陆浑水库水质趋势分析及水环境安全状况评价

李永丽

摘要：根据陆浑水库2009-2015年水质逐月监测数据，应用综合营养状态指数对水库营养状态进行了分析，应用季节性Kendall检验法对溶解氧、高锰酸盐指数、硝酸盐氮、氨氮、总氮、总磷污染因子的变化趋势进行了分析研究，并通过建立陆浑水库的水环境安全评价指标体系，对水库的水环境安全状况进行了评价。结果表明：综合营养状态指数显示水库水体长期处于中营养状态，TN是制约水体富营养化的关键因素，磷是陆浑水库的限制性营养盐；2009-2015年陆浑水库水质状况相对较为稳定，并有改善趋势，基本处于较安全状态。

关键词：水质趋势；营养状态；安全评价；陆浑水库

陆浑水库位于黄河支流伊河中游，在嵩县境内，距洛阳市67 km，控制流域面积3 492 km2（占伊河流域面积的57.9%），是一座以防洪为主的大型水库，在防洪、发电、灌溉、供水和水产养殖等方面发挥了重要作用。

陆浑水库是洛阳市重要的湖库型饮用水水源地，水质的好坏与居民生活、健康息息相关。20世纪90年代以来，随着社会经济的发展，陆浑水库流域的重金属企业、种植业、畜禽养殖业、旅游业等污染物排放量增大，水体一度呈恶化趋势。近几年来，随着各项水环境综合治理措施的实施，库区水质得到改善，但总氮含量依然超标严重。因此，笔者对水库的营养化状态进行评价，分析制约水体富营养化的关键因素及主要限制因子，明晰水库水质变化趨势和安全等级，以期为管理部门决策提供科学依据。

1陆浑水库营养状态评价

根据《地表水资源质量评价技术规程》（SL 395-2007）中湖泊（水库）营养状态评价标准及分级方法，采用总磷（TP）、总氮（TN）、叶绿素a（Chl-a）、高锰酸盐指数（CODM）和透明度5个指标评价陆浑水库的营养状态。由图1可知，陆浑水库2009-2015年综合营养状态指数均小于50，水体为中营养状态，但从总体赋分值来看，偏向于轻度富营养状态。2009-2011年综合营养状态指数略有上升，2011-2015年逐步回落，但仍高于2009年和2010年。由图2可知，TN是制约水体富营养化的关键因素。可见，从营养状态指数来看，只有继续采取措施控制水体TN的质量浓度，才能持续缓解陆浑水库的富营养化趋势。

氮和磷是浮游植物生长必须的营养元素。根据利比希最小因子定律，作物的最大产量受这种作物所需的、环境中非常少的、不能满足这种作物需要的那种物质限制。判别水体富营养化限制性营养盐的方法如下：当水体中可被水生植物直接吸收的磷的浓度小于5Ug/L时，磷是可能制约水生植物生长的限制性营养盐；当可被水生植物吸收的氮的浓度小于20Ug/L时，氮是可能制约水生植物生长的限制性营养盐。若氮和磷的浓度均小于上述标准。则二者都可能是限制性营养盐；若氮和磷浓度都不低于上述标准，则可利用水体的氮磷比确定哪一种元素有可能是限制性营养盐。陆浑水库水体中氮含量远高于磷含量，氮磷比大多为40-200，氮磷比过高会导致藻类大量生长，氮和磷会被大量消耗，而磷营养盐将会被首先消耗到低值，甚至低于水生植物限制生长的含量，因此磷是陆浑水库的限制性营养盐。

2水质变化趋势分析

采用季节性Kendall检验方法进行水质变化趋势分析。其原理是对历年各月的水质数据进行比较，若后面的值高于前面的值则记为正号，反之记为负号。若正号的个数比负号的多，则可能为上升趋势，否则可能为下降趋势；若正、负号的个数都占50%，则为无趋势。研究选取陆浑水库2009-2015年监测点的水质序列进行趋势分析，明晰陆浑水库的水质变化趋势。

确定趋势分析参数的主要原则是选择在判定水质变化上有代表性的水质指标，并拥有长序列、可靠的监测数据。根据所掌握的水质监测资料，对陆浑水库的总磷、总氮、高锰酸盐、氨氮、溶解氧和硝酸盐氮6个水质指标进行水质变化趋势分析。

根据2009-2015年的水质数据，取显著性水平a的判别标准为0.10和0.01：当a<0.01时，说明检验具有高度显著性水平；当0.01≤a≤0.10时，说明检验是显著的。陆浑水库6个水质指标变化趋势分析结果见表1，由表1可以看出，2009-2015年，陆浑水库总氮、氨氮和高锰酸盐浓度变化趋势不明显，总磷浓度呈高度显著下降趋势，硝酸盐氮浓度呈显著下降趋势，溶解氧浓度呈显著上升趋势，说明2009-2015年陆浑水库水质状况相对较为稳定，并有改善趋势。

3水环境安全评价

3.1水环境安全评价指标体系构建

欧洲环境署建立的驱动力-压力-状态-影响-响应（DPSIR）指标体系，一般用于生态系统的稳态性研究，对于灾变等突发情况，在DPSIR模型中没有反映。本文将灾变风险评估的水华爆发影响因子作为水环境安全的非稳态指标，替代DPSIR中的“响应”指标，在识别DPSIR各组分问相互联系的过程中将非稳态的灾变与稳态的健康状态结合考虑，构建包括驱动力、压力、状态、影响以及风险5个方案层、11项指标的水环境安全评价指标体系（见图3）。以2015年陆浑水库水质监测数据为例，对陆浑水库水环境安全状况进行评价。

各指标数据来源：月降水量根据雨量站实测数据统计得到：入库河流和入库排污口的点源污染是陆浑水库的主要污染物来源，因此通过入库河流的流量和水质监测数据、入库排污口监测数据，计算来自入库河流的污染物入库量和来自点源的污染物入库量，从而得到陆浑水库主要污染物入库量：水质状态指标选择反映水体富营养化特征的高锰酸盐指数和总氮、总磷、浮游植物叶绿素a含量4项指标，指标数据采用每月实测数据；根据《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）评价得到陆浑水库2015年每月的水质类别，并与《全国重要江河湖泊水功能区划手册》里划定的Ⅱ类水水质目标相比，判断其是否达标；水温数据采用每月采样时的实测数据，氮磷比即总氮浓度与总磷浓度的比值。

根据所构建的指标体系，对陆浑水库2015年12个月的数据进行整理，形成原始数据，见表2。