雷俊山 王順天 賈海燕 徐建鋒

摘要：為研究長江流域水庫營養(yǎng)化現(xiàn)狀，對(duì)長江流域345個(gè)重要水庫水質(zhì)及富營養(yǎng)化狀況進(jìn)行了調(diào)查研究。結(jié)果表明：長江流域水庫營養(yǎng)化狀態(tài)以中營養(yǎng)和輕度富營養(yǎng)為主，分別占評(píng)價(jià)總數(shù)的73.44%和21.15%。中度富營養(yǎng)化水庫占比較小，主要出現(xiàn)在岷沱江、嘉陵江和烏江水資源二級(jí)區(qū)。三峽水庫干流營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)總體偏低，以中營養(yǎng)和輕度富營養(yǎng)狀態(tài)為主;支流營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)較高，以輕度富營養(yǎng)和中度富營養(yǎng)狀態(tài)為主，呈現(xiàn)出自庫尾至壩前逐漸降低的趨勢(shì)。丹江口水庫庫灣水質(zhì)總體良好，以Ⅱ-Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為主，營養(yǎng)化狀態(tài)以中營養(yǎng)狀態(tài)為主，泗河庫灣在春秋季處于中度富營養(yǎng)狀態(tài)。近年來，漢江水華發(fā)生頻率增加，范圍擴(kuò)大，除氮磷生源要素、水文要素和氣候因素外，河流藻類來源與聚集，以及早春良好的光照等氣候條件也是水華暴發(fā)成因之一。

關(guān)鍵詞：水庫富營養(yǎng)化;水庫水質(zhì);調(diào)查與評(píng)價(jià);營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法;長江流域

中圖法分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.01.014

文章編號(hào)：1006-0081（2020）01-0078-06

水庫對(duì)調(diào)節(jié)流域生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用。與河流相比，水庫水流流速較小，營養(yǎng)鹽易在水體中累積，造成水體富營養(yǎng)化[1-3]。水體富營養(yǎng)化可導(dǎo)致水庫水質(zhì)惡化，影響供水。富營養(yǎng)化水體發(fā)生藍(lán)藻水華形成藻毒素，對(duì)人類和生態(tài)系統(tǒng)造成傷害，且會(huì)對(duì)農(nóng)田灌溉及景觀功能產(chǎn)生影響[4-6]。長江流域水庫富營養(yǎng)化已有大量的研究成果。王孟等[7]對(duì)長江流域27座大型水庫富營養(yǎng)化特征進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)水庫富營養(yǎng)化與水庫類型、水庫流域位置和水庫功能有關(guān)。邱光勝等[8]對(duì)三峽庫區(qū)支流富營養(yǎng)化狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明庫區(qū)支流主要處于中營養(yǎng)狀態(tài)。雷沛等[9]對(duì)丹江口水庫典型人庫支流富營養(yǎng)化進(jìn)行評(píng)價(jià)表明，丹江口水庫人庫支流處于富營養(yǎng)化狀態(tài)。近年來隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，長江流域水庫富營養(yǎng)化形勢(shì)嚴(yán)峻。目前的研究多聚焦于大型水庫的營養(yǎng)化狀態(tài)分析，未能體現(xiàn)整個(gè)長江流域水庫的營養(yǎng)化現(xiàn)狀。本文基于長江流域345個(gè)重要水庫數(shù)據(jù)對(duì)長江流域水庫營養(yǎng)化總體狀況進(jìn)行分析，并著重對(duì)三峽水庫和丹江口水庫的營養(yǎng)化狀態(tài)進(jìn)行分析，以為治理水體富營養(yǎng)化，防治水華暴發(fā)提供理論及技術(shù)支撐。

1 數(shù)據(jù)來源與評(píng)價(jià)方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文收集了長江流域2016年和2017年345個(gè)重要水庫以及2008～2016年三峽水庫的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)數(shù)據(jù)。2017年春季和秋季對(duì)三峽水庫朝天門、寸灘等6個(gè)干流采樣點(diǎn)和御臨河、烏江等29條支流采樣點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)采樣分析。2017年春、夏、秋和冬季對(duì)丹江口水庫柳坡鎮(zhèn)、泗河等11個(gè)水庫庫灣的總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a和透明度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和采樣分析。

1.2 評(píng)價(jià)方法

水質(zhì)評(píng)價(jià)以SL 395-2007（地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》和GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》為依據(jù)。三峽水庫干流具有河道特征，總磷按照河流標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行評(píng)價(jià);支流水流較緩，具有湖庫水流特征，總磷按照湖庫標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行評(píng)價(jià)。富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)依據(jù)SL395-2007《地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》中的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法。

