鬧德海水庫水質現狀評價及分析

叢 梅

(遼寧省阜新水文局,遼寧 阜新 123000)

河湖水庫水質時空變化與經濟社會可持續發展、廣大群眾飲水健康及城市供水安全息息相關[1-4]。對此,我國研究學者從不同角度開展了湖庫水質變化趨勢分析,如房孝澤等結合密云水庫/上游典型河段雨季前后水質監測資料,全面揭示了氮濃度時空變化趨勢及其主要形態;李文贊等研究分析了潮河、白河兩大干流近20a水質數據,結果發現人類活動干擾是造成TN濃度變化的主要原因;肖軍等以漁洞水庫水質監測資料為基礎,通過對比確定了重要污染因子,并結合庫區實際情況提出改善水質的有效措施;李永麗等采用水安全評價指標和季節性Kendall檢驗法,研究分析了陸渾水庫水質變化特征;王文靜等采用內梅羅法和單因子法研究揭示了丹江口水庫水質變化特征[5-8]。所以,通過研究分析可以準確掌握污染湖庫污染來源和程度,但由于缺乏系列監測資料,難以掌握水質影響因子及其時空變化趨勢,也就無法為流域控制措施的合理選擇和布設提供有效的支撐。因此,文章結合鬧德海水庫逐月水質監測資料,綜合應用衛星遙感和地理信息系統調研庫區氣象條件、重點工程、水產養殖、水生植物和經濟社會狀況,科學評價分析了庫區水質變化特征及其關鍵影響因子,旨在為保障鬧德海水庫水質安全、改善流域水環境、加強水源保護以及水污染防治等提供參考。

1 鬧德海水庫概況

鬧德海水庫建于阜新市境內柳河中游,呈西北東南向狹長形,是柳河上游唯一的大(2)型水庫。水庫控制流域6483km2,年灌溉供水量7.6×104m3,最大蓄水量2×108m3,設計洪水位189.48m,庫容1.339億m3。該水庫承擔著防洪、供水、滯沙河旅游等重要任務,水質狀況關乎居民健康和社會經濟發展。

2021年,鬧德海水庫監測項目有水位、水溫、鋅、透明度、揮發酚、鉛、溶解氧、硫化物、銅、電導率、pH值、硒、總磷、氰化物、總氮、氨氮、汞、氟化物、生化需氧量、六價鉻、高錳酸鹽指數、砷、糞大腸菌群、陰離子表面活性劑、鎘、葉綠素a、石油類27項,主要指標監測數據月變化特征如圖1所示。2021年一次都未檢出的氰化物、硒、汞、砷、鎘和鉛6項,其它大部分指標的年均值均達到Ⅱ類水標準。高錳酸鹽指數、總磷和總氮水質監測結果超標率依次為3.5%、16.1%和100%,其中總氮年均值超Ⅱ類水標準3.6倍,其濃度達到2.32mg/L。

(a)總氮

2 水庫水質評價

2.1 評價方法

單因子法主要是計算評價標準濃度與監測項目濃度之比值,將該數值與1相比較來判定超標情況和水質類別,綜合評價結果取最差水質濃度對應的類別。采用除糞大腸菌群、總氮和水溫以外的其它指標進行單因子評價,單獨評定總氮。

綜合污染指數法主要是加權計算各污染物評價標準濃度與監測濃度的比值,從而確定綜合污染指數。鑒于庫區水污染的實際情況,在綜合污染指數計算過程中選取六價鉻、生化需氧量、揮發酚、石油類、總磷、總氮、陰離子表面活性劑和高錳酸鹽指數8項主要指標[9-11]。

2.2 評價結果

2021年鬧德海水庫主要污染物指數如表1所示,結果表明各污染物的年均值均達到Ⅱ類水標準,從輕到重3個斷面污染程度排序為柳2<柳45<柳81,污染最輕和最重處為出、入庫斷面。因此,鬧德海水庫水質滿足Ⅱ類水標準,其水質狀況良好屬于Ⅰ～Ⅱ類水。單獨評價的總氮濃度達到劣Ⅴ類,該污染物超標率為100%,這是鬧德海水庫的主要污染物。

表1 2021年鬧德海水庫主要指標污染指數

由表1可知,2021年內鬧德海水庫綜合污染指數為7.85,總體較好,僅有個別污染物超過評定的類別標準,但對水體功能效應不會造成直接影響和明顯損傷,總氮是制約庫區水質的關鍵因子。

