桃溪水庫水質監測與評價

桂洪杰，張建興，金圣淞，崔釗銘，郭澤宇

（1.廈門大學嘉庚學院環境科學與工程學院，福建 漳州 363105；2.寧德市古田環境監測站，福建 寧德 352200）

黨的十九大報告明確指出，“帶領人民創造美好生活，是我們黨始終不渝的奮斗目標”。飲用水安全作為關系到民生的重要問題，其水源地水體水質的監測與評價就顯得尤為重要。桃溪位于福建省寧德市古田縣，全長30 km，流域面積159 km2，屬于閩江水系中古田溪的重要支流之一。桃溪水庫是古田縣城市供水的水源地，壩址位于古田縣桃溪村上游約3.5 km處的桃溪中段，總庫容370萬m3，年平均徑流量3940萬m3。水庫中含有的淤泥，大氣降塵，通過地表徑流從土壤中溶解、運輸并最終水庫水體的各種有機和無機物質均會水庫水質產生嚴重的影響[1-3]。桃溪水庫作為古田縣及周邊鎮區約7萬人生活用水的水源地，其水質的監測與評價不僅可為居民的飲用水安全提供一定的數據支持，而且可為水庫水質的預測及水源地污染防治對策的制定提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 采樣點的布置及監測頻次

本研究數據主要提取自寧德市古田環境監測站，采樣點布設在古田縣城關水廠桃溪水庫取水口（26°41′03.9″N、118° 42′ 23.4″ E），2013-2018年每月月初隨機采樣一次（其中2013和2014年為奇數月份）。樣品的采集、處理、保存和試驗均嚴格按照《環境水質監測質量保證手冊》（第二版）中的要求進行[4]。

1.2 監測指標和方法

水樣中pH、溶解氧（DO）和透明度等指標利用便攜式水質檢測儀和薩氏透明度盤（SD20）現場測定，高錳酸鉀指數（CODMn）、生化需氧量（BOD5）、總氮（TN）、總磷（TP）和葉綠素a等指標分析方法如表1所示。

表1 水質測定指標及分析方法

1.3 水質評價

桃溪水庫水質評價主要采用單因子評價法、單項污染指數法和綜合污染指數法進行評價；水庫水質變化及分析依據是《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）[5]。水庫的富營養化評價主要采用《地表水環境質量評價辦法（試行）》（環辦[2011]2號）推薦的綜合營養狀態指數法（TLI）對湖泊（水庫）營養狀態進行分級，本辦法選取葉綠素a（chla）、TP、TN、透明度（SD）和CODMn等5項指標作為評價因子[6]。該綜合營養狀態指數法（TLI）對湖泊（水庫）營養狀態進行的分級如下：TLI＜30為貧營養；30≤TLI≤50為中營養；TLI＞50為富營養。在同一營養狀態下，綜合營養狀態指數越大，其營養程度越高。

2 結果與分析

2.1 桃溪水庫水質等級評價

表22013-2018年桃溪水庫水質監測結果

為探討桃溪水庫2013-2018年的水質變化，筆者匯總了各年份pH、DO、SD、CODMn、BOD5、TN、TP和chla等水質指標的最大值、最小值以及平均值，如表2所示。由表2可知，近六年來，桃溪水庫的pH均在6～9范圍內，滿足《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）的各類標準要求；溶解氧濃度的最小值均大于6 mg/L，滿足II類標準；CODMn最大值均小于4 mg/L，滿足II類標準；BOD5最大值均小于3 mg/L，滿足II類標準；TN最大值均小于1 mg/L，滿足III類標準；TP最大值均小于0.05 mg/L，滿足III類標準。依據地表水水域功能和保護目標，桃溪水庫水質執行《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中的II和III類功能區標準限值要求。

此外，通過對各年份水質指標污染指數的分析，筆者發現，2013-2016年桃溪水庫CODMn、BOD5、TN和TP污染指數均小于1，滿足地表水水域功能區III類要求。而通過選取pH、溶解氧、高錳酸鹽指數、生化需氧量、氨氮、揮發酚、汞、鉛、石油類等9項進行的綜合指數的計算（數據未列出），筆者發現2013-2018年綜合污染指數范圍為0.26～0.32，由此說明桃溪水庫水質較好，各指標檢出值在標準限值內。方春霞等利用單因子評價法和單項污染指數法對2014-2016年滁州市沙河集水庫水質狀況進行了評價，發現沙河集水庫水質總體處于Ⅱ～Ⅲ類[7]。而其單項污染指數在0.25～0.60范圍之內，與本研究結果相似，說明兩個水庫水質狀況較為相近。

2.2 桃溪水庫主要水質指標的變化

為進一步探討桃溪水庫主要水質指標CODMn、BOD5、TN、TP和chla在2013-2018年各月份的變化情況，筆者繪制了其相應的變化圖，如圖1所示。

由表2和圖1可知，各主要水質指標濃度均呈年度周期性的變化，庫區水體CODMn的濃度變化范圍是0.76～3.50 mg/L，2013-2018年均值分別為1.50 mg/L、1.67 mg/L、1.48 mg/L、1.51 mg/L、2.19 mg/L和2.31 mg/L，均滿足地表水環境質量標準中的II類標準。庫區水體BOD5的濃度變化范圍是0.47～2.70 mg/L，2013-2018年均值分別為0.78 mg/L、0.88 mg/L、1.02 mg/L、1.03 mg/L、1.11 mg/L和1.55 mg/L，均滿足地表水環境質量標準中的II類標準。

