沙溪竹洲水电站水体富营养化评价
2009-11-28王钦建
王钦建
摘 要:对沙溪竹洲水电站水体的富营养化评价结论:水体总氮超出评价标准,库区具有藻类生长的营养条件,磷是藻类生长限制因子。3种评价方法结果基本一致,表明水体处于贫营养向中营养过渡类型,并现出向富营养化发展的趋势。库区浮游动物种类以轮虫(rotifera)和原生动物(protozoa)为主,浮游植物种类以绿藻门(Chlorophyta)和硅藻门(Bacilariophyta)为主,库区应属于中营养类型。
关键词:水电站;富营养化;调查
中图分类号:X824 文献标识码: A 文章编号:1005-569X(2009)09-0051-03
1 引 言
沙溪为闽江干流上的三大支流之一,发源于宁化县境内的武夷山脉南麓,流经宁化、清流、永安、三明和沙县,在沙溪口和富屯溪合流,流域面积11793km2,河流长度328km,河道平均坡降0.8%。竹洲水电站是沙溪流域梯级开发中的第二级,大坝位于三明市三元区莘口镇竹洲村,坝址多年平均流量251m3/s,年径流总量7.9×1010m3,安装有3台贯流式水轮机组。国内外的调查研究表明,流域水电梯级开发会产生一些水环境问题[1-6],例如:改变河流水文条件、影响库区生态系统、导致水质下降和氮磷超标、引发水体富营养化、对下游河道生态环境产生负面影响等。本文根据作者编制的竹洲水电站竣工环保验收调查报告,分析评价蓄水后库区水质现状和水体富营养趋势,为控制库区水体富营养化提供基础资料。
2调查结果
本次调查在15 km库区河段上,共布设了4个调查断面,现场调查时间2天,每天采样1次。调查内容包括:透明度(SD)、溶解氧(DO)、pH、高锰酸盐指数(CODMn)、生化需氧量(BOD5)、氨氮(HN3-H)、总氮(T-N)、总磷(T-P)、叶绿素a(Chla)和浮游生物,调查结果见表1。
3结果讨论
3.1理化指标评价
根据福建省水环境功能区划,以GB3838-2002《地表水环境质量标准》中的Ⅲ类标准值来评价,库区T-N已经超标,其它指标达到Ⅲ类水质标准要求。
水体富营养化的根本原因是营养物质的增加,而氮和磷是导致水体富营养化的主要营养物质,而且水体中氮磷含量及其比值是决定藻类生长的关键[7,8]。尽管氮和磷同为水生生物的重要营养物质,但藻类等水生生物对磷更为敏感,依赖性更强。当水体中磷处于低浓度时,即使氮浓度能满足藻类等水生生物所需,其生产能力也会大受遏制[9]。一般认为T-N大于1.2mg/L、T-P大于0.11mg/L时,水体开始富营养化[10]。根据表1中数据进行综合评价,可以认为库区的水体未富营养化,但已经具有满足藻类生长的营养条件。
在淡水浮游植物中,环境中的N∶P 大于20∶1 时,认为磷是限制性的,小于10∶1 时认为氮是限制性的,该比率在10∶1～20∶1 之间时,限制性因素就变得不确切了[11]。竹洲库区水体的氮磷比在35～62之间,表明该水体富营养氮污染所占权重较大,而磷污染所占权重较小,磷是库区藻类生长限制因子。如果磷含量增大到一定量,光照、温度等条件适宜,浮游藻类细胞密度将迅速上升。
3.2富营养化评价
富营养化评价的常用方法有评分法、营养状态指数法(卡尔森营养状态指数(TS1)、综合营养状态指数(TLI(∑))等,本文将同时选择几种方法进行评价,使得评价结论更具有可比性和准确性。
3.2.1 Chla评价结果
Chla含量的高低与该水体中藻类的种类、数量等密切相关,是水体中浮游植物生物量和生态系统生产力的综合指标,也是反映水体富营养化程度的一个重要参数。Chla浓度大于10mg/m3时,一般认为水体已经富营养化[12]。按照相关资料[13]:Chla含量在<0.5μg/L为极贫营养;<1.0μg/L为贫营养;<5.0μg/L为贫中营养;<25μg/L为中营养;<50μg/L为中富营养。从表1中的Chla含量可以得出:库区水体处于贫-中营养。
3.2.2营养状态指数(TSI)评价结果
根据Chla浓度,采用营养状态指数(TSI)来评价湖泊富营养化。[12]计算公式:TSI(Chla)=10×[6-( 2.04-0.68
lnChla)/ln2],公式中的Chla为叶绿素a质量浓度(mg/m3)。评价标准:TSI≤37,贫营养型;38
从表2中TSI数据可以得出:库区水体处于中营养水平。
3.2.3综合营养状态指数评价结果
