦法（試行）》（環辦〔2011〕22號）規定地表水水質評價指標為：《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）表1中除水溫、總氮、糞大腸菌群以外的21項指標。水溫、總氮、糞大腸菌群作為參考指標單獨評價（河流總氮除外）。為了深入研究龍灘水庫水質狀況，對龍灘水庫水質監測評價指標包括了表1中除水溫外的23項指標項目。龍灘水庫主要功能為發電，按地表水III類水標準評價，2020年4月（汛期）總氮項目評價為劣V類水，2020年10月（非汛期）總氮項目評價為IV類水，2次監測分析均出現了超標，超標污染物均為總氮，分別超標了1.18倍和0.26倍，其余項目均未發現異常，表明龍灘水庫汛期水質劣于非汛期水質。龍灘水庫水質監測指標統計見表2。值得一提的是，表2中還列出了葉綠素a和透明度的監測結果，其中葉綠素a是體現湖庫中初級生產力的重要指標，水生浮游植物的葉綠素a含量可以體現水體中藻類數量，可據此進一步研究龍灘水庫富營養化狀況。

表2 龍灘水庫水質監測指標統計

3.2 富營養化分析評價

水體富營養化分析評價是定量描述水體富營養化發展過程中某一階段的營養狀態。根據上文介紹的研究方法，對氮、磷等營養鹽和葉綠素a等水生生物指標的含量進行實驗室檢測分析，對龍灘水庫營養狀態進行評價。利用線性插值法對高錳酸鹽指數、總磷、總氮、葉綠素a、透明度5個監測指標進行評價項目賦分，由計算公式（1）得出2020年4月（汛期）和2020年10月（非汛期）龍灘水庫營養狀態指數EI分別為34.0、39.4，根據表1評定營養狀態均為中營養，富營養化評價均為達標。龍灘水庫富營養化分析指標統計見表3。值得一提的是，湖庫營養狀態評價項目應包括高錳酸鹽指數、總磷、總氮、葉綠素a和透明度，且葉綠素a為必評項目，為水體中存在水生藻類生物提供直接證據。

在表3中，還列出了高錳酸鹽指數、總磷、總氮、葉綠素a和透明度對應的非線性擬合結果，與線性插值法相比，2020年4月和2020年10月所計算得出的營養狀態指數EI均比線性插值法計算的結果高，表明非線性擬合與賦分值更吻合，擬合結果更加接近真實值。利用非線性對數擬合所得R平方值越接近于1表明擬合的趨勢線越可靠，相關擬合結果見圖1。由圖1可以看出，湖庫富營養化各特征值擬合后的R平方值由高到低依次為葉綠素a＞總氮＞高錳酸鹽指數＞總磷＞透明度，表明葉綠素a擬合的結果在5個特征值指標中最可靠，在湖庫富營養化評價中具有重要地位，與其為富營養化分析必評項目的要求相一致。

圖1 富營養化特征值非線性對數擬合結果

利用線性插值和非線性擬合結果，將龍灘水庫2020年4月（汛期）和2020年10月（非汛期）富營養化特征值多維數據代入平面雷達圖進行可視化分析（見圖2）。從圖2可以看出，龍灘水庫在兩次水質監測中富營養化評價均為達標，線性插值和非線性擬合結果基本一致，但不論是非線性擬合還是線性插值都表明龍灘水庫2020年10月非汛期富營養化程度比2020年4月汛期更嚴重，葉綠素a和透明度對富營養化程度貢獻較小，總磷和高錳酸鹽指數對富營養化程度貢獻較大，總氮對富營養化程度貢獻最大，透明度在汛期和非汛期變化最顯著，各特征值在富營養化貢獻的表現不均衡。

圖2 富營養化特征值線性插值與非線性擬合結果對比

4 結語

從2020年4月（汛期）和2020年10月（非汛期）的兩次監測結果來看，總氮分別超標了1.18、0.26倍，其他監測項目均未發現異常，表明龍灘水庫汛期水質劣于非汛期水質。從多因素富營養化評價結果來看，營養狀態均為中營養，富營養化評價均為達標，2020年4月營養狀態指數小于2020年10月營養狀態指數，表明龍灘水庫非汛期富營養化程度比汛期更嚴重。為了保障龍灘水庫水質安全，提以下幾點建議：

（1）加強宣傳，形成聯防聯治機制。水庫水體富營養化嚴重威脅庫區生態平衡，是導致藻類生物爆發的重要成因。針對龍灘水庫總氮營養鹽含量較高，應高度警惕富營養化程度加重的風險，加強網絡、電視、廣播、報紙等多種形式的法律知識宣傳和定向培訓，讓龍灘水庫周邊農村居民形成生態環境保護全民參與、全民監督、全民共治的良好氛圍，逐步建立庫區紅水河流域水環境水生態治理聯防聯治機制。

（2）科學防治，堅持綠色低碳發展。堅定不移地走生態優先、綠色低碳的高質量發展道路，積極優化龍灘水庫周邊農村產業結構，引進綠色農業、生態農業、現代農業新思路，發展生活旅游污水無害化處理技術和廢棄物集中多級處理工藝。合理規劃龍灘水庫庫區功能管理開發利用，逐漸減少化肥、農藥、含磷洗衣粉的施用量，控制過量的氮、磷肥料及農業生產生活廢棄物進入水庫，降低農業面源污染。加大水庫流域內植樹造林力度，增加植被覆蓋率，恢復植物多樣性，減少水土流失，涵養庫區水源。

（3）加大投入，統籌結合鄉村振興。持續強化人才、技術、資金等關鍵資源要素向生態環境保護治理基層一線集聚，對龍灘水庫庫區流域水資源進行合理規劃利用，處理好發展旅游業、水庫養殖和保護水質的關系，統籌結合鄉村振興戰略和科技資源，適當限制庫區旅游規模、限制或取消投餌量大的網箱養魚、限制垂釣和游泳，避免養殖動物排泄物和廢棄物對水庫的污染。加強庫區封育保護，提高庫區生態系統自然修復能力，定期投放濾食性魚類攝食浮游動植物，不斷凈化庫區水體。

（4）強化監管，多措并舉確保實效。有關部門應堅持問題導向、目標導向、結果導向，重點加強水庫氮源的日常監控管理，以降低庫區藻類水華爆發的風險。定期巡查并及時解決龍灘水庫庫區水環境水生態反彈問題，加強非汛期閘壩工程設施調度，改善庫區水體動力條件，避免發生非汛期水體不流動導致富營養化程度加重現象。強化水庫運行管理，必要時增大下泄流量，縮短庫區水體滯留時間，以利于減小水體富營養化程度加重的風險，維持水庫水質安全健康。