胡春春，李亞楠，楊倩，任民

（北京市密云水庫管理處，北京 101512）

密云水庫是華北地區(qū)最大的人工湖，是北京地區(qū)重要的地表飲用水源地、水資源戰(zhàn)略儲備基地，主要通過上游河道來水及降水補給，為保證密云水庫水質安全，應密切關注上游河道水質狀況。本文基于2010—2021年密云水庫上游河道逐月水質監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了密云水庫上游河道水質時空變化特征，以期為管理部門做好水環(huán)境保護工作提供決策支持。

孫瑞瑞[1]等的研究結果表明，由于社會和經(jīng)濟的快速發(fā)展，富含氮磷等營養(yǎng)物質的工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水的排入加劇了湖泊的富營養(yǎng)化。何錫君［2］等的研究結果表明，對于湖泊水質管理而言，陸源污染物隨河道輸入是造成湖體水質惡化及生態(tài)系統(tǒng)受損的重要原因，因此研究主要入湖河道污染物變化的時空規(guī)律對于湖體污染治理工作具有十分重要的意義。崔璨[3]等的研究結果表明，在汛期入湖河道多數(shù)污染指標由于來水量增大得以稀釋，質量濃度有所降低，但TN仍未得到有效控制，變化趨勢不明顯，說明污染的控制不能僅靠水體的自凈能力，還需采用人工手段進行干預，進一步削弱污染。

1 研究區(qū)域概況

密云水庫位于潮白河干流上，有兩大支流潮河、白河匯入。潮河發(fā)源于河北省豐寧縣，流域面積6 716 km2，主要支流有清水河、安達木河；白河發(fā)源于河北省沽源縣，流域面積9 072 km2[4]，主要支流有湯河、天河、渣汰河、琉璃廟河、對家河、白馬關河。

北京市年平均氣溫10～12℃，密云水庫上游多年平均徑流量8.49 m3/s。多年平均降水量465.5 mm，降水量年內(nèi)、年際變化明顯，年內(nèi)90%的降水集中在每年的5—10月；從年際變化來看，2015—2021年最大年降水為2021年的1 201.8 mm，最小年降水為2017年的610.3 mm，最大與最小年降水量比為1.97。2015—2021年最高庫水位為155.3 m（2021年8月）。

2 采樣與分析

2.1 采樣點布設

根據(jù)《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》（SL 219-2018）[5]采樣點布設原則，密云水庫上游入庫河道采樣點分布如圖1所示。

圖1 密云水庫上游入庫河道采樣點分布

2.2 評價指標及評價標準

密云水庫庫區(qū)及上游河流中的TN含量偏高且近年持續(xù)上升[6]。密云水庫上游流域水體富營養(yǎng)化問題嚴重，因此本文選取對富營養(yǎng)化程度影響較大的溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、氨氮、總氮5個指標進行分析。溶解氧使用電化學探頭法（GB 11913-1989），高錳酸鹽指數(shù)使用滴定法（GB/T 11892-1989），總磷使用鉬酸銨分光光度法（GB 11893-1989），氨氮使用納氏試劑比色法（GB//T 7479-1987），總氮使用堿性過硫酸鉀消解分光光度法（HJ 636-2012）。

水質評價以國家《地表水環(huán)境質量標準》（GB/T 3838-2002）[7]為依據(jù)，將地面水環(huán)境質量分類中的Ⅱ類標準作為評價標準，超標倍數(shù)即為超Ⅱ類標準的倍數(shù)。

水體富營養(yǎng)化評價采用指數(shù)法，將評價項目濃度值按國家《地表水資源質量評價技術規(guī)程》（SL 395-2007）中湖庫營養(yǎng)狀態(tài)評價標準分級方法，采用線性插值法將各個項目監(jiān)測值轉換為富營養(yǎng)化評分值，計算營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI值，進而判斷水體富營養(yǎng)化狀態(tài)[8]。其計算公式為：

式中：EI為營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；En為某一評價項目的賦分值；N為評價項目個數(shù)。

時間變化特征主要分析2010—2021年水質監(jiān)測數(shù)據(jù)，空間變化特征使用空間分布差異，采用距平系數(shù)[1]表示。其計算公式為：

式中：η為距平系數(shù)；xi為2010—2021年某河道i某一水質指標的平均值；x為所有河道某一水質指標的平均值。

由于溶解氧越大水質越好，為便于比較，溶解氧的距平系數(shù)計算公式改為：

3 結果與分析

3.1 時間變化特征

3.1.1 年內(nèi)變化

基于2010—2021年密云水庫上游河道逐月水質監(jiān)測數(shù)據(jù)，對各項水質指標濃度計算月平均值，分析各水質指標年內(nèi)逐月的變化趨勢，如圖2所示。

