南阳市饮用水源区生态监测

2015-04-26凡盼盼施建伟王晨溪宋佳璘胡兰群李玉英

中国环境监测 2015年5期

凡盼盼，施建伟，王晨溪，宋佳璘，王弋，胡兰群，李玉英

1．南阳师范学院生命科学与技术学院，河南南阳 473061

2．南阳市环境监测站，河南南阳 473000

3．河南省环境监控中心，河南郑州 450004

南阳市饮用水源为鸭河口水库，是一座以防洪灌溉为主，兼顾工业及城市用水，结合发电、养鱼等综合利用的大型水利枢纽工程。鸭河口水库总库容13.16亿立方米，控制流域面积3 030 km2，最高库水位时水库面积110 km2，直接入库河流有6条，最大河流为白河，其次有鸭河、留山河、黄鸭河、松河、空山河等。随着南阳工农业生产的发展、城市生活及改善生态环境的需要，鸭河口水库有限的水资源满足不了用水需求，供需矛盾日趋突出，水环境状况日益恶化［1］。如何更好地利用鸭河口水库现有的水资源来满足南阳市可持续发展的需求，成为目前亟需解决的问题。目前地表饮用水水源地保护工作还难以真正落实到流域管理的总体框架上，使得水源区保护工作科学性和持续性不足［1］。根据国家环境保护部2011年的中国环境状况公报，中国26个国控重点湖泊中超过53.8%的湖泊呈富营养化状态。因此，开展水源地湖库的水质调查和评价对湖泊富营养化治理具有重要意义［2-7］，采用浮游生物监测评价水质状况日益受到重视［8-12］。2012年1月—2013年12月在对南阳市饮用水水源地鸭河口水库生态调查的基础上在不同生态水域设立监测站，通过理化监测、微生物学监测和生物监测综合判定鸭河口水库的水质营养状况，旨在为制定饮用水源区生态规划提供科学依据。

1 实验部分

1.1 研究区域

根据鸭河口水库的地理位置特征，共设5个生态监测站，水库上游2个主干流(白河和鸭河)的入库处(南河店和安庄)设2个监测站、库心监测站、坝下监测站(该站是库体水排放处，也是南阳市饮用水取水处)、水库下游白河入南阳市的盆窑监测站，监测站位置示意图如图1所示。

图1 南阳市饮用水源区鸭河口水库监测站示意图

1.2 采样时间和样品采集

分别于2012年1月—2013年12月采集水样，按照《水和废水监测分析方法》(第四版)［8］规定的标准采集无菌水样、理化检测水样、叶绿素a检测水样和浮游生物检测水样，前3项共检测24次，浮游生物仅在2013年11月检测。所有样品均于24 h内带回实验室处理。

1.3 样品测定

1.3.1 水质常规指标检测

pH和溶解氧用CTD(SBE9型)在现场测定;透明度采用塞氏盘法测定;总磷、总氮、五日生化需氧量、化学需氧量及高锰酸盐指数等指标的检测主要参照文献［13-14］中的方法测定;粪大肠菌群数采用MPN法测定［14］;叶绿素a浓度采用丙酮萃取分光光度比色法测定［14］。

1.3.2 浮游生物检测

浮游藻类和浮游动物定性样品分别用25号和13号浮游生物采集网采集，定量样品用采水器分层取1 000 mL，现场加鲁哥氏液固定。实验室浓缩样品，取水样在Olypus倒置显微镜下鉴定，将浮游生物鉴定到种(变种)或属［13-20］。

1.4 水质评价标准

1.4.1 水质营养状态评价标准

按照《地表水资源质量评价技术规程》(SL 395—2007)进行水库营养状态的评价［21］。采用湖泊(水库)营养状态评价标准及分级办法。先采用线性插值法将水质项目浓度值转换为赋分值，再按照式(1)计算营养状态指数(EI):

式中:EI为营养状态指数，En为评价项目赋分值，N为评价项目个数。

1.4.2 浮游藻类群落评价标准

指示性浮游藻类群落污染等级划分标准为蓝藻门大于70%时耐污种大量出现，为多污带;蓝藻门约60%时藻类总数较多，为α-中污带;硅藻门及绿藻门各约30%时为β-中污带;硅藻门大于60%时为寡污带［8-9］。

