尹府水库水质现状及变化规律分析

2012-11-25姜友秀林国庆王好光苗晓雨

水科学与工程技术 2012年3期

姜友秀，林国庆，王好光，苗晓雨

（1.中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室，山东青岛266100；2.平度市尹府水库管理局，山东青岛266700）

1 区域概况

尹府水库坐落于青岛市平度市云山镇北部，位于大沽河水系小沽河支流的猪洞河中游，水库兴建于1958年，1981年扩建，水库总库容1.61亿m3，控制流域面积178km2，尹府水库是一座集防洪、灌溉、城市供水等为一体的山东省大（Ⅱ）型水库［1］。水库周边村落有20多个，以农业生产为主，周围群山环绕，主要为山区，农业生产中，耕地和果园占多数。随着经济的发展，化肥的大量使用，不合理的灌溉，生活污水的随意排放，严重影响水库的水质。

2 调查方法

在库区选择7个有代表性的采样点，用GPS定位，各取样点均匀分布在整个库面上，如图1所示。两次采样分别是雨季刚过的丰水季节（2010年9月）和雨季即将来临的枯水季节（2011年5月）。在水样的采集过程中，用采水器分别采取了水库表层、中层和下层的水样。水样在采集现场滴加氯化汞溶液，将水样进行固定。采样当天将水样运回实验室，保存在4℃的条件下。采样24h内，在实验室对水样进行了抽滤（用孔径0.45μm的醋酸纤维滤膜）的预处理。

图1 尹府水库水质调查采样位置

采集水样后，对水样进行常规性水质分析，主要包括两部分：现场测量的水体溶解氧（DO）、透明度（SD）和水深（D）；实验室测量的指标主要有叶绿素a（Chl-a），总氮（TN），总磷（TP），硝态氮，氨氮，高锰酸盐指数（CODMn）。两次采样的水质分析结果分别代表尹府水库2010年9月丰水季和2011年5月枯水季的水体质量。

本文选择综合营养指数法（TLI）进行水质营养状态的评价。水质各项指标的时空变化规律分析则采用地表水环境质量标准［2］进行评价。

3 实验结果

3.1 主要污染指标及水质状况

尹府水库在不同季节的主要污染指标见表1。运用综合营养指数法（TLI），计算得到的水库营养状态指数表明，水库丰水季的营养状态略好于枯水季，但是水库全年均处于中营养状态，接近轻度富营养化状态［TLI（∑）＞50］。

表1 污染指标及水质状况

2006年滇池不同湖区草海和外海的营养化状态指数分别为70、77，达到中度到重度富营养水平，水质属于劣Ⅴ类；2006年巢湖全湖平均营养状态指数为60，达到轻度富营养，属于Ⅴ类水。相比之下，尹府水库的水质要好于此类大型水体。

山东省大（Ⅱ）型水库的门楼水库，2005～2008年期间［3］，全库营养状态指数呈现略微的增加趋势，最高值为44.12，虽然营养状态同处于中营养状态，但是水质要好于尹府水库。

3.2 水库各指标的时空变化规律分析

3.2.1 TN含量的时空变化

3.2.1.1 在时间变化上

枯水季TN的含量远高于丰水季如图2所示。

图2 库内TN含量变化

枯水季水库内TN含量为2.66～3.99mg/L，平均值3.28mg/L，远超过地表水环境质量标准规定的Ⅴ类水水质标准，属于劣Ⅴ类水。

（1）在两次取样的时间间隔内，调查区域的水量一直处于入不敷出的状态，水库水量的减少，浓缩了水库的氮，使氮在枯水季的浓度高于丰水季。

（2）在春天耕种时间，果园和农田大量的施肥和灌溉，使部分氮肥随灌溉进入水库，增加了水库内氮肥营养物质总量，造成了枯水季TN含量的严重超标。

（3）在丰水季的9月份，经过了藻类的大量生长期，氮素被消耗，且丰水季降雨量较枯水季大，入库水对TN具有一定的稀释作用，使丰水季TN含量范围在0.72～1.08mg/L，平均值为0.94mg/L，在地表水质量标准的Ⅲ类水要求之内，符合集中式生活饮用水地表水源地的功能。

可见，尹府水库已经出现了一定程度的富营养化，枯水季富集的大量氮素，为藻类的大量生长提供了条件，从TN方面而言，水库水体呈现枯水季水体营养化程度高于丰水季的时间变化特征。

3.2.1.2 在空间变化上

不论枯水季节还是丰水季节，TN的含量大小顺序都是采样点6、7＞2、1＞3、4、5，TN含量最大的是入库口，其次是出库口，库中TN含量最低。由TN的含量分布规律可以推测，氮主要来源于外源的补给，包括农业大量施肥、不合理灌溉、周围村庄生活污水的排放和饭店排放的大量有机废水、牲畜养殖、家禽饲养等产生的高氮污水的排放，水库入口处TN含量最高。在营养物质进入水库后，分散在整个库区内部，在库中被稀释及被藻类等微生物的吸收利用，使得TN在水库内部含量最低；而在出库口，受人为活动影响较大，出库水质比库中要差。另外，底泥作为内源向上覆水体释放氮，水库出口处TN含量有所升高，最终使TN含量呈现出入库口＞出库口＞库中的空间变化规律。

