桃溪水库水质监测与评价

桂洪杰，张建兴，金圣淞，崔钊铭，郭泽宇

（1.厦门大学嘉庚学院环境科学与工程学院，福建 漳州 363105；2.宁德市古田环境监测站，福建 宁德 352200）

党的十九大报告明确指出，“带领人民创造美好生活，是我们党始终不渝的奋斗目标”。饮用水安全作为关系到民生的重要问题，其水源地水体水质的监测与评价就显得尤为重要。桃溪位于福建省宁德市古田县，全长30 km，流域面积159 km2，属于闽江水系中古田溪的重要支流之一。桃溪水库是古田县城市供水的水源地，坝址位于古田县桃溪村上游约3.5 km处的桃溪中段，总库容370万m3，年平均径流量3940万m3。水库中含有的淤泥，大气降尘，通过地表径流从土壤中溶解、运输并最终水库水体的各种有机和无机物质均会水库水质产生严重的影响[1-3]。桃溪水库作为古田县及周边镇区约7万人生活用水的水源地，其水质的监测与评价不仅可为居民的饮用水安全提供一定的数据支持，而且可为水库水质的预测及水源地污染防治对策的制定提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 采样点的布置及监测频次

本研究数据主要提取自宁德市古田环境监测站，采样点布设在古田县城关水厂桃溪水库取水口（26°41′03.9″N、118° 42′ 23.4″ E），2013-2018年每月月初随机采样一次（其中2013和2014年为奇数月份）。样品的采集、处理、保存和试验均严格按照《环境水质监测质量保证手册》（第二版）中的要求进行[4]。

1.2 监测指标和方法

水样中pH、溶解氧（DO）和透明度等指标利用便携式水质检测仪和萨氏透明度盘（SD20）现场测定，高锰酸钾指数（CODMn）、生化需氧量（BOD5）、总氮（TN）、总磷（TP）和叶绿素a等指标分析方法如表1所示。

表1 水质测定指标及分析方法

1.3 水质评价

桃溪水库水质评价主要采用单因子评价法、单项污染指数法和综合污染指数法进行评价；水库水质变化及分析依据是《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）[5]。水库的富营养化评价主要采用《地表水环境质量评价办法（试行）》（环办[2011]2号）推荐的综合营养状态指数法（TLI）对湖泊（水库）营养状态进行分级，本办法选取叶绿素a（chla）、TP、TN、透明度（SD）和CODMn等5项指标作为评价因子[6]。该综合营养状态指数法（TLI）对湖泊（水库）营养状态进行的分级如下：TLI＜30为贫营养；30≤TLI≤50为中营养；TLI＞50为富营养。在同一营养状态下，综合营养状态指数越大，其营养程度越高。

2 结果与分析

2.1 桃溪水库水质等级评价

表22013-2018年桃溪水库水质监测结果

为探讨桃溪水库2013-2018年的水质变化，笔者汇总了各年份pH、DO、SD、CODMn、BOD5、TN、TP和chla等水质指标的最大值、最小值以及平均值，如表2所示。由表2可知，近六年来，桃溪水库的pH均在6～9范围内，满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）的各类标准要求；溶解氧浓度的最小值均大于6 mg/L，满足II类标准；CODMn最大值均小于4 mg/L，满足II类标准；BOD5最大值均小于3 mg/L，满足II类标准；TN最大值均小于1 mg/L，满足III类标准；TP最大值均小于0.05 mg/L，满足III类标准。依据地表水水域功能和保护目标，桃溪水库水质执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的II和III类功能区标准限值要求。

此外，通过对各年份水质指标污染指数的分析，笔者发现，2013-2016年桃溪水库CODMn、BOD5、TN和TP污染指数均小于1，满足地表水水域功能区III类要求。而通过选取pH、溶解氧、高锰酸盐指数、生化需氧量、氨氮、挥发酚、汞、铅、石油类等9项进行的综合指数的计算（数据未列出），笔者发现2013-2018年综合污染指数范围为0.26～0.32，由此说明桃溪水库水质较好，各指标检出值在标准限值内。方春霞等利用单因子评价法和单项污染指数法对2014-2016年滁州市沙河集水库水质状况进行了评价，发现沙河集水库水质总体处于Ⅱ～Ⅲ类[7]。而其单项污染指数在0.25～0.60范围之内，与本研究结果相似，说明两个水库水质状况较为相近。

2.2 桃溪水库主要水质指标的变化

为进一步探讨桃溪水库主要水质指标CODMn、BOD5、TN、TP和chla在2013-2018年各月份的变化情况，笔者绘制了其相应的变化图，如图1所示。

由表2和图1可知，各主要水质指标浓度均呈年度周期性的变化，库区水体CODMn的浓度变化范围是0.76～3.50 mg/L，2013-2018年均值分别为1.50 mg/L、1.67 mg/L、1.48 mg/L、1.51 mg/L、2.19 mg/L和2.31 mg/L，均满足地表水环境质量标准中的II类标准。库区水体BOD5的浓度变化范围是0.47～2.70 mg/L，2013-2018年均值分别为0.78 mg/L、0.88 mg/L、1.02 mg/L、1.03 mg/L、1.11 mg/L和1.55 mg/L，均满足地表水环境质量标准中的II类标准。