浮游藻类污染指示种与水质营养状态的划分标准:os污染指示种为寡营养型;βm污染指示种为中营养型;富营养型包括富营养型(αm)和中-富营养型(α-βm)2类;超富营养型包括富营养重污型(β-ps)和厌氧重污型(α-ps)2 类［10］。

2 结果与分析

2.1 南阳市饮用水源区水质监测及评价

2.1.1 水质监测结果

2012年1月—2013年12月期间对南阳市饮用水源区鸭河口水库的库心、坝下和水库下游白河盆窑3个典型监测站进行水质常规监测，与水体营养化程度相关的总氮、总磷、高锰酸盐指数和氨氮结果如图2～图5所示。

图2 南阳市饮用水源区总氮动态变化

图3 南阳市饮用水源区氨氮动态变化

图4 南阳市饮用水源区高锰酸盐指数动态变化

图5 南阳市饮用水源区总磷动态变化

由图2～图5可见，库区和其下游总氮浓度均达到Ⅲ类水质标准，分别为1.02、1.79 mg/L，各监测区季节变化不明显，年际间差异不显著;但库内和其下游差异显著，盆窑段面均高于库区。高锰酸盐指数和氨氮浓度显现和总氮浓度类似的趋势。

2012—2013年库区和其下游总磷平均浓度分别为0.019、0.074 mg/L，下游盆窑段面的总磷浓度在2013年丰水期达到0.101 mg/L，其他监测时间也高于库区。

综上所述，根据《地表水环境质量标准》(GB 38382—2002)，2012年1月—2013年12月库区理化指标中库心、坝下和盆窑的高锰酸盐指数符合Ⅱ类水质标准(≤4);盆窑的氨氮、总氮和总磷符合Ⅴ类水质标准;库心和坝下的总氮符合Ⅲ类水质标准，总磷符合Ⅱ类水质标准;其他监测指标均符合Ⅰ类水质标准。根据检出限值要求，铜、锌、汞和铅在所监测的时间内各监测站均未检出。

2012年1月—2013年12鸭河口水库的微生物学监测显示，微生物学指标相对稳定，常年监测的总大肠菌群数小于等于20个/升，而其下游白河盆窑段面总大肠菌群数平均达到7.22×102个/升(数据未显示)。依据水质的微生物学评价标准，鸭河口水库微生物学指标都符合地表水I类水质标准，符合源头水质的标准。

叶绿素a是水体中浮游藻类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。2012—2013年鸭河口水库的叶绿素a含量介于0.001～0.003 mg/L之间，营养状态指数介于20～35之间，监测期间不同水期的营养状态指数差异不显著。

2.1.2 水质富营养状态评价

按照《地表水资源质量评价技术规程》(SL 395—2007)进行水库营养状态评价［21］，以总氮、总磷、高锰酸盐指数、叶绿素a和透明度5个参数作为南阳市饮用水源水质营养状态参数。

无论库区还是其下游监测区总氮均达到中度富营养化程度(En分别为61.13和67.60)，库区不同水期营养状态指数相近;总磷在库区和下游白河差异显著，En分别为35.35和56.00，在下游达到了轻度富营养程度;高锰酸盐指数、叶绿素 a和透明度的En介于20～44.70之间。年度内库区丰水期、枯水期和平水期的营养状态指数相近，平均为40.20;年际间，2012年的营养状态指数稍高于2013年。综合评价，南阳市饮用水源鸭河口水库水质稳定，水体处于中营养状态，下游入南阳市的白河盆窑段达到轻度富营养状态(表1)。

表1 南阳市饮用水源区水质EI值及其营养状态

2.2 浮游藻类组成及水质评价

2.2.1 浮游藻类物种组成

2013年11月在鸭河口水库水源区各监测站采集的浮游藻类物种组成及百分比见图6。

图6 鸭河口水库浮游藻类物种组成和百分比

由图6可见，浮游藻类共有7门40科90属208种(含变种)，其中蓝藻门16属35种(含变种)，占16.83%;绿藻门32属59种(含变种)，占28.37%;硅藻门 30属 94种(含变种)，占45.19%;裸藻门6属12种，甲藻门2属3种，黄藻门3属5种，红藻门1属1种，未检测到轮藻。

