山美水庫水質指標特征分析和生態調控效果評價

王江濱

（泉州市山美水庫水資源調配中心，福建 泉州 362000）

1 前言

1.1 我國水庫水質安全現狀

水庫水資源是城市供水的重要來源之一，對人類社會的生存和發展具有舉足輕重的作用，但是隨著經濟發展、城市化進程的加快，這一重要資源正在遭受極大的危害[1]。據統計，我國66%以上的湖泊、水庫處于受污染的狀態下，其中主要是水體的富營養化，而重度富營養和極端富營養的比例占22%，由此導致一些重要城市的供水水庫如于橋水庫、高州水庫、山仔水庫等均曾發生過藍藻水華問題，水華不僅會誘發藻毒素污染水質、空氣，還可能導致水生物種死亡，威脅水生態系統的安全和穩定，我國的湖泊與水庫呈現富營養化、面臨水華風險成為現在與今后很長時間內的重大水環境問題[2-7]。

1.2 研究對象概況

山美水庫位于泉州市西北部，處于晉江東溪中游，集水面積1 023 km2，是一座具有防洪、供水、發電、灌溉及生態保護等功能的綜合性大（Ⅱ）型水利樞紐工程，總庫容6.55億m3，擔負著下游600多萬人口供水安全的重任，被譽為“泉州人民的生命庫”和“泉州的生態調節器”。同時，山美水庫也是金門供水工程的水源地，自2018年8月5日正式通水，實現了“兩岸一家親，共飲一江水”的愿景。自2020年8月起，山美水庫還承擔著向泉惠、泉港石化基地輸水供水的重要任務。近年來，隨著周邊社會經濟的快速發展，山美水庫供水已成為晉江下游各項事業發展的基礎保障。近年來，山美水庫的水質狀況受到越來越多的重視，隨著集水區經濟社會發展，庫區面臨的富營養化壓力逐漸升高，季節性水華風險增大，控制總氮等營養源、優化水生生物群落結構、降低水華風險成為山美水庫的重點課題。

目前富營養化治理手段和方法多樣，常用的有物理化學方法，在一些處理實踐中取得了良好的效果，但也存在明顯缺點，例如常用的物理方法底泥疏浚會對底棲環境產生一定的影響，治理工程中產生的底泥處理不當會造成二次污染；化學方法中使用的某些化學藥劑具有毒性，也存在二次污染的隱患；生態修復系統是基于近幾年國內外發展較快的生物-生態方法提出的，可以彌補物理、化學手段治理的不足，具有持久性、穩定性和經濟性[8-9]。

以漁治水生態調控就是一種生態修復手段，通過魚類調節上行和下行效應強度，調整湖泊生態系統結構和能量流動，進而調控湖泊生態系統，例如調控食魚性魚類的生物量、調控濾食性魚類的生物量、調控草食性和底層性魚類的生物量以及復合調控。山美水庫委托專業研究機構在全面評估山美水庫漁業資源及水環境變化規律的基礎上，規劃開展2020年-2025年以漁治水生態調控項目，逐年提出魚類的增殖和捕撈策略，包括鰱鳙增殖和兇猛性魚類放流增殖，按季度跟蹤監測水生生物與水環境動態，以期優化生態系統結構功能，改善提升水庫水質。

1.3 研究目標及內容

本文以山美水庫以漁治水生態調控前（2019年）和實施一年后（2020年）的水質監測結果為依據，從時間、空間比對庫區水質指標pH值、總氮（TN）、總磷（TP）、高錳酸鹽指數（CODMn）、葉綠素a（CHL.a）、透明度（SD）、綜合營養狀態指數、藻密度的變化趨勢，分析評價水庫進庫、出庫區域水質指標時空變化特征和綜合營養狀態；比對分析前后兩年國控點實時監測的pH值和人工監測庫面6個點位的藻密度、葉綠素a（CHL.a），評價以漁治水生態調控的效果，以期為水庫生態環境評價、恢復和建設提供參考依據。

