南水入京后密云水庫水質與營養狀態分析

康 欣，王曉羽，李 淼，張 琦

(北京市自來水集團有限責任公司，北京 100085)

密云水庫是華北地區最大的水庫，是北京重要的地表飲用水水源地，也是南水北調重要的調蓄庫,擔負著北京城市生活用水的重要任務。南水進京前，水庫上游來水一直偏少，然而北京社會經濟發展快速，常住人口不斷增長，密云水庫入不敷出，水資源供需矛盾十分突出。2014年南水北調調水進京，作為北京市的主要水源，同時也是密云水庫的補水源，其水質安全受到了極大的重視。南水入庫后，密云水庫的蓄水量有明顯的提升，同時南水的進入也對密云水庫的水質、營養狀態等造成改變。

1 水量評價

水量狀況參考北京市水務局大中型水庫水情日報。收集統計2012—2021年枯水、豐水期期間固定時段的密云水庫水位及蓄水量數據如圖1所示，可以看出近年來枯、豐水期水位水量變化較為一致。2012—2015年整體水位較低，蓄水量少并呈現下降趨勢。南水入庫后，2016年起水庫水位呈快速上升趨勢，并于2019年至今保持相對穩定，水位增長近16m。2016年起密云水庫蓄水量也大幅度上升，至2021年已可達到250000萬m3，同比2015年前水量增長1倍有余。蓄水量的增加進一步確保了密云水庫在為京供水中的中堅作用，肩負起重要使命，其穩定供水的戰略作用不可替代。

圖1 2012—2021年度枯、豐水期密云水庫水位-蓄水量情況圖

2 水質評價

水質狀況采用GB 3838—2002《地表水環境質量標準》作為評價依據。水樣監測根據SL 219—2013《水環境監測規范》，每月進行水樣采集工作，所有水樣的采集均按采樣規定執行，并進行了嚴格的質量控制，確保數據的準確性。水質評價采用級指數綜合評價法，根據實測的各項指標值，對照各類標準逐項評定，此項值符合某類水質標準，即屬該類。綜合評價以所有參加評價的各項參數的最高類為該水質類別。此次對密云水庫的水質綜合評價中，總氮和溶解氧暫不計入，但會作為重要特征指標進行數據分析。

南水入庫后，如不考慮總氮和溶解氧的影響，2015—2021全年各月水質質量基本保持在Ⅰ到Ⅱ類之間，水質相對穩定。考慮到標準中的多項基本項目常年均小于檢出限或Ⅰ類水質限值，故選取重要特征指標高錳酸鹽指數、化學需氧量、總磷、總氮、溶解氧和糞大腸菌群進行時間變化趨勢分析。如圖2所示。如把總氮和溶解氧計入綜合評價的考慮范圍，由于總氮多個月份嚴重超標，全年的水質將達到Ⅳ類甚至Ⅴ類。

圖2 2015—2021年度密云水庫水質特征指標分類變化圖

從監測數據來看，常規指標如pH值，毒理學指標如砷、鎘、六價鉻、鉛、硒、汞、氰化物、氟化物等，一般化學指標如氟化物、揮發性酚類、陰離子表面活性劑、鋁、鐵、錳、銅、鋅等均符合Ⅰ類標準。

重點分析的6個特征指標中，化學需氧量常年維持Ⅰ類標準，偶有Ⅱ類的情況發生，整體情況良好。總磷及糞大腸菌群的水質情況大部分為Ⅰ類，每年中有少部分時間出現Ⅱ類情況，但都未有惡化的趨勢，南水輸水至今也沒有Ⅲ類檢出的情況，相對穩定。

高錳酸鹽指數雖沒有Ⅲ類檢出的情況，但2015年至今，被檢出為Ⅱ類的月份在不斷增多。2015—2017年36個月份的監測數據均為Ⅰ類，2018年首次檢出為Ⅱ類，但全年中的Ⅱ類水被檢出率僅占四分之一。2019年全年10個月份均被檢為Ⅱ類，2020年被檢為Ⅱ類的月份有8個。到2021年，全年中僅1個月份被檢為Ⅰ類水，故雖高錳酸鹽指數暫未發生Ⅲ類檢出的情況，但其數據確有不斷惡化的趨勢，應給予高度關注。