反映水体富营养化程度的指标主要有总氮、总磷、生化需氧量、叶绿素a和透明度,其中,总氮和总磷的浓度直接影响叶绿素a和透明度指标的高低。依据中国环境监测总站《关于印发湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定的通知》中推荐的综合营养状态指数{TLI(∑)}法进行评价,计算结果见表3。
从表3中评价结果来看:目前库区水体处于贫营养向中营养过渡类型,并现出向富营养化发展的趋势。
以上三种评价方法的结论基本一致,可以得出:目前库区水体处于贫营养向中营养过渡类型,并现出向富营养化发展的趋势。
3.3 浮游生物调查结果分析
3.3.1种类分布及种群结构
(1)浮游动物。浮游动物的种类组成极为复杂,在生态系统结构、功能和生物生产力研究中占有重要地位的有原生动物、轮虫、枝角类和桡足类四大类。由于浮游动物对环境的适应能力存在明显的种类差异,浮游动物种群结构就成为湖库水质评价的重要指标。
本次调查共鉴定出浮游动物148种,隶属于6门87属。其中:轮虫类71种、原生动物36种、枝角类23种、桡足类7种,还有其它种类合计11种。从调查断面来看,1#、2#断面的浮游动物种类在60种左右,3#、4#断面的浮游动物种类在50种左右。水库上层浮游动物种类要多于底层。水库浮游动物的平均密度为640个/L,相对来说还是处于较低水平。各调查断面的浮游动物密度也不同,1#断面为630个/L、2#断面为530个/L、3#断面为700个/L、4#断面为400个/L。从垂直分布情况来看,没有明显的规律,其中3#断面底层的浮游动物数量明显低于表层,4#断面底层的浮游动物数量明显多于表层。
浮游动物种群以轮虫(rotifera)占优势,达到调查总量的26%,臂尾轮虫科和腔轮科的种类较丰富;原生动物(protozoa)种类也较多,达到调查总量的13%,以肉足虫类为主;枝角类也占一定比例,主要是盘肠溞科。常见种类:苍白刺日虫、叉口砂壳虫、普通表壳虫、月形腔轮虫、方块鬼轮虫、广布多肢轮虫、蒲达臂尾轮虫、尾突臂尾轮虫、柬隐三肢轮虫、底栖泥溞、华南尖额溞、颈沟基合溞、草绿刺剑水溞等。
(2)浮游植物。浮游植物是水生态系统生物资源的重要部分,作为物质代谢和能量循环的初级生产者,对构成水体类型和维持生态平衡具有重要作用,是反映水体富营养化程度的主要指标。
本次调查共鉴定出浮游动物127种,隶属于7门57属。其中:硅藻门15属42种、绿藻门28属59种、蓝藻门6属9种、裸藻门4属13种、红藻门1属1种、甲藻门2属2种,隐藻门1属1种。从调查断面来看,3#断面的种类最丰富,达到73种。水体上层浮游植物种类多于底层。
浮游植物种类以绿藻门(Chlorophyta)和硅藻门(Bac
ilariophyta)为主,达到调查总量的46%和33%,主要包括:远距直链藻、变异直链藻、钝桅杆藻、尖针杆藻、膨胀桥弯藻、针晶蓝藻等。
水库各断面藻类的平均密度为5.33×104个/L。3#断面的密度最高,为5.93×104个/L;1#断面最少,为4.60×104个/L,2#断面为4.95×104个/L,4#断面为5.33×104个/L。但水库浮游植物的垂直分布同样缺乏明显的分布规律,但4#断面底层的藻类数量明显少于表层,3#断面的底层浮游藻类的数量要多于表层。
(3)浮游生物污染指示种类。污染指示种是湖泊营养型评价的重要参数之一。根据调查结果,库区的各个采样点中浮游动物(以轮虫类为主)和藻类(硅藻门、绿藻门为主)的水污染指示种类多为β中污-寡污类型为主,而各断面的优势类群则以β-中污类型为主,库区水体现状应属于β中污-寡污类型。
3.3.2 多样性评价
从系统学原理来说,系统的组成和结构越多样化,系统越复杂,也越稳定。生物多样性的降低导致生态系统稳定性大大降低,个别种群可以在特定的适宜条件下大量暴发。从库区浮游生物种群分布、种群结构、种群数量等来看:浮游生物量处于较低水平;浮游生物的种群较丰富,种群结构良好,优势种群不是很明显,显示出库区水体中浮游生物种群的多样性特点。因此,可以认为水体的富营养化程度应属于中营养类型。
4 结论
(1)库区水体的总氮已经超出评价标准要求。库区的水体未富营养化,但已经具有满足藻类生长的营养条件,磷是库区水体藻类生长限制因子。
(2)三种评价方法的结论基本一致,可以得出:目前库区水体处于贫营养向中营养过渡类型,并现出向富营养化发展的趋势。
(3)库区浮游动物种类以轮虫和原生动物种类为主。浮游植物种类以绿藻门和硅藻门为主。
(4)库区的浮游动物(以轮虫类为主)和藻类(硅藻门、绿藻门为主)的水污染指示种类多为β中污-寡污类型为主,总体评价结果:库区水体现状应属于β中污——寡污类型。