2 材料與方法

2.1 監測指標

p H 值、總氮（T N）、總磷（T P）、高錳酸鹽指數（CODMn）、葉綠素a（CHL.a）、透明度（SD）、藻密度。

2.2 監測時間及頻次

2.2.1 常規人工監測時間

2019年至2020年期間，每年3、5、7、11月份對水庫進庫口和出庫口表層、中層水體進行人工采樣監測pH值、TN、TP、CODMn，表層監測CHL.a、SD。

2.2.2 藻密度、CHL.a委托監測時間

2019年至2020年期間，每年7、8月份委托中科院城市環境研究所對水庫庫面表層水體6個點位的藻密度、CHL.a進行人工采樣監測2-3次，當月同點位取算數平均值。6個點位包括 SM01（國控點）、SM02（山美工區）、SM03（新營）、SM04（雙溪口）、SM05（金圭）、SM06（碼泗）（見圖 1所示），其中SM01和SM02位于出庫區域，SM03、SM04、SM05位于庫心區域，SM06位于進庫區域。

圖1 采樣標識圖

2.2.3 國控點pH值實時監測

自2018年5月起，山美出庫區域的國家地表水考核斷面水質自動監測站山美水庫庫心水站（簡稱“國控點”）開始運行，包括pH值等11個監測項目，每4小時監測一次表層水樣（國控點位見圖1所示）。

2.3 采樣及分析方法

2.3.1 常規人工監測采樣

采樣及分析方法按國家《水和廢水監測分析方法（第四版）》《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）以及《湖泊（水庫）富營養化評價方法及分級技術規定》中的有關規定執 行[10-12]。

2.3.2 藻密度、CHL.a委托監測采樣

（1）藻密度采樣和計數

在采樣點采集水面下0.5 m深度水樣，循環拖動至少5 min，將1 L水樣轉入采樣瓶中，固定、靜置、濃縮后進行定量鑒定。

吸取0.1 mL濃縮后樣品，制成臨時玻片，置于熒光正置顯微鏡下觀察，放大倍數10×40，依據形態結構、生活習性等進行藻類鑒定，并參照《中國淡水藻類：系統、分類與生態》和《中國淡水藻志》進行物種鑒定和豐度統計[13]。

定量計數的結果依據下列公式計算得藻類豐度：

N式中：N—藻類豐度，CS—計數框面積（mm2），FS—每個視野面積（mm2），Fn—計數過的視野數，V—一升水樣經沉淀濃縮后的體積（mL），U—計數框的體積（mL），Pn—計數的藻類個數。單個細胞藻類豐度即為細胞密度；絲狀或群體藻類計算群體細胞平均值，乘以藻類豐度可到藻類細胞密度。

(2)葉綠素a采樣與計算

按照GB/T14581、HJ/T91和HJ494中的相關規定進行樣品的采集與計算。

2.3.3 國控點pH值實時監測采樣

國控點pH值固定采集水面下0.5 m深度水樣，剔除無效值后，當天各次有效值取算數平均值為當天的pH值，比對2019年和2020年5-9月每天pH均值。

2.4 數據處理方法值的

利用Excel軟件進行統計分析。

3 結果與分析

3.1 常規人工監測數據分析

3.1.1 水庫水環境污染指標時空變化

分析2019-2020年3、5、7、11月山美水庫進口和出口表、中層對應的pH值、TN、TP、CODMn時空變化特征（見圖3.1-1，3.1-2，3.1-3，3.1-4），表明：

圖3.1-1 pH值時空變化

圖3.1-2 TN時空變化

圖3.1-3 TP時空變化

圖3.1-4 CODMn時空變化

（1）pH值時空變化特征

5、7月份出庫表層pH值這兩年都超過9.0，從3月起pH值整體呈增長趨勢至7月峰值，這主要是天氣回暖，在溫光適宜、營養充足的條件下藻類生長旺盛，光合作用導致；11月份表中層的pH值在最佳區間7.0左右小幅波動，為四個監測月份最低值；從時間上看夏季初秋時期為表層pH值高位即藻華風險期，該時期應加強監測預警。

