辽宁地区16座水库水质变化趋势分析与风险研究

王 璐

(辽宁省生态环境监测中心，辽宁 沈阳 110061)

1 辽宁省水库概况

辽宁省地势复杂，水系河网密集。根据第一次全省水利普查结果发现，全辽宁省共有水库914座，总库容184.69亿m3[1～5]。水库具有灌溉、保障河流水量、排涝、发展国民经济和人民安居乐业的重要作用。因此，水库的水质状况及变化趋势一直以来都受到管理部门的高度重视。

辽宁省每月例行监测共16座大型水库(库容量大于1亿m3)，总库容量为262.93亿m3。大伙房、碧流河、水丰、观音阁、桓仁、铁甲、石门、闹德海、汤河、柴河、清河、白石、阎王鼻子、乌金塘和宫山咀15座水库具有生活饮用水功能，葠窝水库为工业和农业灌溉用水功能。2020年，监测的16座水库总蓄水量为130.86亿m3，平均蓄水率为49.8%[6～10]。

辽宁省水库水质每月监测一次。监测项目分别为水温、pH值、电导率、溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、总氮、总磷、铜、锌、氟化物、硒、砷、汞、镉、六价铬、铅、氰化物、挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂、硫化物、粪大肠菌群、透明度、叶绿素a和水位共27项，碧流河水库、大伙房水库和水丰水库还额外增测化学需氧量。监测方法与河流水质监测方法相同。水质评价采用《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中Ⅱ类标准，葠窝水库按Ⅲ类标准评价，水温、粪大肠菌群不参与评价，总氮单独评价。富营养化状况采用中国环境监测总站文件《关于印发湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定的通知》总站生字[2001]090号中规定的综合营养状态指数法评价，叶绿素a、总磷、总氮、透明度、高锰酸盐指数5项指标参与评价。按照综合营养状态指数，分为贫营养、中营养、富营养、轻度富营养、中度富营养、重度富营养[10～20]。

2 辽宁省水库变化趋势

2.1 全省水库水质总体保持稳定

监测的16座大型水库近年来蓄水率有所上升，2020年比2015年蓄水率上升17%，比2010年上升2.8%。全省水库蓄水量呈逐渐上升趋势。对2000～2020年进行监测的16座水库水质监测数据进行分析发现，全省水库水质保持稳定，以Ⅱ类水质为主，大部分水库水质达到功能区使用标准。

但分析近20年数据发现，全省部分水库总氮、总磷浓度均有所上升，其中，石门和柴河水库总氮浓度上升趋势最为明显，分别上升141%和364%。桓仁和汤河水库总磷升高趋势较明显，分别上升154%和567%(图1、2)。

图1 石门、柴河水库总氮浓度均值变化趋势

图2 桓仁、汤河水库总磷浓度均值变化趋势

2.2 富营养化指数有所上升

16座大型水库营养状态均为中营养，但分析数据发现，10座水库综合营养状态指数具均出现不同程度的上升趋势。其中，桓仁水库上升幅度最大；部分水库综合营养状态指数升高明显，存在富营养化风险；碧流河、桓仁、闹德海、葠窝、阎王鼻子、宫山咀6座水库近5年均有月份出现轻度富营养化现象。

如果进行总氮单因子分析，辽宁省水库总氮污染仍较为严重，水库总氮浓度均超过Ⅱ类水质标准，各年度均有水库总氮浓度超过Ⅴ类水质标准，2020年最多。按总磷单因子评价，各年度总磷浓度以符合Ⅱ类水质标准为准，在50.0%～93.8%之间(图3)。

图3 全省水库综合营养状态指数变化趋势

2.3 入库河流氮污染加重对库区水质影响较大

对近20年的入库河流水质进行分析发现，11座总氮浓度上升的水库中，碧流河、大伙房、观音阁、铁甲、汤河和柴河6座水库入库河流总氮浓度出现不同程度的上升，且上升趋势与库区总氮浓度上升趋势总体吻合。说明入库河流总氮浓度上升对库区水质产生了较大影响，是造成水库总氮浓度上升的主要原因之一。未来应引起相关管理部门的重点关注，后续可进行进一步研究及调查，为更好地治理水库及河流水质提供基础支撑。