(5)按照浮游生物种群分布、种群结构、种群数量来看,库区的浮游生物量都处于较低水平,种群结构良好、丰富。优势种群不是很明显,显示出库区水体浮游生物种群的多样性特点。因此,可以认为库区的富营养化程度应属于中营养类型。
(6)竹洲水电站为径流式的发电站,从开始蓄水到调查只有近2年时间,目前库区水体处于贫营养向中营养过渡类型。但水体中的氮、磷含量已经增大,蓄水后水流变缓,如果后期对流域管理不善,有可能引起藻类和其它水生植物大量繁殖,出现富营养化问题,导致水质恶化。
参考文献:
[1]黄祖亚,蔡品彦.水口水电站对闽江水环境影响的研究[J]. 水文,2001,21(z1):46~49.
[2]刘兰芬.河流水电开发的环境效益及主要环境问题研究[J]. 水利学报,2002(8):121~128.
[3]张榆霞,刘嘉麒.漫湾电站建成后澜沧江下游水质变化[J].长江流域资源与环境,2005,14(4):501~506.
[4]相震,王连军.苏只水电站建设对生态环境的影响[J].水资源保护,2006,22(4):33~36.
[5]王波,黄薇.梯级水电开发对水生境累积影响的方法研究[J].中国农村水利水电,2007(4):127~130.
[6]翟红娟,崔保山. 纵向岭谷区不同水电梯级开发情景胁迫下的区域生态系统变化[J].科学通报,2007,52(增刊Ⅱ):93~100.
[7]陈水勇,吴振明.水体富营养化的形成、危害和防治[J].环境科学与技术,1999(2):11~15.
[8]姜永军,丁敏. 水体富营养化控制因子及其污染途径研究[J].甘肃科技,2003,19(10):91~93.
[9]邵林广.洗涤剂禁磷是防治水体富营养化的关键[J].化学清洗,1999,15(1):35~37.
[10]王焕校.污染生态学[M].北京:高等教育出版社,2000.
[11]李夜光,李中奎.富营养化水体中N、P浓度对浮游植物生长繁殖速率和生物量影响[J].生态学报, 2006,26(2):317~325.
[12]李玉英,高宛莉.南水北调中线水源区浮游植物时空分布及其营养状态[J].生态学杂志,2008,27(1):14~22.
[13]况琪军,马沛明.湖泊富营养化的藻类生物学评价与治理研究进展[J].安全与环境学报,2005,5(2):87~91.
[14]金相灿,屠清瑛.湖泊富营养化调查规范(第2版)[M].北京:中国环境科学出版社,1990.
Evaluation on Eutrophication of Zhuzhou Hydroelectri
——Station in the Shaxi River
Wang Qinjian
(Waste Management Centre Fujian Province ,Fuzhou350003 ,China)
Abstract:The concentration of total nitrogen in surface water excees data from assessmemt criterion. The nutrition condition of mass algae reproduction has been provided in reservoir area. Phosphorus element is the limit factor of algae growth. The results of three different evaluating methods are basically accordant. It is indicated that the water quality is in transition style from poor nutrition to medium nutrition, and exhibits the tendency to rich nutrition. The priority species of zooplankton in reservoir area are rotifera and protozoa, Meanwhile, the priority species of phytoplankton are Chlorophyta and Bacilariophyta.
Keywords: hydroelectri-station;eutrophication;evaluation
