红水河河池河段典型水库富营养化研究

何海静 杜海媚 韦海玲 陆尚旭

红水河河池河段典型水库富营养化研究

何海静 杜海媚 韦海玲 陆尚旭

（河池水文中心，广西 河池 547000）

为了解河池境内流域的营养化状况，文章选取2018年10月至2021年9月的红水河河池境内河段中龙滩、岩滩两个水库水质监测数据，通过对水样重要水质指标数据分析研究其富营养化程度。分析结果表明：龙滩、岩滩水库整体上处于由中营养向贫营养状态发展，河段内水质整体保持良好。两个水库总氮（total nitrogen，TN）的综合营养状态指数最高，水库中主要超标污染物为TN，是可能引起水体富营养化的重要诱因。龙滩、岩滩水库的总氮/总磷比（total nitrogen/total phosphate，TN/TP）年平均值一直处于79.5～235.6之间，说明磷是龙滩、岩滩水库藻类生长的限制因素，均属于典型的磷（P）限制型水库。研究为河池市水资源富营养化防治与科学管理提供了科学依据。

水库；富营养化；氮磷；营养状态指数

引言

红水河发源于云贵高原，是我国西南部南盘江、北盘江的下游干流和华南珠江水系西江的上游干流，河流经过百色、河池等市，全长638 km，是广西的“母亲河”。红水河从百色市乐业县流入到河池市内的多个县镇，其中包括天峨县，河段长382 km，在河池市内流域面积为16363 km2，河池市内主要控制性枢纽有龙滩水电站、岩滩水电站[1]。河池境内河段是整个红水河流域中的主要及核心区段，完全列入河池市河长制管理布局，其蕴藏的矿业资源、农林业资源、水利电力资源、生态旅游资源等极其丰富且独特。随着现代社会的进步发展和人们的生活水平的提高，人民群众对干净资源和能源的需求日益增长[2]。在众多自然资源中，水资源的利用尤为突出，人类活动也因此使环境产生巨大的改变[3]。

水库是人类利用河谷或山沟等狭窄地势通过人工修建河坝，可以用来调蓄洪水和水力发电的水利工程，它具有防止洪涝灾害、农业灌溉、发电供水等多种功能[4]。有研究表明，我国的南方地区水库水质恶化时有发生[5]。岩滩、龙滩水库作为红水河河池段内最大的两座水库，对于上下游的水利建设与水资源利用具有极其重大的意义[6]。水库的营养化程度往往会影响水体的生物种类，改变其能量流动和物质循环[7]。因此，对龙滩、岩滩水库进行富营养化状态分析和持续性监测尤其重要。本文主要对两个水库水体的CODMn、TP、TN和Chla的含量进行了测定，分析了不同时期各个影响因子的变化及趋势，为河池市水资源的治理和保护提供了重要的科学参考。

1 湖库概况

1.1 龙滩水库

龙滩水库距离广西天峨县城有15 km，处在红水河干流上，集水面积达98500 km2，约占据七成红水河流域面积。该位置具有复杂的地形地势和发达的水文条件，布柳河、蒙江和曹渡河在坝址的上游附近汇聚，集水面积共17979 km2，占据龙滩坝址18.3%的面积[8]。水库上游132 km的左岸处，作为最大支流的北盘江，其汇入使得龙滩水库上游流域形成不对称形态，总体呈现出一种左宽右窄的形状。

龙滩水库如图1所示，其周边没有厂矿企业，无工业排污；已经禁止水面养殖，只有少量垂钓；水库周边有少量村屯，有少许的生活污水汇入，存在一定的污染；库区种植有少量的水稻、甘蔗等农作物，农药化肥的使用产生了一定的农业面源污染，库区内有培训基地及旅游景区，有一定的生活垃圾等地表污染[9]。

图1 龙滩水库（卫星地图）

1.2 岩滩水库

如图2所示，岩滩水库地处广西大化瑶族自治县，总体上是处于红水河河池段的中游。作为红水河水电基地的第五级，岩滩水库处在一个十分重要的位置，上河段与龙滩相接，下河段与大化相连。坝址上游流域面积约106580 km²。流量平均长年为1760 m3/s，平均年径流量可达555亿 m3。水库为河槽式水库，水面宽一般在100 m与400 m之间，水深在40 m～50 m之间，作为龙滩水电站的反调节电站，对该河段的经济运行有着至关重要的作用[10]。