库区水体TN的浓度变化范围是0.14～0.95 mg/L，2013～2018年均值分别为0.39 mg/L、0.39 mg/L、0.37 mg/L、0.39 mg/L、0.42 mg/L和0.56 mg/L，均满足地表水环境质量标准中的III类标准。库区水体TP的浓度变化范围是0.011～0.050 mg/L，2013-2018年均值分别为0.02 mg/L、0.02 mg/L、0.02 mg/L、0.02 mg/L、0.02 mg/L和0.03 mg/L，均满足地表水环境质量标准中的III类标准。

库区水体叶绿素a的浓度变化范围是0.42～9.00 mg/L，2013-2018年均值分别为2.64 mg/L、3.63 mg/L、4.41 mg/L、3.48 mg/L、3.61 mg/L和5.82 mg/L。此外，2013-2018年，库区水体pH年均值分别为7.0、7.0、7.2、7.2、7.8，DO年均值分别为8.10、8.89、8.83、8.43、8.07、8.49、8.69，均满足地表水环境质量标准中的I类标准。库区水体透明度2013-2018年均值分别2.3 m、2.0 m、1.8 m、1.8 m、1.7 m和1.7 m。由此可以发现，上述各指标虽然变化趋势有所差异，但总体呈现水质变差的趋势，且2018年各项指标所表征的库区水体的污染程度明显高于2013-2017年。这可能是由于降雨期地表径流冲刷土壤（农田和森林），将土壤中含有的外源性物质（化肥和植物落叶等含有可溶性物质）冲刷进入水库所致。而各指标的最大值基本出现在每年的4-9月份，该时段正是该区域的梅雨和台风季节，降雨量占全年降雨量的64%～70%[8]。

图1 桃溪水库2013-2018年水质指标CODMn、BOD5、TN、TP和chla的变化

2.3 桃溪水库营养化状态评价

根据综合营养状态指数法（TLI）计算得出，桃溪水库2013-2018年平均综合营养状态指数分别为29.2、32.2、32.2、31.8、34.3和38.3，即桃溪水库的营养化状态由贫营养逐步转化为中营养。为深入探究桃溪水库近六年来营养化状态的标化趋势，笔者汇总了2013-2018年各月份（2013和2014年为奇数月份）的营养化状态指数，如图2所示。

由图2可知，2013-2018年间桃溪水库综合营养状态指数在24.1～44.0之间波动，无富营养状况的出现，但其随时间变化呈现上升的趋势，说明桃溪水库受人类活动影响较小，水质较好，但仍存在富营养化趋势的风险。此外，各年份TLI的最大值基本出现在7-9月份，而这可能是由于降雨形成的地表径流将水库周边土壤中（农田和森林）含有的有机或无机物质溶解、运输并最终带入水库所致。武暕利用综合营养状态指数法对汤河水库2002-2017年的综合营养状况进行了研究，发现其营养状态指数在17～50之间波动，汤河水质良好[9]。张绍斌等将利用综合营养状态指数对化成水库2014-2016年不同月份的营养状态进行了分析，并得出水库的营养化状态处于中营养状态[10]。

图2 桃溪水库2013-2018年综合营养状态指数变化

水库氮磷比值的变化是水库营养结构的关键表征，其在一定程度上可以影响营养物质对水库的输入，进而改变水体的结构[11]。桃溪水库2013-2018年TN/TP的变化如图3所示。

图3 桃溪水库2013-2018年[TN/TP]变化

由表2和图3可知，桃溪水库[TN]/[TP]年平均值在17.3～22.8范围内波动，而2013-2018年各月份的最大值41.4，最小值为7.2，且绝大多数月份的值大于13。而小于13的点多出现在12月至2月，这可能是由于该季度降水的减少导致的。根据张思冲等的研究，[TN]/[TP]≤13为氮限制水体，[TN]/[TP]≥13为磷限制水体，且其所研究的二龙山水库属于磷限制水体[11]。由此可得，桃溪水库属于磷限制水体，TP可能是浮游植物生长的限制因子。此外，方春霞等利用该比值对滁州市沙河集水库进行研究，也发现了相同的结论[7]。

3 结论

本研究利用桃溪水库2013-2018年的监测数据对其水质指标的变化及水体的营养状态进行了分析与评价。研究结果表明，桃溪水库水质良好，桃溪水库水体CODMn和BOD5的浓度变化范围是0.76～3.50 mg/L和0.47～2.70 mg/L，满足地表水环境质量标准中的II类标准；TN和TP的浓度变化范围是0.14～0.95 mg/L和0.011～0.050 mg/L，满足地表水环境质量标准中的III类标准；桃溪水库的CODMn、BOD5、TN、TP和chla等水质指标浓度呈现年度周期性变化，且水质有变差的趋势，而桃溪水库综合营养状态指数在24.1～44.0波动，无富营养状况的出现，处于中营养水平；桃溪水库[TN]/[TP]年平均值在17.3～22.8范围内波动，且绝大多数月份的值大于13，因此桃溪水库属于磷限制水体。