大连市重要饮用水源地水体富营养化评价研究

(辽宁省大连水文局，辽宁 大连 116023)

当前饮用水源地的水体富营养化问题已经受到国内外水环境工作者的高度重视，据统计全国存在富营养化问题的淡水湖所占比例约为60%[1]。重度的水体富营养化将会破坏自然水体的水生态系统，造成水质恶化，严重影响社会经济的发展和人们的生活水平。因此，及时准确地评价水体的富营养化程度，是水环境保护的一项重要任务。目前我国湖泊水库富营养化评价方法主要有卡尔森营养状态指数法、模糊评价法、营养度指数法、评分法以及综合营养状态指数法(TLI)[2]。这几种评价方法在实际水体富营养化评价中都有应用，但研究者发现卡尔森营养状态指数法是以透明度为基准，评价过程中没有考虑浮游植物以外的其他因素对透明度的影响；模糊评价法若评价系统中选择的指标不同，得到结果误差较大；营养度指数法数据处理繁琐，耗费大量时间；评分法受人为因素干扰较多，准确性不高。而综合营养状态指数法操作简便易行，并且王明翠[3]等运用综合营养状态指数法、营养度指数法以及评分法分别对太湖水体富营养化程度进行评价，结果发现综合营养状态指数法是一种可行有效的方法。因此，本文选取综合营养状态指数法对大连市5个全国重要饮用水源地水体富营养化情况进行评价。

1 监测与分析、评价方法

1.1 监测点布设

根据水利部《关于开展全国重要饮用水水源地安全保障达标建设的通知》(水资源〔2011〕329号)要求，地表水饮用水水源地水质指标需定期监测，2017年4—12月(1—3月冰期无法采样)对大连市5个全国重要饮用水源地开展了富营养化采样监测工作，监测点位设置在水库坝前和库中心，具体见表1。监测频次为每月1次，采样时间为每月上半月。

表1 大连市5个国家重要饮用水源地采样点位置

1.2 监测项目与分析方法

依据2017年辽宁省水环境监测中心大连分中心的水库水质监测资料，选择叶绿素a(chla)、总磷(TP)、总氮(TN)、透明度(SD)、高锰酸盐指数(CODMn)以及浮游植物这6个与水体富营养化密切相关的参数作为评价指标。

监测按照《水环境监测规范》(SL 219—2013)、《水质 叶绿素的测定 分光光度法》(SL 88—2012)、《内陆水域浮游植物监测技术规程》(SL 733—2016)以及《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)要求的方法进行。

1.3 评价方法及原则

采用综合营养状态指数法[4]对2017年大连市5个重要饮用水源地水质进行富营养化评价，由于叶绿素a存在于所有的浮游植物中，是其体内重要的化学成分，通过测定水体藻类体内叶绿素a的含量可以推断出水体中浮游植物的数量，因此本次评价因子选为叶绿素a、总磷、总氮、透明度、高锰酸盐指数(不考虑浮游植物)，综合营养状态指数计算公式为

TLI(∑)=∑Wj·TLI(j)

(1)

式中 TLI(∑)——综合营养状态指数；

Wj——第j种参数的营养状态指数的相关权重；

TLI(j)—代表第j种参数的营养状态指数。

各评价因子营养状态指数为

TLI(chla)=10(2.5+1.086lnchla)

TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)

TLI(TN)=10(5.453+1.1.694lnTN)

TLI(SD)=10(5.118-1.94lnSD)

TLI(CODMn)=10(0.109+2.66lnCODMn)

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

(2)

式中rij——第j种参数与基准参数chla的相关系数；

m——评价参数的个数。

表2 我国湖库部分参数与叶绿素a的相关关系rij及值[5]

对水库营养状态进行分级，具体见表3。同一分级的营养状态下，评分指数值越高，表明水体富营养化程度越严重。

表3 水库营养状态分级标准[5]

