亳州城南调蓄水库水质现状及富营养化分析

＊张瑞丽 宋涛

（安徽省亳州生态环境监测中心 安徽 236800）

修建水库、跨流域调水是解决水资源短缺、有效利用水资源的必然产物[1]。水库调水在我国工农业生产以及人民生活中发挥重要作用[2]。为缓解亳州主城区地下水下降趋势以及因受地质原因影响导致地下水氟化物超标问题，我市借助引江济淮入亳有利时机，建成了亳州市调蓄水库，并及时开展了城区饮用水水源置换工作。城南调蓄水库是亳州市主城区唯一的地表饮用水源地，也是目前主城区供水的主要来源。因此确保水库水质达标，预防水库水体发生富营养化是水库供水管理的核心问题[1]。笔者对2021年、2022年城南调蓄水库水质进行评价分析，旨在对水库供水管理及富营养化控制提供理论依据。

1.城南调蓄水库概况

城南调蓄水库是引江济淮亳州城市供水项目的其中一部分，此外还有龙德加压泵站和西淝河向亳州城区供水管道两个部分。引江济淮亳州城市供水项目的路径为：将长江水引入淮河，进入西淝河，经过龙德加压泵站，通过31km的PCCP供水管道完成向城南调蓄水库供水。城南调蓄水库占地面积200多公顷，位于林拥城景区南侧，总库容493万立方米，调蓄库容460万立方米。2020年西淝河水经泵站进水库，应急供水工程在全省率先通水。截至2022年底，水库日供水量达到13.3万吨左右，约占城区总供水量的72%。

2.城南调蓄水库水质现状

(1)水库水质评价

①评价方法和数据来源

地表饮用水源地水质评价采用单因子评价法，按照《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）20项基本项目指标（水温、化学需氧量、总氮和粪大肠菌群不参与评价），5项补充项目指标和33项特定项目指标，共计58项进行评价。自2021年4月开始，亳州市生态环境监测中心每月初对城南调蓄水库进行例行监测，本次评价数据来源为亳州市生态环境监测中心2021年4月—2023年2月监测结果。

②水质评价结果

2021—2022年城南调蓄水库主要监测数据及水质评价结果见表1。从表1可看出，2021年高锰酸盐指数、氨氮和总磷指标类别为《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）II类，2022年高锰酸盐指数和氨氮指标类别为《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）II类，总磷为Ⅲ类，其余基本项目指标两年均达到Ⅰ类标准，5项补充项目指标和33项特定项目指标监测结果均低于标准限值，水质安全，符合集中式生活饮用水地表水源地要求。所以2021年水库水质类别为Ⅱ类，水质总体优；2022年水库水质类别为Ⅲ类，水质总体良好。根据评价结果，可见影响城南调蓄水库的水质评价结果主要是总磷。

表1 城南调蓄水库监测数据及水质评价结果

(2)水库富营养化评价

①评价方法。生态环境部发布的《地表水环境质量评价办法》（试行）环办〔2011〕22号附件中规定了湖泊、水库营养状态评价方法为综合营养状态指数评价法，评价项目包括叶绿素a、透明度、高锰酸盐指数总磷和总氮5项指标。综合各项指标的相关权重进行计算综合营养状态指数TLI(Σ)。水体营养状态见表2。

表2 水体营养状态分级

②评价结果。2021—2022年城南调蓄水库叶绿素a、透明度、高锰酸盐指数总磷和总氮的监测结果及营养状态评价结果，如表3所示。2021年春季、夏季水库综合营养状态指数较低，其中春季是有监测数据以来最低，为44.1，水库营养状态为中营养；到了2021年秋季，水库综合营养状态指数由夏季的44.9迅速增加至51.2，评价时段内达到最高，水库营养状态达到轻度富营养；2021年冬季至2022年冬季，水库综合营养状态指数逐渐下降，在2022年夏季降至最低为45.4，之后稳定在46左右，水库营养状态一直为中营养。

表3 2022年城南调蓄水库营养状态评价

3.讨论与分析

（1）水库水质及富营养化分析。城南调蓄水库总氮浓度除了2021年春季、夏季为《地表水环境质量标准》Ⅲ类外，其他时段水质类别在Ⅳ～劣Ⅴ类，超标倍数在0.10～1.49。水库自例行监测以来，营养状态除2021年秋季为轻度富营养，一直处在中营养状态；而在2021年秋季，水库总氮、叶绿素a浓度均达到监测以来最高值。将水库的综合营养状态指数分别与总氮、叶绿素a进行线性相关性分析，与总氮、叶绿素a的相关系数分别0.967和0.911，都具有很高的正相关性（图1、图2）。总磷浓度范围0.02～0.03mg/L，高锰酸盐指数浓度范围2.5～5.0mg/L，水质类别均在《地表水环境质量标准》Ⅱ～Ⅲ类，说明水库总磷含量和高锰酸盐指数评价较好。综上，影响城南调蓄水库富营养化状态的主要超标污染物为总氮，导致2021年秋季轻度富营养化的指标主要是总氮和叶绿素。