2 結(jié)果與分析

2.1 長江流域水庫富營養(yǎng)化狀況

2.1.1 現(xiàn)狀

長江流域345個(gè)重要水庫2016年和2017年的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)見表1。處于中營養(yǎng)狀態(tài)的水庫數(shù)量有253個(gè)，占評(píng)價(jià)數(shù)量的73.33%;處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)的水庫數(shù)量有74個(gè)，占評(píng)價(jià)數(shù)量的21.45%;處于中度富營養(yǎng)狀態(tài)的水庫數(shù)量有18個(gè)，占評(píng)價(jià)數(shù)量的5.22%;無處于貧營養(yǎng)和重度富營養(yǎng)狀態(tài)的水庫。處于輕度富營養(yǎng)化和中度富營養(yǎng)化的水庫主要是總磷、總氮和高錳酸鹽指數(shù)等過高。

長江流域水庫分別處于金沙江石鼓以下、眠沱江、嘉陵江等10個(gè)資源二級(jí)區(qū)，水庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)見圖1。由圖可以看出，水庫水體以中營養(yǎng)和輕度富營養(yǎng)為主，中度富營養(yǎng)化水庫數(shù)量占比較小，主要位于岷沱江、嘉陵江和烏江水資源二級(jí)區(qū)。其中，岷沱江水資源區(qū)處于中度富營養(yǎng)的水庫數(shù)量比例達(dá)20%以上，嘉陵江和烏江水資源區(qū)也超過5%。營養(yǎng)鹽過高與污染來源、土地利用類型、降雨等因素密切相關(guān)。岷沱江、嘉陵江和烏江水資源區(qū)分布有大量農(nóng)村和耕地，農(nóng)村生活、畜禽養(yǎng)殖、施肥農(nóng)藥等帶來的面源污染是水庫富營養(yǎng)化的主要原因之一[10]。

2.1.2 水庫富營養(yǎng)化時(shí)空變化趨勢(shì)

長江流域不同水資源區(qū)水庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)有所差異，詳見圖2。其中岷沱江水系較高，為54.6，屬于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)。都陽湖水系、洞庭湖水系較低，分別為43.7和38.3。金沙江石鼓以下、宜賓至宜昌水系、嘉陵江水系、烏江、漢江、宜賓至湖口和湖口以下干流處于中間水平（44.6～44.9）。就長江干流水系而言，營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化范圍為44.7～48.4，各水資源區(qū)差異不大。支流水系呈現(xiàn)出自西向東逐漸降低的趨勢(shì)，其中岷沱江為54.6，鄱陽湖水系為43.7。由高到低排序?yàn)獒恒⒓瘟杲?、漢江、烏江、鄱陽湖和洞庭湖。干流水資源區(qū)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差變化范圍為4.6～6.8，無明顯變化規(guī)律。支流水資源區(qū)總體呈現(xiàn)出自西向東減小的趨勢(shì)，烏江水資源區(qū)標(biāo)準(zhǔn)偏差最高，為8.6;其次為岷沱江;漢江水系最低，為4.6。

對(duì)具有較長時(shí)間序列數(shù)據(jù)的51個(gè)水庫的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析，見圖3。由圖可以看出，水庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)總體變化范圍為41.2～44.6，隨時(shí)間略微呈增加趨勢(shì)。回歸分析表明，營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)年均增長幅度為0.33。其中，2009～2011年?duì)I養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)基本未發(fā)生變化，2012～2017年?duì)I養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)有所增加，至2017年，營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)達(dá)到44.6。

以年均變化速率評(píng)價(jià)其營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)見圖4。51個(gè)水庫中有37個(gè)水庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)呈增加趨勢(shì)，其中隔河巖水庫、道觀河水庫和西北口水庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)增加幅度明顯高于其他水庫，增加幅度分別為1.9，1.5和1.6。有12個(gè)水庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)呈減小趨勢(shì)，其中魯班水庫、鄭家河水庫、百花湖水庫和紅楓湖水庫降低幅度較大。可見，長江流域水庫富營養(yǎng)化程度總體呈增加趨勢(shì)。就空間分布來看，嘉陵江和烏江水資源區(qū)水庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)大多隨時(shí)間增加呈減小趨勢(shì)，其余水資源區(qū)水庫大多呈增加趨勢(shì)。營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)增加幅度大于1的湖泊主要分布在宜賓至宜昌、漢江、鄱陽湖水系、宜昌至湖口及湖口以下干流水資源區(qū);營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)減小幅度大于1的湖泊主要分布在嘉陵江、烏江水資源區(qū)。

