蒋家寨水库富营养化状况评价

(保山市环境监测站，云南 保山 678000)

0 引言

水体富营养化是指水体中氮、磷等营养物质含量过多引起的一种水污染现象。随着人口增多，工业、农业生产的迅速发展，大量的生产、生活污水排入自然水体，造成水体富营养化日益加重 。水体富营养化会引起藻类和其他浮游生物的迅速繁殖，使水体溶解氧含量下降，造成藻类、浮游生物、植物、水生物和鱼类大量死亡，此外富营养化会造成水的透明度降低，致使阳光难以透过水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，对水生动物有害，致使鱼类大量死亡。同时，富营养化会使水中含有硝酸盐和亚硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，也会中毒致病。

水库广泛分布在世界各地，与我们的生产生活息息相关，可防洪、蓄水灌溉、供水、发电、养鱼等，在工农业生产及人民生活中起着巨大的作用。近年来，气候问题、水资源短缺、水污染问题日益严重，世界各地水库普遍存在富营养化问题，且水体富营养化有加剧的趋势[1]。蒋家寨水库位于施甸县城南部，距离城区9km，水库始建于1960年，承担着施甸县城3万余人的供水和0.187万hm2(2.8万亩)农田灌溉任务，水库设计总库容810万m3， 兴利库容765万m3，水库年供水量约413万m3。蒋家寨水库径流区涉及17个村民小组，人口3752人，水库径流区内无工业企业，属粗放型农业生产，以传统农业为主，主要种植水稻、小麦、包谷、烤烟等粮食作物和经济作物。其中：水田以种植水稻、小麦、油菜、蚕豆、豌豆等作物为主，旱地以种植包谷、小麦、烤烟、薯类等作物为主。

1 数据来源与评价方法

1.1 数据来源

在蒋家寨水库库区内设置1个监测点，于每季度的第一个月在监测点进行水样采集，并对样品进行分析测定。每季度采样1次，每年监测4次，监测指标为水体pH、透明度、溶解氧含量、电导率、硫化物含量、氨氮含量、总氮含量、总磷含量、高锰酸盐指数、生化需氧量、化学需氧量、六价铬和叶绿素а含量等。本文评价数据来源于2014—2018年饮用水每季度例行监测结果。评价指标包括叶绿素(chla)、总磷(TP)、总氮(TN)、高锰酸盐指数(CODMn)、透明度(SD)，各评价指标的分析方法如表1。

表1 富营养化程度评价指标及分析方法

1.2 评价方法

1.2.1 评价指数及方法

本文采用营养状态指数(TLI)和综合营养状态指数(TLI(Σ))对蒋家寨水库富营养化现状进行评价。营养状态评价标准为：TLI(Σ)<30为贫营养状态，30≤TLI(Σ)≤50为中营养状态，TLI(Σ)>50为富营养状态，5070为重度富营养状态。在同一营养状态下，指数值越高，其营养程度越重[2]。水质评价参照《GB 3838-2002地表水环境质量标准》进行单因子评价[3]，超过Ⅱ类水质标准为超标。

营养状态指数(TLI)计算公式为：

TLI(chl)=10(2.5+1.086ln chl)

TLI(TP)=10(9.436+1.624ln chl)

TLI(TN)=10(5.453+1.694ln chl)

TLI(SD)=10(5.118+1.941ln chl)

TLI(CODMn)=10(0.109+2.66ln chl)