各监测站浮游藻类种类不一，以南河店监测站较多，其中微囊藻属(Microcystis)、束丝藻属(Aphanizomenon)、盘星藻属(Pediastrum)、直链藻属(Melosira)、针杆藻属(Synedra)和黄丝藻属(Tribonema)几乎遍布整个水体，但各监测站之间的优势种不完全一致。南河店藻类群落为硅藻-绿藻-蓝藻型，比例为 57.76%、26.72%、5.17%;盆窑藻类群落为硅藻-绿藻-蓝藻型，比例分别为57.83%、20.48%、18.07%;库心藻类群落为绿藻-蓝藻-硅藻型，比例分别为 47.50%、27.50%、17.50%;坝下藻类群落为绿藻-蓝藻-硅藻型，比例分别是47.37%、31.58%、10.53%;安庄3种藻类相对接近，硅藻-蓝藻-绿藻所占的比例分别是 25.93%、33.33%、25.93%。结果表明，南河店和盆窑监测站浮游藻类群落呈河流型生物特征，其他3个监测站呈湖泊型生物特征。

2.2.2 浮游藻类污染指示种及水质评价

浮游藻类是水生态系统生物资源的重要部分，也是反映水体富营养化程度的主要指标，藻类的种群结构和污染指示种是湖泊营养型评价的重要参数。2013年11月在鸭河口水库各监测站共检测出浮游藻类指示种5门19科25属36种(含变种)，其中寡污型浮游藻类3属3种，占总指示种数的8.33%;α-中污型9属11种，占总指示种数的30.56%;β-中污型浮游藻类5属5种，占总指示种数的 13.89%;α-β-中污型浮游藻类4属5种，占总指示种数的13.89%;α-β-o中污型浮游藻类2属8种，占总指示种数的22.22%;富营养型浮游藻类3属3种，占总指示种数的8.33%;超富营养型仅在水库下游的盆窑监测站检出小球藻(Chlorella vulgarisBeijerinck)，见图7和表2。根据指示性浮游藻类群落划分污染等级的标准，5个监测站共检测到的中污型藻类指示种所占比例为80.56%，可判定鸭河口水库库区水质为中污型。盆窑站的污染指示种有16属18种，是5个监测站中污染指示种最多的监测站。

图7 鸭河口水库浮游藻类污染指示种种类组成

表2 鸭河口水库浮游藻类污染指示种组成及指示等级

2.3 浮游动物物种组成及水质评价

2013年11月在南阳市饮用水源区鸭河口水库及其下游水域共采集到浮游动物4类:枝角类(Cladocera)、桡足类(Copepoda)、轮虫(Rotatoria)和原生动物(Protozoa)共36种(含变种)，隶属28科30属。其中枝角类和轮虫较多，均为5科6属9种，分别占总浮游动物的33.33%;桡足类5科5属5种，占22.22%;原生动物3科3属3种，占11.11%。调查仅在安庄监测站检出1种桡足类沟渠异足猛水蚤(Canthocamptus staphylinusJurine)β-m型污染指示种，如图8所示。

图8 鸭河口水库浮游动物物种组成和百分比

由图8可见，水库上游的南河店和安庄2个监测站的浮游动物在组成上存在差异，南河店只检测到枝角类和轮虫3种，而安庄监测站检测出枝角类、桡足类、原生动物、轮虫4类17种。在库心监测到枝角类、桡足类、原生动物、轮虫4类11种。在盆窑也仅检测到枝角类和轮虫2种。螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)在南河店、安庄、库体和下游盆窑均检测出，为水源区浮游动物的优势种;颈沟基合溞(Bosminopsis deitersiRichard)出现在安庄和库体 2个站，美丽网纹溞(Ceriodaphnia pulchellaSars)和大型溞(Daphnia magna Straus)出现在南河店和库体2个监测站，长刺溞(Daphnia longispinaMüller)出现在库体和盆窑2个监测站。鸭河口水库不同水体浮游动物的组成存在较大差异，尽管南河店和安庄均为主干流入库汇处，但南河店监测站处呈现河流生态特征，安庄水体已呈现湖库生态特征;坝下监测站是库体水排放处，也是南阳市饮用水取水处，相对具有河流生态特征，仅检出龟甲轮虫(Keratella．sp)1种轮虫;水库下游白河入南阳市的盆窑监测站为典型河流生境。结果说明水域生态环境对浮游动物分布和物种组成有影响。

