三峡库区干支流水体营养状态评价

裴中平，辛小康，胡 圣

(1.长江水资源保护科学研究所，湖北武汉430051；2.长江流域水环境监测中心，湖北武汉430010)

三峡水库是我国的战略淡水资源库，也是我国重要的生态环境敏感区，其水质状况受到社会各界的广泛关注。三峡水库于2003年蓄水以后，干支流流速减缓，生态环境发生了变化，部分支流回水区水体富营养化，暴发了严重水华，威胁着三峡库区的生态安全问题。富营养化(Eutrophication)通常是指在人类活动的影响下，生活污水、农业废水和农业尾水以及地表径流中大量的氮、磷及其他营养物质输入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体后发生富集，促使自养型生物迅速繁殖，水体从生产力水平较低的贫营养状态向生产力水平较高的富营养状态转化的过程[1]。相关科研单位对三峡库区富营养化问题开展了广泛研究。邓春光[2]等分析了2003年～2005年三峡库区13条支流的富营养化发展趋势；赵冰[3]等评价了三峡库区富营养化现状，并提出了富营养化控制对策；胡圣[4]等聚焦三峡水库支流香溪河，通过高频次加密监测，分析了叶绿素a与相关营养盐指标的相关关系。

图1 三峡库区水系和水质监测站点

三峡水库自2009年开展175 m水位试验性蓄水以来，已经连续7年实现了175 m蓄水目标。175 m蓄水位正常运行后，需要全面整体地评价分析三峡水库水体的富营养化状态。为此，本文分三峡库区干流、支流和重点支流3个层次，以近几年营养盐监测数据为基础，分析三峡水库富营养化状况，为三峡库区水污染防治和水资源保护提供参考。

1 研究范围与监测方法

三峡水库上起重庆朱沱，下至宜昌三斗坪，全长约660 km，流域面积大于100 km2的支流有40余条。历史监测数据表明，40余条主要支流中有29条发生过水华。本文将发生水华的支流作为本次研究的重点河流，包括御临河、龙溪河、黎香溪、乌江、珍溪河、渠溪河、龙河、池溪河、东溪河、黄金河、汝溪河、壤渡河、苎溪河、小江、汤溪河、磨刀溪、长滩河、梅溪河、草堂河、大溪河、大宁河、神女溪、抱龙河、神农溪、青干河、叱溪河、童庄河、香溪河、九畹溪。为评价三峡库区干支流水体营养状态，在三峡库区干流布置有朝天门、寸滩、清溪场、沱口、官渡口、太平溪6个水质监测站点，在29条支流河口处各布置1个站点。监测指标包括叶绿素a(Chl-a)、透明度(SD)、总氮(TN)、总磷(TP)和高锰酸盐指数(CODMn)，监测频次为每旬监测1次。三峡库区水系和水质监测站点见图1。

2 评价方法

关于湖泊、水库富营养化的评价方法较多。卡尔森营养状态指数(TSI)法是美国科学家卡尔森在1977年提出来的，考虑透明度、叶绿素a和总磷等指标，并以湖水透明度为基准指标的评价方法。后来，相崎守弘等人提出了修正[5]，采用的是SL 395—2007《地表水资源质量评价技术规程》推荐的河湖富营养化评价方法，考虑总磷、总氮、叶绿素a、高锰酸盐指数、透明度等指标，根据不同浓度标准设定各指标的赋分分值，最后确定根据均值法计算富营养化指数EI来判定富营养化程度。

本文采用原国家环境保护总局推荐的《湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定》对库区水体富营养化状况进行评价。以Chl-a、TP、TN、SD、CODMn为富营养化评价指标，计算综合营养状态指数TLI(∑)，其计算公式为

TLI(∑)=∑wj·TLI(j)

式中，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。

各指标营养状态计算公式为：TLI(Chl-a)=10×(2.5+1.086lnChl-a)；TLI(TP)=10×(9.436+1.624lnTP)；TLI(TN)=10×(5.453+1.694lnTN)；TLI(SD)=10×(5.118-1.94lnSD)；TLI(CODMn)=10×(0.109+2.661lnCODMn)。采用归一法计算各指标权重，各指标权重计算公式如下

式中，rij为第j种参数与基准参数Chl-a的相关系数；m为评价参数的个数。各指标与基准指标Chl-a的相关系数见表1[7]。

表1 各项指标与叶绿素a相关关系

注：表中rij源自中国26个主要湖泊调查数据的计算结果。

采用0～100之间连续数字对库区支流水体营养状态进行分级评价，分级标准为：TLI(∑)<30为贫营养；30≤TLI(∑)≤50为中营养；TLI(∑)>50为富营养；5070为重度富营养。在同一营养状态下，指数值越高，其富营养化程度越重。

3 三峡库区干支流富营养化评价结果

3.1 干流

对于长江干流水域，由于数据从2012年才开始系统调查，因此主要分析评价2012年～2015年期间的营养状况。2012年～2015年期间，三峡库区干流绝大部分调查断面都处于富营养化界限之下，仅寸滩和朝天门在2012年TSI(∑)稍高于50，但是所有断面都超过了中营养水平的界限，干流的水质情况整体较好，富营养化程度相对较轻。2012年～2015年三峡库区干流春季富营养状况比较见图2。