图2 岩滩水库（卫星地图）

岩滩水库周边没有厂矿企业，无工业排污且禁止水面养殖，但库区沿途乡镇密集，人员生产、生活活动频繁，存在生活污水污染的可能[11]；库区周边种植有少量的水稻、经济林等，农药化肥的使用往往会对周边农林业环境产生污染。库区内旅游业发达，有一定的生活垃圾等地表污染。

2 监测概况

2.1 采样点布设

龙滩水库是红水河入河池境内的第一座水库，更是红水河的控制性工程，它对于整个河段有着非常重要的作用，因此对其监测是具有意义的。图3是龙滩水库整改之后的对比。

岩滩水库是红水河水电基地第五级工程项目。水库内鱼类繁多，环境优美、现代大型工程与壮族地区传统的人文情怀相联系，其欣赏价值和游玩价值很高。鉴于龙滩、岩滩两个大型水库在地理位置上的独特性与其巨大的水利枢纽工程特性，其水质状况往往对于珠江整个水系的生态都有十分重要的的影响，故在此设置监测站点进行水质监测与富营养化评价，极具必要性及代表性。

根据水库水体的水文、气候、地质和地貌资料，综合考虑水资源的用途、水库周边工农业布局、居民生活区分布及可能的污染源、排污情况参考历年水质监测资料，选取如表1所示两个监测点，采用网格法均匀设置采样点，通过将同一时段不同采样点的瞬时水样混合，形成综合水样，这样测出的结果更加具有实际意义。

表1 监测断面明细表

监测数据分析：根据红水河河池段近年水文测报资料，一般将每年的4月至9月视为汛期，其他月份为非汛期，每个月均采样一次。本次选取2018年10月至2021年9月的监测数据对龙滩、岩滩水库的水质状况及富营养化状态进行分析，历经三个汛期与非汛期，数据具有连续性与代表性。龙滩、岩滩均处于低纬度。有研究表明，总磷（TP）与纬度的相关性达到极显著水平和显著水平（＜0.01），随着纬度的降低，TP显著地增加。TN/TP与纬度存在极显著和显著的相关（＜0.01）[12]。

2.2 评价项目及分析方法

2.2.1 评价项目

本次水质评价标准采用国家颁布的《地表水环境质量标准》GB 3838—2002，评价项目包括GB 3838—2002表1中除水温外的规定基本项目22项。

水质达标评价方法：按目标水质判断；如有饮用功能的，加评GB 3838—2002表2中的5个项目。采取10%的平行双样和20%的加标回收率以及有证标准物质进行质量控制，并实行严格的三级审核制度，保证出具的数据准确、科学。

水体富营养化评价：为克服单一评价因子进行评价的片面性及各因子相互间的干扰，本文通过综合营养指数法为龙滩、岩滩评估富营养化程度。

2.2.2 分析方法

总磷（TP）：将过硫酸钾溶液加入到水样中进行高压消解，之后加入抗坏血酸溶液以及钼酸盐溶液，用分光光度法测定。

总氮（TN）：将碱性过硫酸钾溶液加入到水样中进行高压消解，加入盐酸溶液，用分光光度法测定。

高锰酸盐指数（CODMn）：向水样中加入（1+3）硫酸溶液，以草酸钠为标准溶液，用高锰酸钾溶液滴定。

叶绿素a（Chla）：将饱和碳酸镁溶液加入到水样中，过滤浓缩，加入90%丙酮溶液进行研磨。离心后转移澄清提取液进行分光测定。

透明度（SD）：使用塞氏盘法。

3 水体富营养化评价

计算公式为：TLI(Σ)＝ΣWj·TLI(j)

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

()＝10(2.5＋1.086) （1）

()＝10(9.436＋1.624) （2）

()＝10(5.453＋1.694) （3）

()＝10(5.118－1.94) （4）

()＝10(0.109－2.661) （5）

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为第 j 种参数与基准参数 Chla 的相关系数；m表示评价参数个数。

