亳州城南調蓄水庫水質現狀及富營養化分析

＊張瑞麗 宋濤

（安徽省亳州生態環境監測中心 安徽 236800）

修建水庫、跨流域調水是解決水資源短缺、有效利用水資源的必然產物[1]。水庫調水在我國工農業生產以及人民生活中發揮重要作用[2]。為緩解亳州主城區地下水下降趨勢以及因受地質原因影響導致地下水氟化物超標問題，我市借助引江濟淮入亳有利時機，建成了亳州市調蓄水庫，并及時開展了城區飲用水水源置換工作。城南調蓄水庫是亳州市主城區唯一的地表飲用水源地，也是目前主城區供水的主要來源。因此確保水庫水質達標，預防水庫水體發生富營養化是水庫供水管理的核心問題[1]。筆者對2021年、2022年城南調蓄水庫水質進行評價分析，旨在對水庫供水管理及富營養化控制提供理論依據。

1.城南調蓄水庫概況

城南調蓄水庫是引江濟淮亳州城市供水項目的其中一部分，此外還有龍德加壓泵站和西淝河向亳州城區供水管道兩個部分。引江濟淮亳州城市供水項目的路徑為：將長江水引入淮河，進入西淝河，經過龍德加壓泵站，通過31km的PCCP供水管道完成向城南調蓄水庫供水。城南調蓄水庫占地面積200多公頃，位于林擁城景區南側，總庫容493萬立方米，調蓄庫容460萬立方米。2020年西淝河水經泵站進水庫，應急供水工程在全省率先通水。截至2022年底，水庫日供水量達到13.3萬噸左右，約占城區總供水量的72%。

2.城南調蓄水庫水質現狀

(1)水庫水質評價

①評價方法和數據來源

地表飲用水源地水質評價采用單因子評價法，按照《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）20項基本項目指標（水溫、化學需氧量、總氮和糞大腸菌群不參與評價），5項補充項目指標和33項特定項目指標，共計58項進行評價。自2021年4月開始，亳州市生態環境監測中心每月初對城南調蓄水庫進行例行監測，本次評價數據來源為亳州市生態環境監測中心2021年4月—2023年2月監測結果。

②水質評價結果

2021—2022年城南調蓄水庫主要監測數據及水質評價結果見表1。從表1可看出，2021年高錳酸鹽指數、氨氮和總磷指標類別為《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）II類，2022年高錳酸鹽指數和氨氮指標類別為《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）II類，總磷為Ⅲ類，其余基本項目指標兩年均達到Ⅰ類標準，5項補充項目指標和33項特定項目指標監測結果均低于標準限值，水質安全，符合集中式生活飲用水地表水源地要求。所以2021年水庫水質類別為Ⅱ類，水質總體優；2022年水庫水質類別為Ⅲ類，水質總體良好。根據評價結果，可見影響城南調蓄水庫的水質評價結果主要是總磷。

表1 城南調蓄水庫監測數據及水質評價結果

(2)水庫富營養化評價

①評價方法。生態環境部發布的《地表水環境質量評價辦法》（試行）環辦〔2011〕22號附件中規定了湖泊、水庫營養狀態評價方法為綜合營養狀態指數評價法，評價項目包括葉綠素a、透明度、高錳酸鹽指數總磷和總氮5項指標。綜合各項指標的相關權重進行計算綜合營養狀態指數TLI(Σ)。水體營養狀態見表2。

表2 水體營養狀態分級

②評價結果。2021—2022年城南調蓄水庫葉綠素a、透明度、高錳酸鹽指數總磷和總氮的監測結果及營養狀態評價結果，如表3所示。2021年春季、夏季水庫綜合營養狀態指數較低，其中春季是有監測數據以來最低，為44.1，水庫營養狀態為中營養；到了2021年秋季，水庫綜合營養狀態指數由夏季的44.9迅速增加至51.2，評價時段內達到最高，水庫營養狀態達到輕度富營養；2021年冬季至2022年冬季，水庫綜合營養狀態指數逐漸下降，在2022年夏季降至最低為45.4，之后穩定在46左右，水庫營養狀態一直為中營養。

表3 2022年城南調蓄水庫營養狀態評價

3.討論與分析

（1）水庫水質及富營養化分析。城南調蓄水庫總氮濃度除了2021年春季、夏季為《地表水環境質量標準》Ⅲ類外，其他時段水質類別在Ⅳ～劣Ⅴ類，超標倍數在0.10～1.49。水庫自例行監測以來，營養狀態除2021年秋季為輕度富營養，一直處在中營養狀態；而在2021年秋季，水庫總氮、葉綠素a濃度均達到監測以來最高值。將水庫的綜合營養狀態指數分別與總氮、葉綠素a進行線性相關性分析，與總氮、葉綠素a的相關系數分別0.967和0.911，都具有很高的正相關性（圖1、圖2）。總磷濃度范圍0.02～0.03mg/L，高錳酸鹽指數濃度范圍2.5～5.0mg/L，水質類別均在《地表水環境質量標準》Ⅱ～Ⅲ類，說明水庫總磷含量和高錳酸鹽指數評價較好。綜上，影響城南調蓄水庫富營養化狀態的主要超標污染物為總氮，導致2021年秋季輕度富營養化的指標主要是總氮和葉綠素。