图1 综合营养状态指数与总氮的线性相关性

图2 综合营养状态指数与叶绿素a的线性相关性

（2）叶绿素a与总氮、总磷和高锰酸盐指数的关系。从表3水库各项指标的监测结果可发现，叶绿素a含量与总氮浓度的变化趋势基本一致，将水库的叶绿素a含量和总氮浓度进行线性相关性分析，其相关系数达到0.866，具有很高的正相关性（图2）。而叶绿素a与总磷、高锰酸盐指数相关系数分别为0.091和0.406，有一定正相关性，但线性相关性不强。所以，叶绿素a含量在一定范围内随着总氮浓度升高而升高，同样在2021年秋季叶绿素含量达到监测以来最高值。

氮、磷是藻类生长必要的营养元素，有研究认为TN/TP在10～15时最有利于藻类植物的生长[3]，通常认为，TN/TP＞14，磷是藻类生长的限制性因素[4]，TN/TP＜10，氮是藻类生长的限制性因素[5]。从表3可看出城南调蓄水库TN/TP变化范围为28～121，远高于14，属于磷限制型水库。由于水库营养盐比例不均衡，总磷浓度较低而限制了藻类的过度生长，因此叶绿素a含量并没有持续升高。

（3）营养盐的来源分析。水库营养盐来源分为外源和内源两种途径[1,3,6]。外源主要有工业污水、流域地表径流、降水降尘和引入源水；内源主要来自库内底泥沉积物中营养盐回归及生物体的死亡分解[3,6]。

①外源输入营养盐分析。城南调蓄水库是平原围堤型水库，不会受到工业污水及流域地表径流污染。降水降尘中所含的N、P与人口密度和经济发展状况有关，城南调蓄水库地处城南郊区，根据酸雨监测结果，本地区降水降尘中所含营养盐较少。因此，城南调蓄水库的氮、磷等营养物质外源输入主要来自引入源水。城南调蓄水库的引水水源主要是西淝河，根据可获取的2022年西淝河茨淮新河段总氮监测数据，西淝河断面的总氮与城南调蓄水库总氮变化，如图3所示，两者变化趋势比较一致，西淝河茨淮新河段在1月、2月总氮分别高达5.26mg/L、6.30mg/L。可见水库的营养盐浓度变化受引水影响。西淝河沿程周围有大量农田，农村面源污染是氮磷营养盐的主要来源，目前我国水污防控制措施仍是以针对点源污染为主，面源污染分布广，防控难度大[7]。分[8]。但底泥沉积物同样也是水体营养盐的主要储存库，在一定环境条件下，底泥中营养盐通过扩散、对流、沉积物再悬浮等过程向上覆水体释放[9]。由于城南调蓄水库水体交换率较高，常年呈流动状态，且水库新建成通水供水，营养盐积累量相对减少，内源污染不是主要因素。但随着水库运行年限的增加，底泥沉积物营养盐积累量逐年增加，水库虽然处在中营养状态，但已十分接近富营养化，因此关于底泥沉积物理化状况及沉积物中营养盐活动应引起重视，下一步可开展水库底部沉积物对营养盐吸附及释放活动等相关研究。

图3 西淝河茨淮新河段和调蓄水库总氮浓度变化

综上分析，目前城南调蓄水库的营养盐来源主要是引入水源。

4.结论

（1）2021—2022年，城南调蓄水库水质较好，水质类别为《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ～Ⅲ类；除2021年秋季为轻度富营养，水库一直处在中营养状态。（2）影响城南调蓄水库富营养化状态的主要超标污染物为总氮，导致2021年秋季轻度富营养化的指标主要是总氮和叶绿素。水库的叶绿素a含量和总氮有很高的正相关性，随着总氮浓度升高而升高，但由于TN/TP远大于14，属于磷限制型水库，叶绿素a含量并没有持续升高。（3）含氮磷等营养盐来源主要是引入水源，因此，加强对引入水源水质的监管，控制氮、磷等营养盐的入库量是防控水库富营养化的关键。另外随着水库运行年限的增加，底泥沉积物中营养盐活动也应引起重视。