中国湖泊（水库）的Chla与其他参数之间的相关关系rij及r2ij见表2。

表2 中国湖泊（水库）部分参数与Chla的相关系数

综合营养状态指数TLI(Σ)的分级标准为：TLI(Σ)小于30时，为贫营养；TLI(Σ)在30～50之间时，为中营养；TLI(Σ)大于50时，为富营养。富营养又分为轻度、中度和重度，其中TLI(Σ)在50～60之间，为轻度富营养；TLI(Σ)在60～70之间，为中度富营养；TLI(Σ)大于70时，为重度富营养。

4 结果与讨论

根据实际工作情况，选取每月月初，进行样品检测与分析，通过计算得到每年汛期与非汛期各评价参数的富营养指数。

评价参数为高锰酸盐指数（CODMn）、总磷（TP）、总氮（TN）、叶绿素（Chla）、透明度（SD），数据结果如表3所示。

如表3所示，龙滩、岩滩水库的透明度常年稳定，无明显变化。2018年10月至2020年9月，岩滩水库的营养状态为中营养，2020年10月到2021年9月，岩滩水库的营养状态为贫营养；2018年10月至2020年3月，龙滩水库的营养状态为中营养，2020年4月至2021年9月，龙滩水库的营养状态为贫营养。龙滩、岩滩两地水库的综合营养状态指数均值在2020年10月到2021年3月这一时间段达到最低，分别为24.6484和24.2499，但是到了2021年4月到2021年9月又出现增加。总氮的综合营养状态指数常年维持在60以上，对水体有着重要的影响[13]。汛期的CODMn的综合营养指数相较于非汛期要高。龙滩、岩滩水库富营养状态总体保持平稳向好，总氮是主要的超标污染物。

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表3 龙滩、岩滩水库综合营养指数计算法结果

图4（a）所示为2018年10月至2021年9月间年龙滩、岩滩水库CODMn的变化趋势，两个水库CODMn的变化趋势基本一致，与季节来水量存在一定的规律。汛期时许多污染物受到雨水的冲刷和侵蚀作用随地表径流汇入水库水体中，这一定程度上对水库水质指标的测定产生了影响[14]。汛期CODMn较非汛期基本偏高，平均值分别为1.7 mg/L和1.6 mg/L；非汛期缓慢降低，平均值分别为1.3 mg/L和1.3 mg/L，符合Ⅰ类标准。图1中2020年7至8月，数据较其他月份均大，2020年汛期的CODMn明显高于2019年和2021年同期，原因是该期间内强降雨天数与同期相比较要多，导致来水量也远超于其他年份同期，CODMn指数波动较大[15]。

图4（b）所示为2018年10月至2021年9月龙滩、岩滩水库TP的变化趋势。两个水库的TP变化趋势基本一致，且非汛期的TP数值普遍高于汛期，汛期平均值分别为0.01 mg/L和0.02 mg/L；非汛期平均值分别为0.02 mg/L和0.02 mg/L，符合Ⅰ类标准。有研究表明，汛期期间极端暴雨的情况下，会促进爆发蓝藻水华[16]。而在2020年底至2021年3月间南方旱情严重时期，出现了明显高于其他年份同期的TP指数，也说明该理化因子随着来水量减少反而增高。结合龙滩上游八扣、甲板、那解屯、顶换村四个断面在2020年底至2021年3月间的TP指数（由0.01 mg/L突然增高至0.04 mg/L～0.07 mg/L），均比同期有明显增大，增大规律与龙滩断面TP指数保持一致。同时，由于该时间段正处于疫情居家隔离时期，使得该时间段库区的生活面源污染较同期影响较大[17]。

图5（c）所示为2018年10月至2021年9月间年龙滩、岩滩水库TN的变化趋势，符合Ⅲ类水标准的月份约为50%，其他均为Ⅳ类水甚至劣Ⅴ类。TN浓度的不同往往会对水体中的浮游植物和微生物以及群落结构演替产生影响[18]。两个水库的TN数值无稳定规律，也表明在龙滩、岩滩水库中，TN的累积和释放受人类活动的影响更大。由2021年1月至9月的龙滩、岩滩断面水质监测分析得知，硝酸盐氮是总氮的主要成分，平均占比分别为85.25%和91.34%。农药化肥的使用和农村生活污水的排放，使得氨氮的含量增高。

图5（d）所示为2018年10月到2021年9月之间龙滩、岩滩水库Chla的变化趋势。Chla是湖泊水库中重要的参数[19]。在2018年10月至2018年12月这段期间，岩滩水库的叶绿素a含量明显高于龙滩水库，可能是因为广西冬季相较与北方更加温暖，存在大量以蓝藻为主藻类植物所导致的。