各時段表層pH值均大于中層pH值，尤其3、5、7月更為顯著，主要是表層光照充足，有利藻類光合作用、生長繁殖；中層pH值均沒有超過9.0，說明水庫中下層供水的pH值在達標區間。

（2）TN時空變化特征

時間上總體呈現3、5月份TN高，7、11月份TN較低的趨勢，可能是3月起降雨增多，降雨淋溶上游農田果園肥料、雨污裹挾入庫，造成TN高于其他時段。

空間上總體為TN進庫大于出庫區域，說明主要污染源為上游入庫進入水庫；進庫區域上中層濃度接近，主要是入庫區域水較淺，水上下混合；出庫區域上層TN低于中層，估計是表層藻類等浮游植物吸收凈化所致。

2019年TN均值2.24 mg/L，2020年TN均值2.25 mg/L，都為劣Ⅴ類，水庫受上游污染的形勢依舊嚴峻。

（3）TP時空變化特征

時間上總體呈現5、7月份TP高，3、11月份TP較低的趨勢，可能與5、7月份降雨增多，淋溶裹挾入庫且入庫水量較大，磷酸鹽沉降相對較慢有關。

空間上總體為TP進庫大于出庫區域，說明主要污染源為上游入庫進入水庫；進庫區域中層TP濃度接近或高于表層，可能是進庫區域TP開始鈣化沉降有關；出庫區域TP上層與中層接近幾乎都在0.025 mg/L（Ⅱ類）以下，說明出庫區域TP中上層濃度較均勻。

2019 年進庫TP 均值0.037 mg/L，2020 年TP 均值0.034 mg/ L，都為Ⅲ類，因為磷酸鹽易形成磷酸鈣磷酸鎂析出沉降，所以此水體指標反映污染情況不明顯。

（4）CODMn時空變化特征

CODMn時間上總體呈現5、7月份高，3、11月份較低的趨勢，可能是5、7月份降雨增多，淋溶裹挾入庫了還原性物質。

CODMn空間上總體為進庫大于出庫區域，說明主要污染源為上游入庫進入水庫；表層濃度總體高于中層，可能是還原性物質較輕，懸浮于上層水體有關。

2019年進庫CODMn均值1.9 mg/L，2020年CODMn均值1.7 mg/ L，都為Ⅰ類。

3.1.2 水庫水環境富營養化指標時空變化特征

分析2019-2020年3、5、7、11月山美水庫進口和出口表層CHL.a、SD，并結合上述CODMn、TP、TN計算水體營養狀態指數TLI時空變化特征（見圖3.1-5，3.1-6，3.1-7），表明：

圖3.1-5 CHL.a時空變化

圖3.1-6 SD時空變化

圖3.1-7 TLI時空變化

（1）CHL.a時空變化特征

CHL.a時間上總體呈現5、7月份高，3、11月份較低的趨勢，與藻類生長旺盛期相關，與pH值的時間變化特征相契合。

CHL.a空間上總體呈現進上＞進中＞出上＞出中，主要原因是進庫區域水淺，水流動性差，藻類生長旺盛強于出庫區域。

2019年進庫CHL.a均值13.8 ug/L，2020年進庫CHL.a均值12.9 ug/L；2020年出庫CHL.a均值7.0 ug/L，2020年出庫CHL.a均值6.6 ug/L，水質穩中向好發展。

（2）SD時空變化特征

SD時間上呈現5、7月份低，3、11月份高的趨勢；SD空間上出庫均高于進庫，此與藻類生長旺盛期相關。

2019年進庫SD均值1.5 m，2020年進庫CHL.a均值1.6 m；2020年出庫SD均值2.1 m，2020年出庫SD均值2.2 m。

（3）TLI時空變化特征

TLI時間上呈現5、7月份高，3、11月份低的趨勢，出庫區域特征更顯著；空間上進庫均大于出庫；TLI和pH值、TN、TP、CODMn、CHL.a呈正相關變化特征，和SD呈負相關變化特征。

2019年進庫TLI均值45.3，2020年進庫TLI均值43.9；2020年出庫TLI均值31.2，2020年出庫TLI均值37.8，根據營養狀態等級判斷，水庫處于中營養狀態。

