大浪淀水库水质营养状态评价及影响因素分析

胡丽丽，王玉智

（河北省沧州水文水资源勘测局，河北 沧州 061000）

大浪淀水库为河北省第一座平原水库，属大Ⅱ型水库，是沧州市区、临港开发区居民的饮用水水源地，在沧州国民经济建设和人民生活中具有不可替代的作用，对保障沧州经济社会的健康发展起着至关重要的作用。

1 大浪淀水库富营养化状态评价

湖库营养状态评价项目包括总磷、总氮、叶绿素a、高锰酸盐指数和透明度，评价方法一般采用指数法。

采用指数法进行湖库营养状态评价时，首先用线性插值法将水质项目浓度值转换为赋分值（见表1），然后计算各项目赋分值的算术平均值作为营养状态指数EI，最后根据营养状态指数确定营养状态分级。湖库的营养状态指数为

式中：EI为营养状态指数；En为评价项目赋分值；N为评价项目个数。

表1 湖库富营养状态评价标准及分级方法

根据大浪淀水库2004～2013年水质监测资料，对水体富营养化进行评价。经计算，大浪淀水库2004～2013年营养状态指数在44～51之间，最小值出现在2006年，最大值出现在2009年，除2009年营养状态为轻度富营养外，其余各年份营养状态均属中度富营养。各年内水体富营养化程度的变化规律呈现一致性，夏季及冬季引水期营养状态指数较高，为轻度富营养。其主要是由夏季藻类的快速繁殖以及引水期水源水中总氮含量较高所导致，因此，大浪淀水库存在富营养化的风险。

2 影响水库水质状态的指标分析

2.1 总磷

磷是植物生长必需的元素之一，但水体中磷含量过高，可造成藻类的过度繁殖，直至数量上达到有害的程度（称为富营养化）。国家饮用水标准对总磷的限制是小于0.2 mg／L。大浪淀水库自运行以来总磷含量始终小于0.1 mg／L，且年内含量变化不大，较高含量出现在引水期（见图1）。经计算，2004～2013年总磷项目的赋分值En在37～42之间，对大浪淀水库水质的富营养化影响不大。

图1 2004～2013年大浪淀水库总磷含量变化曲线

2.2 总氮

总氮是有机氮与无机氮（包括氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮）之和，它是水体富营养化的重要因素。不同形态的氮之间在一定条件下发生相互转换。例如，有机态氮被微生物转化为氨氮，而氨氮被微生物转化为硝酸盐－氮和硝酸氮。在整个硝化过程中，氧化1 mg的氨氮需要4.5 mg的溶解氧，这会大量消耗水体中的溶解氧，并可能导致水体转入厌氧状态。在厌氧条件下，水体发生着反硝化，在反硝化过程中，厌氧微生物以硝酸根为电子受体，氧化有机碳源，产生能量，维持微生物生长繁殖，而氮被转化为氮气。

从2004～2013年监测结果来看，大浪淀水库总氮年初含量较高，并呈逐渐下降的趋势，6月份以后，随着水中生物的繁殖，大量的氮被吸收，水体中总氮含量降低，最小值出现在11月份。随着生物的死亡，生物残骸的分解，部分氮又溶解到水体，水体中的氮含量略有回升，12月份又新引入黄河水，致使总氮含量大增，最大值3.39 mg／L。经计算，2004～2013年总氮项目的赋分值En在56～70之间。可见，总氮是大浪淀水库营养状态的关键元素之一，由于黄河原水氮含量较高，富营养化的威胁长期存在，大浪淀水库中总氮的含量在各年变化趋势反映了这些原因（见图2）。

图2 2004～2013年大浪淀水库总氮含量变化曲线

2.3 高锰酸盐指数

在一定条件下，以高锰酸钾（K Mn O4）为氧化剂，处理水样时所消耗的氧化剂的量，称为高锰酸盐指数。高锰酸盐指数越高，说明水体受到有机物污染的程度越严重。从2004～2013年监测结果来看，大浪淀水库高锰酸盐指数年际变化不大，在3.0 mg／L左右，其年内变化是1～6月份变化较小，7～12月份变化较大（见图3）。主要是由于夏季水体中藻类以及微生物的快速繁殖，使得水中耗氧物质增多，高锰酸盐指数增大，然而随着气温的降低，藻类以及微生物的繁殖减慢，高锰酸盐指数又会减小。到冬季引水初期，黄河水在输水过程中，沿途河道常年干涸，受到淤泥、柴草、腐殖质等影响，形成的有机污染导致高锰酸盐指数增大，随着引水时间的推移，高锰酸盐指数会逐渐下降并趋于稳定。高锰酸盐指数项目的赋分值En在41～46之间。