2.4 水库风险预测研究

氮磷是湖、库富营养化的主要影响因子，湖库汇总氮、磷水环境容量是水体富营养化的重要依据，对水库富营养化会产生重要的影响。水库中氮磷浓度升高，且随着植被和土壤被水淹没，会产生大量有害物质，对水库水体富营养化埋下隐患。浮游植物在发生光合作用的时候，对于氮磷吸收也是按照一定的原子比进行的，该比例为16∶1时，是藻类发生爆发性生长的必要条件[6]。同时总磷和总氮作为水生生物的重要营养物质来源，其浓度的升高会直接导致水生生物的过量繁殖，进而使水体中的溶解氧迅速被消耗，造成水体透明度下降、有机质上升，高锰酸盐指数升高(表1)。

表1 叶绿素a与水库理化指标相关分析

利用Pearson相关性分析和多元线性回归分析辽宁省16座水库监测数据，辽宁省16座水库富营养化在不同季节的环境限制因子各有不同，但是磷、氮、水温等均对水质富营养化具有很大影响。利用PASW 软件的频率直方图和频率描述统计功能对全省16座水库的Chl-a含量的累计频率分布进行数据分析，根据富营养化累计频率分级方法，水库富营养化风险分为5级，等级越高，表示发生富营养化的风险越大。结果显示，各水库发生轻度富营养化的风险大小依次是桓仁>乌金塘>葠窝>铁甲>白石>柴河>宫山咀>闹德海>汤河>大伙房>石门>碧流河>观音阁>清河(图4)。

图4 水库富营养化风险等级

3 结论与建议

辽宁省监测的16座大型水库水质总体保持稳定，但总氮污染不容忽视。近年来，各年度均有水库总氮浓度超过Ⅴ类水质标准，且超Ⅴ类标准的水库数量逐年增多，2020年最多，达到11个。16座水库以Ⅱ类水质为主，均为中营养，但富营养化状态指数略有上升，存在富营养化风险，部分水库综合营养状态指数已接近临界值，总氮、总磷浓度升高。总氮、总磷主要来源于入库河流及上游农业面源污染汇入所致，化肥、农药等的施用对水库饮水安全的威胁逐渐增大。各水库发生轻度富营养化的风险大小依次是桓仁>乌金塘>葠窝>铁甲>白石>柴河>宫山咀>闹德海>汤河>大伙房>石门>碧流河>观音阁>清河。

水库是重要的饮用水源地涵养和保护区，主要作用是保障居民生活及各方面用水，因此，水库的水质状况及健康一直受到公众及管理部门的重点关注。近年来，辽宁省水质普遍保持较好，但是也应注意存在一定的富营养化风险。氮、磷是湖库富营养化的主要影响因子，湖库内氮、磷水环境容量是水体富营养化的重要依据。水库中氮磷浓度过高，且随着植被和土壤被水淹没，会产生大量有害物质，对水库水体富营养化埋下隐患。各项研究发现，进入水库的氮、磷污染主要来自于水土流失和农业面源。因此，相关管理部门未来应以水库上游及周边非点源为主要综合防治对象，将入库河流总氮、总磷作为重要控制指标，实现总氮、总磷负荷削减，减轻入库氮磷负荷压力。将脱氮除磷工艺纳入污水处理厂提标改造和新建污水处理厂建设内容中。控制非点型预案污染，限制含磷化肥、合成洗涤剂、农药以及含磷含氮的生活污水直接进入水体。推广生态农业，逐年减少化肥、农药施用量，扩大有机肥使用面积。开展入库河流生态治理工程，增加森林覆盖面积，减少地表径流冲刷，最大限度控制营养盐进入水库的负荷量。开展养殖废水循环利用研究，减少养殖废水入库量。加大环渤海地区垃圾处理设施建设，建设批量垃圾处理厂、运转站，提高垃圾收集和处理率。在重要入库河流上建设水质自动监测站，增加氮、磷通量监测。重点对农药、化肥、畜禽养殖、村镇生活排污进行综合施策，同时加大对入库河流的污染防治力度，以确保全省水库水质持续满足功能区使用要求，保障用水安全。