遼寧地區16座水庫水質變化趨勢分析與風險研究

王 璐

(遼寧省生態環境監測中心，遼寧 沈陽 110061)

1 遼寧省水庫概況

遼寧省地勢復雜，水系河網密集。根據第一次全省水利普查結果發現，全遼寧省共有水庫914座，總庫容184.69億m3[1～5]。水庫具有灌溉、保障河流水量、排澇、發展國民經濟和人民安居樂業的重要作用。因此，水庫的水質狀況及變化趨勢一直以來都受到管理部門的高度重視。

遼寧省每月例行監測共16座大型水庫(庫容量大于1億m3)，總庫容量為262.93億m3。大伙房、碧流河、水豐、觀音閣、桓仁、鐵甲、石門、鬧德海、湯河、柴河、清河、白石、閻王鼻子、烏金塘和宮山咀15座水庫具有生活飲用水功能，葠窩水庫為工業和農業灌溉用水功能。2020年，監測的16座水庫總蓄水量為130.86億m3，平均蓄水率為49.8%[6～10]。

遼寧省水庫水質每月監測一次。監測項目分別為水溫、pH值、電導率、溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮、總氮、總磷、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、透明度、葉綠素a和水位共27項，碧流河水庫、大伙房水庫和水豐水庫還額外增測化學需氧量。監測方法與河流水質監測方法相同。水質評價采用《地表水環境質量標準》(GB3838—2002)中Ⅱ類標準，葠窩水庫按Ⅲ類標準評價，水溫、糞大腸菌群不參與評價，總氮單獨評價。富營養化狀況采用中國環境監測總站文件《關于印發湖泊(水庫)富營養化評價方法及分級技術規定的通知》總站生字[2001]090號中規定的綜合營養狀態指數法評價，葉綠素a、總磷、總氮、透明度、高錳酸鹽指數5項指標參與評價。按照綜合營養狀態指數，分為貧營養、中營養、富營養、輕度富營養、中度富營養、重度富營養[10～20]。

2 遼寧省水庫變化趨勢

2.1 全省水庫水質總體保持穩定

監測的16座大型水庫近年來蓄水率有所上升，2020年比2015年蓄水率上升17%，比2010年上升2.8%。全省水庫蓄水量呈逐漸上升趨勢。對2000～2020年進行監測的16座水庫水質監測數據進行分析發現，全省水庫水質保持穩定，以Ⅱ類水質為主，大部分水庫水質達到功能區使用標準。

但分析近20年數據發現，全省部分水庫總氮、總磷濃度均有所上升，其中，石門和柴河水庫總氮濃度上升趨勢最為明顯，分別上升141%和364%。桓仁和湯河水庫總磷升高趨勢較明顯，分別上升154%和567%(圖1、2)。

圖1 石門、柴河水庫總氮濃度均值變化趨勢

圖2 桓仁、湯河水庫總磷濃度均值變化趨勢

2.2 富營養化指數有所上升

16座大型水庫營養狀態均為中營養，但分析數據發現，10座水庫綜合營養狀態指數具均出現不同程度的上升趨勢。其中，桓仁水庫上升幅度最大；部分水庫綜合營養狀態指數升高明顯，存在富營養化風險；碧流河、桓仁、鬧德海、葠窩、閻王鼻子、宮山咀6座水庫近5年均有月份出現輕度富營養化現象。

如果進行總氮單因子分析，遼寧省水庫總氮污染仍較為嚴重，水庫總氮濃度均超過Ⅱ類水質標準，各年度均有水庫總氮濃度超過Ⅴ類水質標準，2020年最多。按總磷單因子評價，各年度總磷濃度以符合Ⅱ類水質標準為準，在50.0%～93.8%之間(圖3)。

圖3 全省水庫綜合營養狀態指數變化趨勢

2.3 入庫河流氮污染加重對庫區水質影響較大

對近20年的入庫河流水質進行分析發現，11座總氮濃度上升的水庫中，碧流河、大伙房、觀音閣、鐵甲、湯河和柴河6座水庫入庫河流總氮濃度出現不同程度的上升，且上升趨勢與庫區總氮濃度上升趨勢總體吻合。說明入庫河流總氮濃度上升對庫區水質產生了較大影響，是造成水庫總氮濃度上升的主要原因之一。未來應引起相關管理部門的重點關注，后續可進行進一步研究及調查，為更好地治理水庫及河流水質提供基礎支撐。