2.3 水質變化趨勢

2.3.1 水期變化

鬧德海水庫2021年平水期、豐水期和枯水期綜合污染指數如圖2所示,總氮、總磷濃度變化如圖3所示。從低到高排序為豐水期<枯水期<平水期,斷面柳2、柳45和柳81的豐水期和平水期均優于枯水期水質。斷面柳45、柳81與庫區的總磷和總氮變化特征保持一致,枯水期劣于平水期和豐水期水質;斷面柳2與庫區的總磷變化特征保持一致,而總磷表現出相反趨勢,豐水期高于平水期和枯水期[12-14]。

圖2 各水期綜合污染指數

(a)總磷

2.3.2 年際變化

鬧德海水庫2017—2021年綜合污染指數變化特征如圖4所示,結果表明2019—2021年鬧德海水庫水質有所改善,綜合污染指數表現出先增加后減小趨勢,總體降幅較小。

圖4 2017—2021年水污染指數變化特征

2017—2021年生化需氧量、總磷、總氮和高錳酸鹽指數濃度變化特征如圖5所示,結果表明2017—2020年總氮濃度逐漸上升,而2020—2021年呈現出下降趨勢;2017—2018年總磷濃度呈減小趨勢,因受洪水影響2019年總磷快速升高,之后于2020年又明顯下降,2021年總磷濃度相比于2020年有所增大。研究期間,生化需氧量、高錳酸鹽指數與總磷的變化趨勢基本相似。

(b)總磷

2.4 富營養化評價

采用綜合營養指數法和透明度、葉綠素a、高錳酸鹽指數、總氮、總磷5項指標評價鬧德海水庫的營養狀態,月變化特征如圖6。

圖6 營養指數變化特征

結果表明,葉綠素a和總氮相較于其它參數的營養指數較高,各月變化基本穩定,其對綜合營養指數的影響較高;綜合營養指數與總磷、高錳酸鹽指數、透明度的月變化規律總體一致,綜合營養指數最大值出現在水溫較高的8月份。總體上,2021年鬧德海水庫達到中營養等級,綜合營養指數平均值為39.8。

2.5 水質污染特征

鬧德海水庫2021年主要污染指標的貢獻率如下:總氮57.1%、高錳酸鹽指數9.7%、總磷9.5%、生化需氧量7.1%、揮發酚5.5%、石油類5.2%、陰離子表面活性劑3.2%、六價鉻2.7%。因此,總氮對鬧德海水庫水質的貢獻率最高達到57.1%,這是造成水體富營養化的重要指標和主要污染物。經調查發現,鬧德海水庫庫區總氮來源于上游生活源、禽畜養殖以及耕地土壤中的化肥流失等。近年來,阜新市不斷加強對上游企業的整治改造,通過對超標排放企業實施轉產或停產以及對水源地項目實施嚴格審批制度等措施,使得庫區水環境逐漸得到改善,經一系列治理保證了水庫水質,庫區水環境受工業源氮素排放的影響不大。

3 結 論

1)鬧德海水庫滿足Ⅱ類水標準,其水質狀況良好屬于Ⅰ～Ⅱ類水。單獨評價的總氮濃度達到劣Ⅴ類,該污染物超標率為100%,這是造成水體富營養化的重要指標和主要污染物。

2)2021年鬧德海水庫3個代表性斷面的污染程度排序為柳2<柳45<柳81,污染最輕和最重處為出、入庫斷面;對于各水期,從低到高綜合污染指數排序為豐水期<枯水期<平水期,斷面柳2、柳45和柳81的豐水期和平水期均優于枯水期水質。

3)2019—2021年鬧德海水庫水質有所改善,綜合污染指數表現出先增加后減小趨勢,總體降幅較小,基本滿足Ⅱ類水要求。除個別年份總磷、總氮超標外,其它指標均符合相應等級標準。2017—2020年總氮上升,而2020—2021年呈現出下降趨勢;2017—2018年總磷濃度呈減小趨勢,因受洪水影響2019年總磷快速升高,之后于2020年又明顯下降,其它指標與總磷的變化趨勢基本相似。

4)鬧德海水庫庫區總氮主要來源于上游生活源、禽畜養殖和耕地土壤中的化肥流失等。為保證鬧德海水庫供水安全,有效解決水體富營養化問題,必須加快水生態環境修復和面源污染控制。