图3 2004～2013年大浪淀水库高锰酸盐指数变化曲线

2.4 叶绿素a

叶绿素a是表征浮游植物生物量的最常用的指标之一，也是用来衡量水体水质，评价水体富营养化水平的标准之一。

磷和氮的含量在一定程度上是浮游生物数量的控制因素。水中营养物质增多，促使自养型生物旺盛生长，某些藻类的个体数量迅速增加，而藻类的种类则逐渐减少。水体中的藻类本来以硅藻和绿藻为主，蓝藻的大量出现是富营养化的征兆，随着富营养化的发展，最后变为以蓝藻为主。藻类繁殖迅速，生长周期短。藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水中的溶解氧，或被厌氧微生物分解，不断产生硫化氢等气体，从两个方面使水质恶化，造成鱼类和其他水生生物大量死亡。藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把生物所需的氮、磷等营养物质释放入水中，供新的一代藻类等生物利用。因此，水体富营养化后，即使切断外界营养物质的来源，水体也很难自净和恢复到正常状态。藻类既然源源不断地得到营养物质，一代一代繁殖下去，死亡的藻类残体沉入水底，一代一代堆积。从监测结果来看大浪淀水库叶绿素a其年内变化是7～11月份变化较大，其余月份变化不大。叶绿素a项目的赋分值En在42～47之间。因此在夏季控制库内藻类的过度繁殖，是保证水质的一个重要因素。

2.5 透明度

水库透明度是指光线透入水库水体中的程度。透明度的大小不仅直接影响水中浮游植物的光合作用，而且也可大致反映水体溶氧量的补充数量、浮游生物的多少和水质的营养程度。大浪淀水库水面宽阔，每年1月份到4月份的透明度较高，在1.0～2.0 m之间，其他月份透明度在0.5～1.0 m之间，变化不大。冬季在引水期间入水口透明度只有10 c m，但是供水泵站处的透明度大于50 c m、泄水闸附近的透明度更好。引水结束30 d后，全库透明度基本一致，平均在100 c m左右。透明度项目的赋分值En在50～56之间。

3 控制大浪淀水库富营养化的措施

造成大浪淀水库水质富营养化的主要指标为总氮和叶绿素a，因此，建议从以下几个方面加强对水库的管理，以防止水体发生富营养化。

（1）加大对水库的保护力度。大浪淀水库具有重要的饮用水功能和生态保护功能，严禁在引水河道设置排污口，消除外源对水库水质的影响。

（2）保持水库生态系统的平衡，防止藻类过度繁殖。每年夏季打捞水草和养殖食草鱼苗，并加大生物状态（各种生物数量、大小）监测的力度，随时采取捕捞、投放鱼苗措施。创造环境使高一层次的生物——轮虫（类）繁殖生长以吃掉藻类，同时，轮虫（类）自己又被更高一层次生物吃掉，形成良性循环，最终去除藻类，降低BOD，COD含量，增加水中溶解氧含量，改善水体营养状态。

（3）种植水生植物，利用水生植物吸收氮、磷元素进行代谢活动以去除水体中氮、磷营养物质。水生植物净化水体的特点是以大型水生植物为主体，植物和根区微生物共生，产生协同效应，净化水质。经过植物直接吸收、微生物转化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒，同时对重金属也有降解效果。水生植物一般生长快，收割后经处理可作为燃料、饲料，或经发酵产生沼气。

（4）增加水库进水量，加快水库的换水周期。黄河原水氮含量较高，富营养化的威胁长期存在，因此，以更优质的水源替代黄河水，减少和稀释营养物质的含量，加快水库的换水周期，对控制藻类的生长以及提高水体的透明度有一定的作用，可有效的防止水体富营养化。

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