可以說明，水庫受上游污染的形勢依舊嚴峻，水庫處于中營養狀態。外防輸入、控源截污是提升水庫水生態的根本，內部提升水庫水環境生態修復能力，開展生態保護措施必要且迫切。

3.2 藻密度、CHL.a委托監測

2019年-2020年，每年7、8月份委托中科院城市環境研究所對水庫庫面表層水體6個點位的藻密度、CHL.a進行人工采樣監測2-3次，當月同點位取算數平均值，比對計算差值，同比情況，對比時空分布特征（見圖3.2-1，3.2-2）。

圖3.2-1 藻密度時空變化（cells/L）

圖3.2-2 CHL.a時空變化（ug/L）

3.2.1 藻密度

對比7月份，2019年7月藻密度均值1.52×107cells/L，2020年7月藻密度均值1.4×107cells/L，同比降4.0%；除SM01點位2020年藻密度高于2019年，其余均比2019年低，各點位藻密度同比降低17.7%-50.0%。

對比8月份，2019年8月藻密度均值1.75×107cells/L，2020年8月藻密度均值2.70×106cells/L，同比降87.6%；2020年全部6個點位藻密度均比2019年低1個數量級，各點位藻密度同比降低79.5%-87.6%。

3.2.2 CHL.a

對比7月份，2019年7月 CHL.a均值19.77 ug/L，2020年7月CHL.a均值8.72 ug/L，同比降55.9%；2020年全部6個點位CHL.a均比2019年低，各點位CHL.a同比降低25.4%-74.1%。

對比8月份，2019年8月 CHL.a均值14.78 ug/L，2020年8月CHL.a均值6.76 ug/L，同比降54.3%；2020年全部6個點位CHL.a均比2019年低，各點位CHL.a同比降低47.6%-74.5%。

從藻密度、CHL.a同比降幅可以說明，2020年7、8月水庫的藻密度相比2019年同期，得到很好控制，取得顯著成效。

3.3 國控點pH值實時監測采樣

國控點自動監測pH值，剔除無效值后，當天各次有效值取算數平均值為當天的pH值，比對2019年和2020年5-9月每天pH值均值，計算每月pH值超過9.0的天數和當月峰值（見表3.3-1），結果如下：

表3.3-1 pH值超標天數和峰值

2019年和2020年的5、6、7月pH值超標天數相當，2019年5、6月超標峰值較2020年同期高；2019年8月pH值超標天數25天、峰值9.50，2020年pH值超標天數3天、峰值9.19；2019年9月超標天數13天、峰值9.39，2020年無超9.0天數、峰值8.82。

可以說明，2020年pH值的超標天數比2019年有了顯著縮短，峰值也逐月降低。

綜上所述，在2019、2020年入庫污染源相對穩定，水庫處于中營養狀態下，通過實施以漁控藻、以漁治水項目，2020年7、8月水庫的藻類得到很好控制，表層pH值、CHL.a、藻密度等指標進一步向好發展，取得顯著成效。

4 結語

本研究主要得到以下結論：

（1）時間上，夏季初秋時期為表層pH值高位即藻華風險期，該時期應加強監測預警。

（2）空間上，TN進庫和年均值兩年都為劣Ⅴ類，TP進庫濃度Ⅲ-Ⅳ類，主要污染源由上游帶入，水庫受上游污染的形勢依舊嚴峻。控源截污是提升水庫水生態的根本。

（3）TLI和pH值、TN、TP、CODMn、CHL.a呈正相關變化特征，和SD呈負相關變化特征。這兩年水庫TLI均值在31.2-45.3，水庫處于中營養狀態。提升水庫水環境生態修復能力，開展生態保護措施必要且迫切。

（4）從比對藻密度、CHL.a和國控點表層pH值實時數據，可以說明通過2019年底開始實施的以漁控藻、以漁治水項目成效明顯，調控藻類、促進水體酸堿平衡初見成效。

因水庫水體受多因素影響，本研究時間周期較短、實驗數據不夠全面，結論觀點有待進一步驗證。