2.4 水庫風險預測研究

氮磷是湖、庫富營養化的主要影響因子，湖庫匯總氮、磷水環境容量是水體富營養化的重要依據，對水庫富營養化會產生重要的影響。水庫中氮磷濃度升高，且隨著植被和土壤被水淹沒，會產生大量有害物質，對水庫水體富營養化埋下隱患。浮游植物在發生光合作用的時候，對于氮磷吸收也是按照一定的原子比進行的，該比例為16∶1時，是藻類發生爆發性生長的必要條件[6]。同時總磷和總氮作為水生生物的重要營養物質來源，其濃度的升高會直接導致水生生物的過量繁殖，進而使水體中的溶解氧迅速被消耗，造成水體透明度下降、有機質上升，高錳酸鹽指數升高(表1)。

表1 葉綠素a與水庫理化指標相關分析

利用Pearson相關性分析和多元線性回歸分析遼寧省16座水庫監測數據，遼寧省16座水庫富營養化在不同季節的環境限制因子各有不同，但是磷、氮、水溫等均對水質富營養化具有很大影響。利用PASW 軟件的頻率直方圖和頻率描述統計功能對全省16座水庫的Chl-a含量的累計頻率分布進行數據分析，根據富營養化累計頻率分級方法，水庫富營養化風險分為5級，等級越高，表示發生富營養化的風險越大。結果顯示，各水庫發生輕度富營養化的風險大小依次是桓仁>烏金塘>葠窩>鐵甲>白石>柴河>宮山咀>鬧德海>湯河>大伙房>石門>碧流河>觀音閣>清河(圖4)。

圖4 水庫富營養化風險等級

3 結論與建議

遼寧省監測的16座大型水庫水質總體保持穩定，但總氮污染不容忽視。近年來，各年度均有水庫總氮濃度超過Ⅴ類水質標準，且超Ⅴ類標準的水庫數量逐年增多，2020年最多，達到11個。16座水庫以Ⅱ類水質為主，均為中營養，但富營養化狀態指數略有上升，存在富營養化風險，部分水庫綜合營養狀態指數已接近臨界值，總氮、總磷濃度升高。總氮、總磷主要來源于入庫河流及上游農業面源污染匯入所致，化肥、農藥等的施用對水庫飲水安全的威脅逐漸增大。各水庫發生輕度富營養化的風險大小依次是桓仁>烏金塘>葠窩>鐵甲>白石>柴河>宮山咀>鬧德海>湯河>大伙房>石門>碧流河>觀音閣>清河。

水庫是重要的飲用水源地涵養和保護區，主要作用是保障居民生活及各方面用水，因此，水庫的水質狀況及健康一直受到公眾及管理部門的重點關注。近年來，遼寧省水質普遍保持較好，但是也應注意存在一定的富營養化風險。氮、磷是湖庫富營養化的主要影響因子，湖庫內氮、磷水環境容量是水體富營養化的重要依據。水庫中氮磷濃度過高，且隨著植被和土壤被水淹沒，會產生大量有害物質，對水庫水體富營養化埋下隱患。各項研究發現，進入水庫的氮、磷污染主要來自于水土流失和農業面源。因此，相關管理部門未來應以水庫上游及周邊非點源為主要綜合防治對象，將入庫河流總氮、總磷作為重要控制指標，實現總氮、總磷負荷削減，減輕入庫氮磷負荷壓力。將脫氮除磷工藝納入污水處理廠提標改造和新建污水處理廠建設內容中。控制非點型預案污染，限制含磷化肥、合成洗滌劑、農藥以及含磷含氮的生活污水直接進入水體。推廣生態農業，逐年減少化肥、農藥施用量，擴大有機肥使用面積。開展入庫河流生態治理工程，增加森林覆蓋面積，減少地表徑流沖刷，最大限度控制營養鹽進入水庫的負荷量。開展養殖廢水循環利用研究，減少養殖廢水入庫量。加大環渤海地區垃圾處理設施建設，建設批量垃圾處理廠、運轉站，提高垃圾收集和處理率。在重要入庫河流上建設水質自動監測站，增加氮、磷通量監測。重點對農藥、化肥、畜禽養殖、村鎮生活排污進行綜合施策，同時加大對入庫河流的污染防治力度，以確保全省水庫水質持續滿足功能區使用要求，保障用水安全。