2019年8月至2019年12月两地水库的叶绿素a含量明显升高。2020年3月之后，叶绿素a浓度有明显下降，两个水库的Chla数值变化趋势基本一致，且总体向好趋势发展。有研究表明水体中的Chla与CODMn呈正相关，而本文的研究数据没有表现出明显的相关性[20]。Chla与TN、TP也没有明显的相关性，这进一步说明了人类的活动产生了重要影响。

5 结论与建议

5.1 结论

（1）近三年来，龙滩、岩滩这两座水库总体上的富营养化程度为贫营养与中营养，尤其是作为红水河河池段入口处的重点监测水库，龙滩水库富营养化状况整体始终保持良好。《天峨县生态渔业发展规划（2017年至2030年）》出台实施后，对龙滩库区的养殖生态做了有序规划及管理的良好结果。

对于内陆水库的水体，富营养化往往是最主要的污染方式，而氮磷是重要影响因素。龙滩、岩滩水库水质的主要超标污染物为总氮，可见人类生产活动是影响水体富营养化的一个重要原因。当总氮和总磷在水体中的含量超标，就很有可能爆发水华。

（2）氮磷对藻类的生长有着很重要的影响，当两者浓度的比例达到一定值时对藻类的繁殖生长最有利，反之则会限制藻类的繁殖生长。有研究表明，最佳TN/TP在10～15之间；当TN/TP小于10时，藻类生长受到主要影响因素是氮；当TN/TP大于14时，磷这是主要影响因素。通过数据分析，2018年10月至2021年9月龙滩、岩滩水库TN/TP在79.5～235.6之间，说明磷影响着藻类生长，为典型的磷（P）限制型水库。

5.2 建议

（1）加强执法监管，定期对水库沿线进行现场执法检查，做好水库上流流域的治理，做好水质的跟踪监测，加强点源污水排放治理力度。

（2）合理规划和逐步推行生态农业，发展绿色产业，改善农业耕作方式，控制农药化肥的使用，减少氮磷的流失[21]。加强对水库水质保护，从源和汇两个方面出发，降低人为因素的干扰，不断增强水库及周边生态系统自我恢复能力。

（3）对水库水资源进行科学化开发应用，强化水库工作人员的管理能力，减少利于水体富营养化的因素，维持水库的供水功能。同时处理好发展旅游业、水库养殖和保护水质的关系，特别是具有饮用水功能的水库，避免养殖动物排泄物对水库的污染。

（4）宣传环保意识，增强环保力度，宣传典型案例，曝光问题；整改新的公共设施，安装果皮箱，妥善处理废品和垃圾等。

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Study on Eutrophication of Typical Reservoirs in Hechi Reach of Hongshui River

In order to understand the eutrophication status of the basin in Hechi, this paper selects the water quality monitoring data of Longtan and Yantan reservoirs in the reach of Hongshui river from October 2018 to September 2021, and studies the eutrophication degree through the analysis of important water quality index data of water samples. The analysis results show that Longtan and Yantan reservoirs are developing from medium nutrition to poor nutrition on the whole, and the water quality in the river section remains good on the whole. The comprehensive nutritional status index of total nitrogen (TN) in the two reservoirs is the highest, and the main excessive pollutant in the reservoirs is TN, which is an important inducement that may cause water eutrophication. The annual average value of total nitrogen/total phosphorus ratio (TN/TP) of Longtan and Yantan reservoirs has always been between 79.5 and 235.6, indicating that phosphorus is the limiting factor of algae growth in Longtan and Yantan reservoirs, which belong to typical phosphorus (P) limited reservoirs. The study provides a scientific basis for the prevention and scientific management of water resources eutrophication in Hechi city.

reservoir; eutrophication; nitrogen and phosphorus; nutritional status index

TV21

A

1008-1151(2022)05-0020-05

2022-02-22

重点实验室平台，广西石化资源加工及过程强化技术重点实验室“膨润土拟固相活化制备杂原子分子筛及其同步深度去除石化废水中氮磷的研究”主任课题（2020Z008）。

何海静（1985－），女，河池水文中心助理工程师，从事水质分析工作。