圖1 綜合營養狀態指數與總氮的線性相關性

圖2 綜合營養狀態指數與葉綠素a的線性相關性

（2）葉綠素a與總氮、總磷和高錳酸鹽指數的關系。從表3水庫各項指標的監測結果可發現，葉綠素a含量與總氮濃度的變化趨勢基本一致，將水庫的葉綠素a含量和總氮濃度進行線性相關性分析，其相關系數達到0.866，具有很高的正相關性（圖2）。而葉綠素a與總磷、高錳酸鹽指數相關系數分別為0.091和0.406，有一定正相關性，但線性相關性不強。所以，葉綠素a含量在一定范圍內隨著總氮濃度升高而升高，同樣在2021年秋季葉綠素含量達到監測以來最高值。

氮、磷是藻類生長必要的營養元素，有研究認為TN/TP在10～15時最有利于藻類植物的生長[3]，通常認為，TN/TP＞14，磷是藻類生長的限制性因素[4]，TN/TP＜10，氮是藻類生長的限制性因素[5]。從表3可看出城南調蓄水庫TN/TP變化范圍為28～121，遠高于14，屬于磷限制型水庫。由于水庫營養鹽比例不均衡，總磷濃度較低而限制了藻類的過度生長，因此葉綠素a含量并沒有持續升高。

（3）營養鹽的來源分析。水庫營養鹽來源分為外源和內源兩種途徑[1,3,6]。外源主要有工業污水、流域地表徑流、降水降塵和引入源水；內源主要來自庫內底泥沉積物中營養鹽回歸及生物體的死亡分解[3,6]。

①外源輸入營養鹽分析。城南調蓄水庫是平原圍堤型水庫，不會受到工業污水及流域地表徑流污染。降水降塵中所含的N、P與人口密度和經濟發展狀況有關，城南調蓄水庫地處城南郊區，根據酸雨監測結果，本地區降水降塵中所含營養鹽較少。因此，城南調蓄水庫的氮、磷等營養物質外源輸入主要來自引入源水。城南調蓄水庫的引水水源主要是西淝河，根據可獲取的2022年西淝河茨淮新河段總氮監測數據，西淝河斷面的總氮與城南調蓄水庫總氮變化，如圖3所示，兩者變化趨勢比較一致，西淝河茨淮新河段在1月、2月總氮分別高達5.26mg/L、6.30mg/L。可見水庫的營養鹽濃度變化受引水影響。西淝河沿程周圍有大量農田，農村面源污染是氮磷營養鹽的主要來源，目前我國水污防控制措施仍是以針對點源污染為主，面源污染分布廣，防控難度大[7]。分[8]。但底泥沉積物同樣也是水體營養鹽的主要儲存庫，在一定環境條件下，底泥中營養鹽通過擴散、對流、沉積物再懸浮等過程向上覆水體釋放[9]。由于城南調蓄水庫水體交換率較高，常年呈流動狀態，且水庫新建成通水供水，營養鹽積累量相對減少，內源污染不是主要因素。但隨著水庫運行年限的增加，底泥沉積物營養鹽積累量逐年增加，水庫雖然處在中營養狀態，但已十分接近富營養化，因此關于底泥沉積物理化狀況及沉積物中營養鹽活動應引起重視，下一步可開展水庫底部沉積物對營養鹽吸附及釋放活動等相關研究。

圖3 西淝河茨淮新河段和調蓄水庫總氮濃度變化

綜上分析，目前城南調蓄水庫的營養鹽來源主要是引入水源。

4.結論

（1）2021—2022年，城南調蓄水庫水質較好，水質類別為《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）Ⅱ～Ⅲ類；除2021年秋季為輕度富營養，水庫一直處在中營養狀態。（2）影響城南調蓄水庫富營養化狀態的主要超標污染物為總氮，導致2021年秋季輕度富營養化的指標主要是總氮和葉綠素。水庫的葉綠素a含量和總氮有很高的正相關性，隨著總氮濃度升高而升高，但由于TN/TP遠大于14，屬于磷限制型水庫，葉綠素a含量并沒有持續升高。（3）含氮磷等營養鹽來源主要是引入水源，因此，加強對引入水源水質的監管，控制氮、磷等營養鹽的入庫量是防控水庫富營養化的關鍵。另外隨著水庫運行年限的增加，底泥沉積物中營養鹽活動也應引起重視。