溶解氧指標大部分時段為Ⅰ類或Ⅱ類，滿足Ⅲ類水質標準。但多年夏季有降低的情況發生，小部分時段只能達到Ⅳ類水質標準。溶解氧的降低說明水體受到了有機、無機還原性物質污染，而溶解氧的下降利于水中部分藻類的生長，嚴重時可能還會引起魚類和浮游生物缺氧致死。

總氮是水中無機氮和有機氮的總和，是衡量水質的重要指標之一，也是水質惡化的重要因素之一。南水輸水至今，密云水庫水中的總氮大部分時段皆超過Ⅲ類標準，2019年起，部分時段甚至達到V類或劣V類。因此，對庫區水體中總氮含量的監測和控制顯得尤為重要，對庫區中可導致總氮含量升高和生活污水可能帶入的污染源要給予高度重視。

3 營養狀態評價

本文通過對水庫營養狀態的相關指標及其相互關系進行計算分析，從而對水庫的營養狀態作出判斷，并對水庫富營養化發展的可能性與趨勢進行預測。

3.1 評價參數與標準

3.1.1限制因子

水庫富營養化是一個復雜的生態過程。影響水體營養狀態的因子很多且影響程度也有差異，隨著環境條件的變化，各因子都極大可能影響水體富營養化的進程。其中限制因子為氮、磷元素，這是因為水體發生富營養化時最直觀的表現就是浮游藻類大量繁殖，藻類分子中氮、磷元素所占的重量百分比非常小，故而氮、磷元素的變化可對其生長繁殖起到主導作用。氮、磷是生物生長所必需的營養元素，農業化肥的流失、生活污水和工業廢水的不達標排放以及地表水沖刷進入水體都可能造成水庫中氮、磷的增長，氮、磷含量的增減會影響藻類的生長率，一般情況下當水體中氮、磷總量上升時，水中的藻類也會隨之大量繁殖。

3.1.2評價項目

水體營養水平主要反映在藻類數量和種類密度，考慮到各類藻中均含有葉綠素a，因而葉綠素a在水體營養狀態評價中常常作為重要指標和必評項目。考慮到水庫營養狀態的影響因素非常復雜，不同湖泊、水庫有一定差異，根據歷年的監測數據整理，此次對密云水庫的評價，選擇了最有代表性和有密切影響的葉綠素a、總磷、總氮和高錳酸鹽指數4項指標作為此次評價的評價項目。

3.1.3評價標準

湖泊(水庫)營養狀態評價標準及分級方法見表1，采用SL 395—2007《地表水水資源質量評價技術規程》作為評價指導和依據，狀態分級及評分規則參考第5章節。

表1 湖泊(水庫)營養狀態評價標準及分級方法

3.2 評價方法的選擇

采用SL 395—2007作為評價指導，評價方法參考規程中的5.2章節，選取營養狀態指數法作為評價的基本方法。

湖庫營養狀態指數評價包括以下3個步驟：

(1)水質評價項目濃度值與賦分值間的相關關系如圖3所示，采用線性插值法將各項水質評價項目濃度值轉化為賦分值，準確地進行插值計算；

(2)按圖3中的計算公式計算出各評價項目的賦分值En，根據En值和評價項目個數N計算出湖庫的營養狀態指數EI；

圖3 水質評價項目濃度值與賦分值間的相關關系

(3)參照表1，根據計算出的營養狀態指數EI確定營養狀態分級。

3.3 營養狀態評價

根據南水入庫后2015—2021年的水質檢測數據形成密云水庫營養狀態變化趨勢圖如圖4所示，可以看出影響密云水庫營養狀態的的主要因子是總磷和總氮。南水入庫后水體總氮濃度達到0.14～2.35mg/L，總磷濃度0.01～0.08mg/L，高錳酸鹽指數的濃度1.0～2.7mg/L，葉綠素a的含量相對較低，維持在0～0.0078mg/L。水庫營養狀態的評價結果表明，水庫營養狀態指數在31.5～49.4之間，雖均位于中營養狀態，但部分時段接近富營養水平。