2.2 長江流域重要特大型水庫富營養(yǎng)化狀況

三峽水庫和丹江口水庫為長江流域兩個(gè)重要的水利工程，對(duì)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有巨大的推動(dòng)作用。三峽水庫運(yùn)行后長江中下游防洪形勢(shì)得到較大改善，長江中下游嚴(yán)重旱情得到有效緩解，供水安全得到極大保障。丹江口水庫為南水北調(diào)中線水源地，年均可向河南、河北、天津、北京地區(qū)20多座城市供水95億m³，有效緩解了中國北方水資源嚴(yán)重短缺的局面。三峽水庫和丹江口水庫作為長江流域重要特大型水庫，水體富營養(yǎng)化會(huì)大大影響其功能的發(fā)揮，實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)其富營養(yǎng)化狀況很有必要。

2.2.1 三峽水庫富營養(yǎng)化狀況

2017年三峽水庫干支流總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a和透明度見表2。其中，干流總氮在春季和秋季平均為1.93mg/L和1.56mg/L，符合V類水標(biāo)準(zhǔn)限值?？偭诐舛却呵飪杉揪鶠?.09mg/L，干流水流具有河流特征，總磷按照河流標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，總體低于Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值。高錳酸鹽指數(shù)春秋兩季分別為1.77mg/L和1.61mg/L，均低于11類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值。葉綠素a春季高于秋季，春季平均為2.01μg/L，秋季為0.47μg/L。透明度春季和秋季平均為2.02m和0.77m，春季高于秋季。

支流總氮在春季和秋季的平均值為2.41mg/L和1.59mg/L，分別符合劣Ⅴ類和Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)限值?？偭诐舛却呵飪杉痉謩e為0.11mg/L和0.09mg/L，支流水流較緩，按湖庫標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，分別符合V類和IV類標(biāo)準(zhǔn)。高錳酸鹽指數(shù)春秋兩季分別為2.96mg/L和2.09mg/L，均低于Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值。葉綠素a春季高于秋季，春季平均為21.66μg/L，秋季為6.55μg/L。透明度春季和秋季平均為1.28m和1.03m，春季高于秋季。清溪場(chǎng)一沱口區(qū)段支流水質(zhì)秋季較春季好，可能是由于春季為作物萌發(fā)生長階段，化肥農(nóng)藥施用量較高，產(chǎn)生較多的農(nóng)業(yè)面源污染[11]。

2017年三峽水庫干支流營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)見圖5。由圖可知，干流營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)總體偏低，春季處于中營養(yǎng)和輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，清溪場(chǎng)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)最高。秋季于流處于中營養(yǎng)狀態(tài)，下游太平溪營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)最低。在季節(jié)變化上，春季營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)略高于秋季。支流營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)表現(xiàn)為自上游至下游逐漸降低的趨勢(shì)，大部分支流表現(xiàn)為春季高于秋季。上游支流珍溪河至湯溪河在春季的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均大于60，處于中度富營養(yǎng)狀態(tài)。下游支流從磨刀溪至九畹溪，營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)波動(dòng)較大，基本處于輕度一中度營養(yǎng)狀態(tài)，其中長灘河與青干河營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)最低，為50，處于中營養(yǎng)狀態(tài)。秋季29條支流營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在4672范圍變化，多數(shù)支流處于50～60之間，為輕度富營養(yǎng)狀態(tài)。秋季上游支流營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)波動(dòng)較大，接近60;下游支流營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)波動(dòng)較小，接近50。

2008～2017年三峽水庫干支流營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)見圖60由圖可知，干流營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在2009～2010年迅速升高，水體富營養(yǎng)化程度明顯加重。2010年?duì)I養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)超過60，達(dá)到中度富營養(yǎng)化水平。2010～2017年?duì)I養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)逐年下降，表明水庫干流近年來富營養(yǎng)化程度明顯好轉(zhuǎn)。支流營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)處于55～60之間，處于輕度富營養(yǎng)化水平，隨時(shí)間變化趨勢(shì)不明顯。

2.2.2 丹江口水庫富營養(yǎng)化及中下游水華

丹江口水庫庫灣2017年春、夏、秋和冬季富營養(yǎng)化指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。監(jiān)測(cè)表明，丹江口水庫庫灣總氮均值為1.48mg/L，符合Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，在盛灣鄉(xiāng)庫灣出現(xiàn)最高值，為1.88mg/L?？偭灼骄鶟舛确秶鸀?.010～0.033mg/L，符合Ⅱ～Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，是影響丹江口庫灣水質(zhì)的主要因子。高錳酸鹽指數(shù)均低于Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值。透明度變化范圍為73～380cm，其中倉房庫灣透明度最高，柳陂庫灣透明度最低。葉綠素a濃度變化較大，范圍在1.9～41.8μg/L，其中龍門庫灣濃度最高，倉房庫灣最低。

2017年丹江口水庫庫灣富營養(yǎng)化狀況見表4，有11個(gè)庫灣營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)處于20～50之間，為中營養(yǎng)狀態(tài)。其中柳坡鎮(zhèn)、安陽龍門、泗河、馬蹬、老城鄉(xiāng)等庫灣在個(gè)別季節(jié)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均接近富營養(yǎng)化限值50，說明仍有富營養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)。泗河庫灣春季營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)處于50～60之間，為輕度富營養(yǎng)狀態(tài)。