溶解氧多年月平均濃度為9.6 mg/L，符合地表水I類標準，相對標準偏差為7.89%，年內(nèi)變化比較平穩(wěn)，最高值出現(xiàn)在2月達10.6 mg/L，之后隨著水溫的逐漸升高，濃度逐漸降低，最低值出現(xiàn)在8月為8.6 mg/L，之后隨著水溫的降低而升高。

高錳酸鹽指數(shù)多年月平均濃度為2.39 mg/L，符合地表水Ⅱ類標準，相對標準偏差為12.56%，年內(nèi)變化相對平穩(wěn)，最高值出現(xiàn)在8月達2.85 mg/L，最低值出現(xiàn)在8月為2.00 mg/L。

氨氮多年月平均濃度為0.145 mg/L，符合地表水Ⅰ類標準，相對標準偏差為14.93%，年內(nèi)變化較大?？偟嗄暝缕骄鶟舛葹?.15 mg/L，符合地表水劣V類標準，相對標準偏差為17.71%，年內(nèi)變化較大?？偭锥嗄暝缕骄鶟舛葹?.01 mg/L，符合地表水Ⅰ類標準，相對標準偏差為25.68%，年內(nèi)變化較大。由圖2可見，氨氮、總氮、總磷逐月變化趨勢基本一致，在2—5月均出現(xiàn)高值，5—7月逐漸下降，7月之后均上升，到8、9月再次出現(xiàn)峰值。分析原因如下：2—5月天氣逐漸回暖，河道解凍，同時正處于春耕時節(jié)，農(nóng)業(yè)活動頻繁，化肥的使用加劇了農(nóng)業(yè)面源污染，使得上游河道氮磷營養(yǎng)鹽濃度升高[9]。5月之后，密云水庫流域降水逐漸增多，上游河道流量逐漸增加，水體流動性增強，自我凈化能力變強，使得河道氮磷營養(yǎng)鹽含量有下降趨勢。8、9月正處于密云水庫流域的雨季，上游河道流量急劇增大，對河床、河道兩岸的沖刷增強，部分河道周圍農(nóng)田被淹沒，水流攜帶大量化肥匯入河道，導致河道氮磷營養(yǎng)鹽濃度升高[10]。

圖2 密云水庫上游河道水質指標年內(nèi)變化

3.1.2 年際變化

因實際水文數(shù)據(jù)限制，只掌握了白河、潮河入庫站點的流量數(shù)據(jù)，分析白河、潮河入庫年均水量年際變化趨勢，白河入庫水量一直高于潮河，2021年入庫水量陡增，潮、白河入庫水量相當，如圖3所示。

圖3 白河、潮河入庫年均水量年際變化趨勢

由圖4可見，高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷濃度年均值2010—2015年較為平穩(wěn)，多年平均值分別為2.56、3.53、0.02 mg/L；2015—2016年均有小幅上升，分別上升16.3%、31.3%、3.4%；從2016年開始均有下降趨勢，高錳酸鹽指數(shù)的谷值出現(xiàn)在2021年為2.23 mg/L，總氮、總磷的谷值出現(xiàn)在2020年分別為2.77、0.01 mg/L，2021年總氮、總磷有小幅的回升分別為15.4%、29.8%。

圖4 密云水庫上游河道水質指標年際變化

氨氮濃度年均值在2010—2013年呈逐年下降趨勢，2013年最低為0.11 mg/L，2013—2018年呈波動性上升，2018年最高為0.19 mg/L，2018年之后呈下降趨勢。

溶解氧濃度由2010的8.32 mg/L波動性上升到2021年的10.9 mg/L。溶解氧多年平均濃度為9.45 mg/L，相對標準偏差為13.0%。2010—2021年河道溶解氧濃度呈逐年向好趨勢，改善效果良好。

近年河道高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷、氨氮濃度下降以及溶解氧濃度上升的原因，考慮與密云水庫上游采取若干整治措施有關。①深入落實河長制工作機制，定期開展上游河北省境內(nèi)入庫河道環(huán)境巡視，嚴格控制點源污染；②實施《潮河流域生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》，推進流域總氮削減；③實施《京冀密云水庫水源保護共同行動方案》，京冀兩地強化流域空間管控，加大退耕禁種禁養(yǎng)力度，實施河流生態(tài)修復，推動植草溝過濾帶建設，加快上游流域產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整，大力發(fā)展資源節(jié)約型、環(huán)境友好型綠色產(chǎn)業(yè)。