图2 2012年～2015年三峡库区干流春季富营养状况比较

3.2 支流

由于2004年以前未对库区支流的总氮和透明度进行测量，并且水华主要发生在春季，故从2005年开始计算29条主要支流春季的营养状况TLI(∑)。在29条支流中，只有香溪河、大宁河、梅溪河、长滩河、磨刀溪、汤溪河、小江和龙河8条支流具备富营养化连续监测数据，其他21条支流近10年的监测数据并不连续。在这8条连续监测的支流中，所有年份8条支流的TLI(∑)都处于中营养之上。除了大宁河和长滩河，其他6条支流11年内，富营养状态出现的几率分别为27.3%、45.5%、45.5%、9%、36.4%和18.2%。2005年～2015年三峡库区8条支流春季富营养状况比较见图3。

图3 2005年～2015年三峡库区8条支流春季富营养状况比较

对库区29条支流的整体情况进行统计。九畹溪、大宁河、大溪河、长滩河和乌江这5条支流富营养化TLI(∑)在统计年份内均处于富营养化标准之下，另外24条支流部分年份的TLI(∑)达到或超过了富营养化标准，其中苎溪河每年都处于富营养化水平，富营养化概率为100%。汝溪河、御临河、黄金河、壤渡河、珍溪河富营养化状态出现的几率都超过了60%。支流富营养化出现年数及所占比例见表2。库区上游支流壤渡河、池溪河和珍溪河分别在2008年(TLI(∑)为80.7)、2014年(TLI(∑)为78.1)和2012年(TLI(∑)为72.8)达到或超过重度富营养化标准。综合库区29条支流的富营养化水平的统计结果，整体上库区上游支流富营养化水平偏高，苎溪河、壤渡河、汝溪河、黄金河、东溪河、池溪河、珍溪河和御临河8条支流的营养水平总体上以富营养为主，其他21条支流营养水平总体上以中营养为主。

3.3 典型支流

2005年～2015年4条典型支流香溪河、神农溪、大宁河和小江春季总磷、总氮的变化趋势见图4。从图4可知，4条支流中，小江和大宁河的总磷含量相对较低，年际波动相对较小，除2010年小江总磷含量较高为外，大部分时间2条支流的总磷浓度都低于0.1mg/L。香溪河总磷浓度较高，总磷含量在0.1～0.36mg/L；神农溪在2010年以后总磷含量就高于0.1mg/L，并且有逐渐升高的趋势。4条支流的总氮含量差异不大，且都处于波动之中。

表2 支流富营养化出现年限及所占比例

图4 2005年～2015年三峡库区典型支流总磷、总氮变化趋势

图5 2005年～2015年三峡库区典型支流富营养状况比较

2005年～2015年4条典型支流年富营养TLI(∑)见图5。从图5可知，香溪河TLI(∑)整体较高，为42.6～54.9，大部分时段处于富营养化状态；大宁河TLI(∑)一直低于50，监测时段以中营养水平为主；神农溪TLI(∑)有缓慢增高趋势，2013年、2014年超过50，达到富营养化状态；监测初期小江TLI(∑)较高，为42.9～54.5，此后也在高水平波动，但有轻微下降的趋势。

4 结 语

根据近几年的水环境监测数据，采用综合营养状态指数(TLI)法对长江干流、29条主要支流和4条典型支流进行富营养化状态评价，结果表明，三峡库区干流整体处于中营养状态；三峡水库主要支流中，上游支流富营养化水平偏高，总体上以富营养为主，中下游支流营养水平总体上以中营养为主；4条典型支流中，香溪河TLI(∑)总体较高，大部分时间处于富营养化状态；神农溪TLI(∑)有增高趋势，达到富营养化的临界状态；大宁河TLI(∑)小于50，处于中营养状态；小江TLI(∑)偶尔达到富营养化标准，但有小幅下降趋势。

参考文献：

[1] 钟成华. 三峡库区水体富营养化研究[D]. 成都： 四川大学, 2004.

[2] 邓春光, 龚玲. 三峡库区富营养化发展趋势研究[J]. 农业环境科学学报, 2007, 26(S1)： 279- 282．

[3] 赵冰, 汤敏, 闻学政, 等. 三峡库区富营养化现状及其控制探讨[J]. 安徽农业科学, 2011, 39(7)： 4127- 4128．

[4] 胡圣, 邱光胜, 印士勇. 三峡水库香溪河库湾水体富营养化演化监测分析[J]. 人民长江, 2012, 43(12)： 10- 13．

[5] 王明翠, 刘雪芹, 张建辉. 湖泊富营养化评价方法及分级标准[J]. 中国环境监测, 2002, 18(5)： 47- 49．

[6] 金相灿. 中国湖泊环境[M]. 北京： 海洋出版社, 1995．