3.2.2 氨氮的时空变化

作为藻类等微生物有效利用形式的氨氮，其变化规律如图3，占TN含量1/3的氨氮。它的时间变化与TN相似，都是枯水季的浓度远大于丰水季。这一规律与水库的水量变化有关，两次取样时间段内，水库水的消耗远大于补给。消耗主要包括：作为饮水水源地向城市的供水、库面的蒸发、以及春季耕种所需的灌溉消耗等。而作为主要补给来源的降雨却几乎为零，整个期间只有2011年5月中旬的一场23mm的降雨，没有形成有效的入库水流。在枯水季，氨氮的平均浓度0.89mg/L，最高值达1.64mg/L，含量超过Ⅳ类水标准；在丰水季，氨氮含量平均值0.39mg/L，整体都低于1.0mg/L，水库水质达到Ⅲ类水标准。从氨氮方面看，枯水季水库的水质营养情况也要比丰水季严重，这与TN得出的结论相符。两次取样分析表明：

图3 NH+4-N含量变化

（1）水库入口处氨氮含量最高，库中最低，氨氮的空间变化规律与TN的空间变化相一致。在入口处TN含量最高，占TN1/3的氨氮含量也会最高。水库内部氨氮含量最低，氨氮作为生物可利用的有效形式，被大量利用消耗，尤其是经过夏季，在藻类的生长过后，氨氮更是达到最低值；另外，氨氮进入水库后，会在溶解氧充足的情况下，被氧化为硝态氮，因此，库中氨氮含量最低。

（2）在出口处，氮的不同存在形式之间的相互转化，使各种氮的存在形式达到一个相对的动态平衡，且底泥释放部分氨氮，因此在出库口氨氮浓度要比库中高，而比入库处要低。

3.2.3 TP的时空变化规律

图4显示，枯水季尹府水库TP的含量0.037mg/L～0.059mg/L之间，平均值0.048mg/L，属于Ⅲ类水的标准。丰水季水库各处TP的含量均低于0.01mg/L，符合Ⅰ类水的水质要求。两次取样分析结果差异很大，丰水季取样时间是2010年9月，水生生物的大量生长，大量消耗各种营养物质，而对含量以10-2mg/L的数量级描述的TP而言，其消耗更加明显，使水体TP含量低于0.01mg/L；而在枯水季，浮游生物的生长缓慢，磷的消耗减少，以及长时间的干旱，水库水量的减少，对磷起到了浓缩的作用，造成磷浓度增加。结果分析，水库中磷素造成的营养问题，也不容忽视。

图4 枯水季TP的含量变化

在枯水季，水体磷含量的空间差异不大，出库口和库中磷含量略微高些，入库位置磷含量略低。出库口附近人为活动影响较大，船只要在此入库和停泊，使得出口处磷含量最高。磷的这种空间分布特征为夏季藻类的生长提供了条件，利于藻类的大量繁殖。

3.2.4 藻类Chl-a含量分析

叶绿素a表征藻类的生长情况，由图5可知，丰水季Chl-a的含量远高于枯水季，丰水季Chl-a平均值达到0.021mg/L，而枯水季仅为0.0045mg/L，丰水季藻类大量生长使Chl-a较枯水季增长了4.7倍。这一变化规律合乎藻类微生物的生长。夏季较高的水体温度、足够的降雨过程携带的大量氮、磷等营养素进入水库、以及充足的光照，都为藻类等浮游生物大量繁殖提供了适宜的条件，使Chl-a含量达到较高水平。藻类较高的生长量表明，水库在枯水季储存的大量氮、磷营养盐比较适合藻类的生长，夏季藻类的生长明显，容易在水华爆发季节出现藻类的大量生长，增加供水水厂的水处理难度，影响水库的供水水质。水库内Chl-a的含量已经达到较高的水平，略低于太湖2001年1～8月的Chl-a平均值0.030mg/L［4］。

图5 叶绿素a的含量分布图

在空间变化上，水库中心的点2、点6处Chl-a值最高，含量最低处位于水库入口处，因为在库中，各种营养物质含量都比较丰富，且相对较为缓慢的流速，使库中条件适宜藻类的大量繁殖生长。

3.2.5 高锰酸盐指数含量变化

作为地表水受到有机污染物和还原性无机物污染综合程度的高锰酸盐指数。如图6所示，呈现出丰水季高于枯水季的变化规律，分析原因，应该是夏季降雨丰富，气温较高，适宜藻类及其他浮游生物的大量繁殖生长，使生物量大增。在生物的新陈代谢过程以及藻类等在微生物的代谢转化过程中，最终转化为一些有机或无机物，使丰水季高锰酸盐指数高于枯水季。另外，丰水季的大量降雨，很多污染物随降雨一起汇入水库，如生活污水，农田经过雨水淋滤产生的径流等都含有大量的有机物，共同增加了水库的高锰酸盐指数。