圖4 2015—2021年度密云水庫營養狀態變化趨勢圖

3.3.1葉綠素

葉綠素a作為必評項目直觀地反映水體中藻類情況，從其變化趨勢上可以看出，2015年南水剛入庫時葉綠素a的整體評分較高，維持在中營養水平；之后每年較有規律性的在貧營養到中營養間大幅波動，整體評分維持在20分上下。

3.3.2高錳酸鹽指數

高錳酸鹽指數整體評分維持在40分上下，屬于中營養偏富水平且無顯著性波動。從整體的大趨勢上可以看出，其評分值在逐年上升。2015—2017年部分評分仍低于40，且未有超過45分的情況發生。2018年僅3個月低于40分，并且首次出現了超過45分的情況。自2019年開始，評分均在40以上，維持在45分上下微小波動且仍有升高的趨勢，應給予高度關注。

3.3.3總磷

就營養單因子評價而言，總磷的評分變化波動較大，雖大部分時段都可維持在中營養水平，但2018年出現過輕度富營養的情況，評分高達58.4分，年度單因子評分均值超過40分，處于中營養偏富水平。水體中營養物質含量豐富，能夠提供足夠的營養來源。

3.3.4總氮

總氮作為密云水庫營養源的重要監測項評分最高，大部分時間處于富營養狀態，且維持在中度富營養水平。2015—2021年水體中總氮含量的評分均值超60分，于2021年底達到最高71.2分。從具體的變化趨勢來看，如果不加以控制，總氮可能會繼續上升，加重富營養水平。因此，控制水庫中總氮的含量、減少氮污染是首要任務。

3.3.5營養狀態指數

近年來，整個庫區水體表現狀態呈中營養。但是，水庫水體中總氮、總磷濃度的持續上升使得水庫營養水平持續增加，已多次達到偏富水平，富營養化風險不斷增大，很可能導致藻類過度繁殖，破壞水體的生態平衡、降低水質質量，增加水處理的技術難度。

3.4 評價結果分析

富營養化是當前我國湖泊、水庫面臨的主要水環境問題，通過水質評價和營養狀態評價可以有效地識別湖庫的營養狀態和水體污染程度，進行富營養化防治與對策制定。由密云水庫的評價結果來看，其污染程度相對較輕，水體中的主要污染因子為氮、磷元素。總氮濃度處于較高水平，極大可能導致水體富營養化。

4 結語

(1)南水入庫后密云水庫水位和蓄水量都有大幅度的增加。蓄水量的增加進一步確保了密云水庫在為京供水中的中堅作用。并且，南水北調中線工程北京段干線檢修期間，密云水庫作為北京城市供水的主力水源，穩定供水的作用不可替代。

(2)目前南水入庫后密云水庫水質狀態良好，能滿足供水水質需要。個別指標如溶解氧、總氮的含量相對偏高，建議持續關注重點指標，做好水源水質保護和源頭管理工作。同時，繼續增強水廠接納高藻水的能力，優化除藻、除氮、除磷工藝，確保運行穩定和水質安全。

(3)庫區水體營養狀況處于中營養。歷年數據表明水體已多次達到偏富水平，富營養化風險不斷增大。這主要是由于水體中的氮磷元素含量較高，尤其是總氮的評分維持在中度富營養水平。建議采取謹慎的態度進行科學管理，減少輸入變化對水體營養狀態的改變。加大控制外源性營養物質輸入的同時，利用流行的生物和生態修復手段去除水中氮、磷營養物質，確保水體生態平衡，營養狀態維持良好水平。

(4)南水入庫后運行至今，未預料到的水質問題也在不斷暴露，新的風險仍需繼續探索。為確保水庫水的可持續利用、保障首都供水安全，應進一步收集分析多種水質數據、尋找規律，以便更好地應對各種可能發生的問題。同時，繼續加強水質監測工作和應急準備工作，完善水質監測加密制度，確保供水安全。