丹江口水庫運(yùn)行后，改變了漢江中下游的水文情勢(shì)。下泄流量減少，對(duì)漢江中下游水華的發(fā)生產(chǎn)生重大影響。漢江中下游影響較大的水華發(fā)生情況統(tǒng)計(jì)見表5。1992年2月中旬至3月初，漢江中下游首次發(fā)生水華，漢江自潛江以下長約240km的干流河段表現(xiàn)為水色突變成黃褐色，硅藻密度達(dá)到2.02×10⁷個(gè)/L，居民用水受到影響。1998年2月，漢江再次出現(xiàn)硅藻水華，其范圍一直上溯至宜城，藻類密度達(dá)到2.6×10⁷個(gè)/L。2000年2月下旬至3月中旬，從潛江至漢口近240km的河段相繼發(fā)生水華，藻類密度最高達(dá)3.52×10⁷個(gè)/L，持續(xù)約20d。2003年2月4日漢江中下游水體呈褐色，溶解氧過飽和，藻類大量繁殖，藻類密度高達(dá)3.5×10⁷個(gè)/L。此后，2005，2008，2009，2011，2014，2016年和2018年漢江中下游連續(xù)發(fā)生多起水華事件。

關(guān)于漢江中下游水華的成因，大多數(shù)研究結(jié)果主要集中在3個(gè)方面：①水質(zhì)因素。漢江中下游地區(qū)排污口日益增多，藻類生長所需的氮磷等營養(yǎng)鹽過剩。②氣候因素。春季氣溫偏暖，加之良好的光照條件，藻類大量繁殖。春季充足的陽光、適宜的溫度，特別是春季持續(xù)的溫暖天氣為藻類生長提供了良好的氣象條件。漢江水華事件均發(fā)生在1～4月，天氣較暖、陽光充足、水溫一般在7℃～15℃時(shí)，適宜于硅藻生長。③水文因素。受長江較高水位的頂托和漢江流量減少的共同作用，漢江水流變緩、流速減小，為水華的發(fā)生提供了環(huán)境。對(duì)近年來水華發(fā)生特征進(jìn)行總結(jié)分析表明，漢江中下游水華發(fā)生頻次增加，范圍擴(kuò)大，水華以硅藻為主。藻類來源與聚集是水華發(fā)生的原因之一，營養(yǎng)鹽濃度較低時(shí)也可能發(fā)生水華，春季氣候條件對(duì)水華的影響更為突出。

3 結(jié)論

（1）2016年和2017年長江流域345個(gè)水庫水質(zhì)以Ⅱ～Ⅲ類為主，營養(yǎng)狀態(tài)以中營養(yǎng)和輕度富營養(yǎng)為主，水質(zhì)污染和富營養(yǎng)化程度均有加重趨勢(shì)，長江流域岷沱江、嘉陵江和烏江水資源區(qū)富營養(yǎng)化程度相對(duì)較高。

（2）2017年三峽水庫干流水質(zhì)春季符合Ⅱ一Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，秋季符合Ⅱ一V類標(biāo)準(zhǔn)。支流水質(zhì)以Ⅲ一V類水為主，主要超標(biāo)項(xiàng)目為總磷。三峽水庫干支流富營養(yǎng)化水平處于中營養(yǎng)和輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，其中干流富營養(yǎng)化程度呈降低趨勢(shì)，支流富營養(yǎng)化程度相對(duì)穩(wěn)定，支流營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)呈現(xiàn)出自庫尾至壩前逐漸降低的趨勢(shì)。

（3）2017年丹江口水庫庫灣水質(zhì)狀況總體較好，符合Ⅱ～Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，總磷濃度范圍為0.01～0.09mg/L，是庫灣水質(zhì)的主要影響因子。丹江口水庫庫灣營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化范圍為20～50，處于中營養(yǎng)狀態(tài)，泗河庫灣在春季處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)。漢江水華近年來發(fā)生頻率增加，范圍擴(kuò)大。除了目前關(guān)注的氮磷生源要素、水文要素和氣候因素外，漢江水華的暴發(fā)還需要考慮河流藻類來源與聚集，以及早春良好的光照等氣候條件。

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（編輯：李曉朦）

收稿日期：2019-09-30

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017YFC0505302）

作者簡(jiǎn)介：雷俊山，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事水資源保護(hù)與生態(tài)修復(fù)方面的研究。E-mail：ljs-2008@sina.com

通訊作者：賈海燕，女，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士，主要從事水資源保護(hù)與面源污染治理工作。E-mail：496265466@qq.com