庫區水體TN的濃度變化范圍是0.14～0.95 mg/L，2013～2018年均值分別為0.39 mg/L、0.39 mg/L、0.37 mg/L、0.39 mg/L、0.42 mg/L和0.56 mg/L，均滿足地表水環境質量標準中的III類標準。庫區水體TP的濃度變化范圍是0.011～0.050 mg/L，2013-2018年均值分別為0.02 mg/L、0.02 mg/L、0.02 mg/L、0.02 mg/L、0.02 mg/L和0.03 mg/L，均滿足地表水環境質量標準中的III類標準。

庫區水體葉綠素a的濃度變化范圍是0.42～9.00 mg/L，2013-2018年均值分別為2.64 mg/L、3.63 mg/L、4.41 mg/L、3.48 mg/L、3.61 mg/L和5.82 mg/L。此外，2013-2018年，庫區水體pH年均值分別為7.0、7.0、7.2、7.2、7.8，DO年均值分別為8.10、8.89、8.83、8.43、8.07、8.49、8.69，均滿足地表水環境質量標準中的I類標準。庫區水體透明度2013-2018年均值分別2.3 m、2.0 m、1.8 m、1.8 m、1.7 m和1.7 m。由此可以發現，上述各指標雖然變化趨勢有所差異，但總體呈現水質變差的趨勢，且2018年各項指標所表征的庫區水體的污染程度明顯高于2013-2017年。這可能是由于降雨期地表徑流沖刷土壤（農田和森林），將土壤中含有的外源性物質（化肥和植物落葉等含有可溶性物質）沖刷進入水庫所致。而各指標的最大值基本出現在每年的4-9月份，該時段正是該區域的梅雨和臺風季節，降雨量占全年降雨量的64%～70%[8]。

圖1 桃溪水庫2013-2018年水質指標CODMn、BOD5、TN、TP和chla的變化

2.3 桃溪水庫營養化狀態評價

根據綜合營養狀態指數法（TLI）計算得出，桃溪水庫2013-2018年平均綜合營養狀態指數分別為29.2、32.2、32.2、31.8、34.3和38.3，即桃溪水庫的營養化狀態由貧營養逐步轉化為中營養。為深入探究桃溪水庫近六年來營養化狀態的標化趨勢，筆者匯總了2013-2018年各月份（2013和2014年為奇數月份）的營養化狀態指數，如圖2所示。

由圖2可知，2013-2018年間桃溪水庫綜合營養狀態指數在24.1～44.0之間波動，無富營養狀況的出現，但其隨時間變化呈現上升的趨勢，說明桃溪水庫受人類活動影響較小，水質較好，但仍存在富營養化趨勢的風險。此外，各年份TLI的最大值基本出現在7-9月份，而這可能是由于降雨形成的地表徑流將水庫周邊土壤中（農田和森林）含有的有機或無機物質溶解、運輸并最終帶入水庫所致。武暕利用綜合營養狀態指數法對湯河水庫2002-2017年的綜合營養狀況進行了研究，發現其營養狀態指數在17～50之間波動，湯河水質良好[9]。張紹斌等將利用綜合營養狀態指數對化成水庫2014-2016年不同月份的營養狀態進行了分析，并得出水庫的營養化狀態處于中營養狀態[10]。

圖2 桃溪水庫2013-2018年綜合營養狀態指數變化

水庫氮磷比值的變化是水庫營養結構的關鍵表征，其在一定程度上可以影響營養物質對水庫的輸入，進而改變水體的結構[11]。桃溪水庫2013-2018年TN/TP的變化如圖3所示。

圖3 桃溪水庫2013-2018年[TN/TP]變化

由表2和圖3可知，桃溪水庫[TN]/[TP]年平均值在17.3～22.8范圍內波動，而2013-2018年各月份的最大值41.4，最小值為7.2，且絕大多數月份的值大于13。而小于13的點多出現在12月至2月，這可能是由于該季度降水的減少導致的。根據張思沖等的研究，[TN]/[TP]≤13為氮限制水體，[TN]/[TP]≥13為磷限制水體，且其所研究的二龍山水庫屬于磷限制水體[11]。由此可得，桃溪水庫屬于磷限制水體，TP可能是浮游植物生長的限制因子。此外，方春霞等利用該比值對滁州市沙河集水庫進行研究，也發現了相同的結論[7]。

3 結論

本研究利用桃溪水庫2013-2018年的監測數據對其水質指標的變化及水體的營養狀態進行了分析與評價。研究結果表明，桃溪水庫水質良好，桃溪水庫水體CODMn和BOD5的濃度變化范圍是0.76～3.50 mg/L和0.47～2.70 mg/L，滿足地表水環境質量標準中的II類標準；TN和TP的濃度變化范圍是0.14～0.95 mg/L和0.011～0.050 mg/L，滿足地表水環境質量標準中的III類標準；桃溪水庫的CODMn、BOD5、TN、TP和chla等水質指標濃度呈現年度周期性變化，且水質有變差的趨勢，而桃溪水庫綜合營養狀態指數在24.1～44.0波動，無富營養狀況的出現，處于中營養水平；桃溪水庫[TN]/[TP]年平均值在17.3～22.8范圍內波動，且絕大多數月份的值大于13，因此桃溪水庫屬于磷限制水體。