2.4 讨论

鸭河口水库的主干流安庄监测站是库区中靠近村镇的上游支流，其库区生态系统的健康状况因周边工农业生产排污和小城镇生活污水的排放而较差;在水库不同区域还有农户的投饵式网箱养鱼基地，造成底泥沉积物中氮、磷、硫化物、有机质的明显富集，如果不对库区网箱养殖加以规划，盲目地养殖对水质的影响是显而易见的;相对而言，鸭河口水库的库区生态系统健康状况较好，而位于水库下游的河流生态系统健康状况较差，主要体现在河流形态的改变，氮磷含量的增加，已达到轻度富营养状态，可能与沿岸工农业生产的排污和小城镇生活污水的排放有关。鸭河口水库对南阳市的发展起着举足轻重的战略作用，随着南阳市中心城区规模不断扩大和经济增长，鸭河口水库将成为中心城区的主要水源地;由于中心城区地下水严重超采，鸭河口水库今后将逐步成为城市的主要水源，水库的功能应转变成以保证城市供水为主。目前中心城区供水主要靠白河侧渗地下水和白河地表水，白河水量受鸭河口水库控制，依靠鸭河口水库弥补中心城区水资源缺口是必然趋势，这将大大缓解中心城区用水紧张局面，鸭河口水库的作用无可替代。水库水体的富营养化程度与营养物质、气候条件、水库水化学性质和生物性质、水库调度方式和气候条件等各种因素有密切联系，根据短期内的生物调查资料监测评价水质，仅能反映当时水环境状况，而水质的长期变化趋势还需要长期动态研究才能得出正确结论。因此，鸭河口水库水资源的可持续利用，将直接影响南阳的可持续发展，应尽快、尽早、科学地制定实施鸭河口水库水资源的开发、节约、保护和利用规划，使之成为南阳可持续发展战略的强大资源。

3 结论

2012年1月—2013年12月对南阳市饮用水水源区鸭河口水库的2条主干流、库体和水库下游进行了水质常规监测和浮游生物调查。结果表明，鸭河口水库库区及其下游共检测到浮游藻类7门40科90属208种(含变种)，其硅藻-绿藻-蓝藻比例依次为57.79%、23.60%、11.62%，水体为硅藻-绿藻型;浮游藻类污染指示种5门19科25属36种(含变种)，中污型指示种占污染指示种的80.56%;浮游动物共采集到28科30属36种(含变种)，仅查出1种β-中污型污染指示种;除总氮超标外(达到中度富营养水平，EI平均为63.37)，其他理化指标和微生物学指标达到水源水质要求。综合分析评价，南阳市饮用水水源区水质处于中营养状态。

［1］齐锋，裴新国．试析鸭河口水库与南阳经济的可持续发展［J］．水利水电快报，2004，25(15):4-6．

［2］舒金华．我国主要湖泊富营养化程度的评价［J］．海洋与湖沼，1993，24(6):616-620．

［3］王明翠，刘雪芹，张建辉．湖泊富营养化评价方法及分级标准［J］．中国环境监测，2002，18(5):47-49．

［4］易雯，吕小明，付青，等．饮用水源水质安全预警监控体系构建框架研究［J］．中国环境监测，2011，27(5):73-76．

［5］安乐生，赵全升，刘贯群，等．代表性水质评价方法的比较研究［J］．中国环境监测，2011，27(3):47-51．

［6］丁冉，肖伟华，于福亮，等．水资源质量评价方法的比较与改进［J］．中国环境监测，2011，27(3):63-68．

［7］许淑娟．青岛崂山区地表饮用水水源地污染评价与防治对策研究［D］．青岛:中国海洋大学，2012．

［8］高世荣，潘力军，孙风英，等．用水生生物评价环境水体的污染和富营养化［J］．环境科学与管理，2006，31(6):174-176．

［9］李玉英，高宛莉，李家峰，等．南水北调中线水源区富营养化研究［J］．中国农业大学学报，2007，12(5):41-47．

［10］詹玉涛，杨昌述，范正年．釜溪河浮游植物分布及其与水质污染的相关性研究［J］．中国环境科学，1991，11(1):29-33．

［11］龙胜兴，郭云，晏妮，等．红枫湖水库水体富营养化及浮游植物群落结构特征［J］．中国环境监测，2013，29(1):23-29．

［12］兰佳，吴志旭，李摇俊，等．新安江水库浮游植物群落特征及影响因素分析［J］．中国环境监测，2014，30(2):40-46．