3.2 空間變化特征

潮、白河流域北京市境內(nèi)11條河道各項水質指標的距平系數(shù)統(tǒng)計結果，詳見表1。

表1 2010—2021年密云水庫上游河道水質指標距平系數(shù)

3.2.1 白河流域

白河入北京境處多項指標的距平系數(shù)為正值，總磷的距平系數(shù)達19.0；白河懷柔密云區(qū)界處所有指標的距平系數(shù)均為負值，范圍為-14.7～-3.1，所以綜合評判白河流域天河水質最差，白河懷柔密云區(qū)界段水質最好。對家河入庫處總氮的距平系數(shù)最高達76.6，湯河入北京境處總磷的距平系數(shù)最高達25.7，所以對家河主要污染物為氮元素，湯河主要污染物為磷元素。

3.2.2 潮河流域

潮河入北京境處多項指標的距平系數(shù)為正值，總氮、總磷的距平系數(shù)分別為108.1、64.3；清水河入庫處多數(shù)指標的距平系數(shù)均為負值，范圍為-39.8～0.8，所以綜合評判潮河入北京境處水質最差，清水河水質最好。潮河入北京境處總氮、總氮的距平系數(shù)均為潮河流域最高值，所以潮河入境處氮磷均為主要污染物。

按河道流向分析，天河入境至匯入白河前及潮河入境至入庫各水質指標的距平系數(shù)均有所下降；湯河入境至匯入白河前除總氮外各水質指標的距平系數(shù)也有下降，說明河流有自凈能力，經(jīng)過物理、化學和生物等方面的作用，可使污染物濃度降低或轉化[11]。白河入密云區(qū)至入庫溶解氧、總磷距平系數(shù)有所升高，可能白河在入庫至入庫沿途有污染的情況，應密切關注。

4 結論

（1）溶解氧、總磷符合地表水I類標準，高錳酸鹽指數(shù)符合地表水II類標準，總氮符合地表水劣V類標準，密云水庫上游河道氮污染嚴重。年內(nèi)，寒冷季節(jié)溶解氧含量高，隨著水溫的升高逐漸下降。高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、總氮在1 a中大致有2個高峰：①2—5月天氣回暖春耕時節(jié)，面源污染加劇；②8、9月雨水豐沛，上游河道流量急增，對河床、河道兩岸的沖刷增強，部分河道周圍農(nóng)田被淹沒，水流攜帶大量化肥匯入河道。

（2）白河入庫水量一直高于潮河，2021年入庫水量陡增，潮、白河入庫水量相當。高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷濃度年均值變化趨勢一致，2010—2015年較為平穩(wěn)，2015—2016年有小幅上升，從2016年有下降趨勢，2021年總氮、總磷濃度有小幅的回升。氨氮濃度年均值在2010—2013年呈逐年下降趨勢，2013—2018年呈波動性上升，2018年之后呈下降趨勢。2010—2021年河道溶解氧濃度呈逐年向好趨勢，改善效果良好。

（3）近年，河道高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷、氨氮濃度下降以及溶解氧濃度上升的原因，與密云水庫上游采取若干整治措施有關。①深入落實河長制工作機制，嚴格控制點源污染；②實施《潮河流域生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》，推進流域總氮削減；③實施《京冀密云水庫水源保護共同行動方案》，京冀兩地強化流域空間管控，加大退耕禁種禁養(yǎng)力度，實施河流生態(tài)修復，推動植草溝過濾帶建設，加快上游流域產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整，大力發(fā)展資源節(jié)約型、環(huán)境友好型綠色產(chǎn)業(yè)。

（4）經(jīng)綜合評判，白河流域天河水質最差，白河懷柔密云區(qū)界段水質最好，對家河主要污染物為氮元素，湯河主要污染物為磷元素；潮河入北京境處水質最差，清水河水質最好，潮河入境處氮磷均為主要污染物。

（5）按河道流向分析，天河入境至匯入白河前及潮河入境至入庫各水質指標的距平系數(shù)均有所下降，湯河入境至匯入白河前除總氮外各水質指標的距平系數(shù)也有下降，說明河流有自凈能力，經(jīng)過物理、化學和生物等方面的作用，可使污染物濃度降低或轉化。白河入密云區(qū)至入庫溶解氧、總磷距平系數(shù)有所升高，可能白河在入庫至入庫沿途有污染的情況，應密切關注。

綜上，密云水庫上游歷年采取的整治措施效果明顯，應繼續(xù)實施河道長效管護，確保入庫水質安全。