式中：叶绿素a chl单位为mg/m3； 透明度SD单位为m；其它指标单位为mg/L。

综合营养状态指数(TLI(Σ)计算公式如下：

式中：TLI(Σ)-综合营养状态指数；Wj- 第j种参数的营养状态指数的相关权重；TLI(j)-代表第j种参数的营养状态指数。

以chla作为基准参数，则第j种参数的归一化的相关权重计算公式为：

式中：rij— 第j种参数与基准参数chla的相关系数；m— 评价参数的个数。

表2 中国湖泊(水库)部分参数与chla的相关关系rij及值

1.2.2 趋势分析方法

采用Spearman秩相关系数法对5a综合营养指数变化趋势进行分析，计算公式如下：

Di=Xi-Yi

式中：RS—秩相关系数；Xi-污染物浓度年平均值从小到大排列的序号；Yi—按年度顺序排列的序号；N—时间周期。

将秩相关系数Rs的绝对值同Spearman秩相关系数统计表中的临界值Wp进行比较，N=5时，临界值Wp=0.900。将秩相关系数计算结果绝对值∣RS∣与Wp进行比较，秩相关系数绝对值 ∣RS∣>Wp表明变化趋势显著，∣RS∣

2 结果评价

2.1综合营养状态分析

蒋家寨水库2014—2018年综合营养状态指数的计算结果如表3，参照营养状态评价标准，2014—2017年为贫营养状态，但TLI(∑)值已接近30，呈现出中营养化的征兆。2018年为中营养状态。分季度计算2014—2018年的TLI(∑)，结果在20～32，在2014年第二季度，2015年的第二季度，2016年第三、四季度，2017年第三季度，2018年第一、二季度稍微超过30，呈中营养状态，其他季度为贫营养状态。

表3 蒋家寨水库2014—2018年综合营养状态指数计算结果

2.2 营养状态分析

目前，国内湖库富营养化主要表现在N、P 等营养化指标超标[4]。蒋家寨水库2014—2018年TN年均值均在《GB3838-2002地表水环境质量标准》Ⅱ类标准范围内，5a水质均为Ⅱ类，2015年TN年均值接近Ⅱ类标准的上限。各评价项目营养状态指数(TLI)如图1。从图中可以看出蒋家寨水库2014—2018年总氮的营养状态最高，年均值均>30，范围在36～41，为中营养状态，其次为透明度和叶绿素，2014—2018年SD的营养状态除2015年为贫营养状态，其余4a均为中营养状态，chla的营养状态除2016年为贫营养状态，其余4a均为中营养状态，TP的TLI均值2015、2017为中营养状态，其余3a呈现贫营养状态，2014—2018年CODMn营养状态最低，均为贫营养状态。

2.3 变化趋势分析

对蒋家寨水库年平均综合营养指数进行秩相关系数检验，RS值为0.70。蒋家寨水库2014—2018年营养状态呈现上升趋势，但上升趋势不显著。

3 结果分析

根据2014—2018年5a季度综合营养指数的计算结果，以及年平均综合营养指数变化趋势分析，蒋家寨水库水质2014—2017年处于贫营养状态，2018年处于中营养状态，营养状态呈上升趋势但没有显著变化趋势，水质状况比较稳定。水质类别和营养状态主要影响因子为TN 。

4 保护措施与建议

蒋家寨水库径流区内村民的生产和生活是水库面源污染的重要来源。生产污染主要为村民农业生产污染，蒋家寨水库饮用水水源地保护区土地利用类型以林地、耕地和水库水面为主，农业生产使用多余的化肥农药易随降雨流入库区。生活污染主要为村民生活污水、生活垃圾、畜禽养殖粪便等。根据蒋家寨水库水质现状及其周边地理环境特征，为长期有效保护其水质，提出以下建议：

(1)依法划定蒋家寨水库饮用水源地保护区域，区域内禁止布设水污染排放口，对于区域内存在的村落，开展有效的环境综合整治，建设村落污水收集处理系统。建设乡村垃圾处置中心，对村庄生产生活垃圾采取集中收集并进行无害化处置，禁止直接向库区倾倒或抛弃。

(2)开展环境保护和饮用水安全科普宣传，提高村民环保意识和饮用水安全意识，使群众更加自觉地爱护环境，自觉保护饮用水源地。

(3)转变农业生产方式，鼓励发展绿色农业、生态农业，提高肥效，科学用药，控制农药化肥施用量，严禁使用高毒、高残留农药。建立合理的补偿机制，逐步将水库水面附近耕地征入库区，并对库区进行围栏，在围栏区内禁止一切生产生活活动。