2 结果与分析

2.1 大连市重要饮用水源地富营养化现状

大连市5个国家重要饮用水源地担负着向城市供水的重要功能，其2017年综合营养状态指数评价结果见表4。

表4 大连市全国重要饮用水源地富营养化综合营养指数评价结果

通过综合营养状态指数法评价，除松树水库和刘大水库评价结果为轻度富营养外，其余水库均为中营养程度。具体营养化状态分级结果见图1。由2017年《大连市统计年鉴》[6]可知，大连市5处重要饮用水源地控制流域内，经济以农业、林业和养殖业等第一产业为主，第二产业分布较少，流域内没有规模性的第二产业存在，因此水库富营养化主要是农药、化肥不科学合理的使用，畜牧养殖业的排泄物及生活污水排放、垃圾随意丢弃未集中治理导致的。

图1 大连市2017年大型水库综合营养状态指数

2.2 水库富营养化程度随季节变化规律

分别对刘大水库和松树水库4—12月各月富营养化程度进行综合营养状态指数评价，结果见图2。

图2 刘大水库和松树水库综合营养状态指数逐月变化趋势

由图2可知，刘大水库和松树水库在8—10月富营养化程度处于“轻度富营养”状态，其他时间均为“中营养”状态，营养指数峰值出现在8月。以上结果表明水库富营养化程度受季节变化影响显著，通常在夏秋两季易高发，冬春季为中营养水平。

浮游植物监测数据分析结果显示：刘大水库和松树水库4—5月藻类优势种为金藻门锥囊藻，属于贫营养湖泊的优势种。 8月松树水库和刘大水库藻类优势

种均为蓝藻门鱼腥藻，其中松树水库藻细胞密度为1241.5×104cells/L，该藻类在夏季易形成水华，水华风险评估为水华临界条件。刘大水库藻细胞密度为683.5×104cells/L，水华风险评估为初具条件。9月松树水库的优势种为蓝藻门念珠藻，藻细胞密度为684.5×104cells/L，水华风险评估为初具条件。刘大水库的优势种为蓝藻门念珠藻、绿藻门栅藻、硅藻门小环藻，是形成水华的主要种类，藻细胞密度为222.8×104cells/L。10月松树水库的优势种为蓝藻门念珠藻和硅藻门小环藻，藻细胞密度为882.2×104cells/L，水华风险评估为初具条件。刘大水库的藻类优势种为蓝藻门念珠藻和绿藻门栅藻，藻细胞密度为507.0×104cells/L，水华风险评估为初具条件。

2.3 富营养化指标相关性分析

利用Pearson相关系数对影响水体富营养化的各个因子之间的相关性进行分析处理[7]，结果见表5。

表5 各指标间Pearson相关性

根据经济合作与发展组织研究结果，90%的湖库富营养化是受磷、氮元素制约的[8]，由表5可知，叶绿素a与TP呈显著正相关，与吕学研、杨中兰[9-10]等的研究结果一致，说明磷是影响大连市水库富营养化的重要控制指标。叶绿素a与透明度值呈显著负相关，透明度是富营养化的重要参数指标，湖库中浮游植物大量繁殖，其水体透明度会降低，而湖库的叶绿素a会增大，因此两者之间应该有明显的负相关关系。叶绿素a与高锰酸盐指数呈显著正相关，表明浮游藻类的生长繁殖可能与高锰酸盐指数存在着相互影响，富营养化水体中强烈的光合作用生成了大量的藻类和其他耗氧有机物，使得水体高锰酸盐指数指标明显增大[11]。总氮与高锰酸盐指数呈显著负相关，说明水环境因子之间相互影响；透明度与高锰酸盐指数呈极显著负相关，高锰酸盐指数主要是指用高锰酸钾氧化水中有机物所耗氧的量。通常若水体中浮游植物繁殖量增加，相应的耗氧有机物的含量也随之升高，而浮游植物量高的水体，透明度低，因此透明度与高锰酸盐指数之间存在负相关关系。

3 结 语

运用综合营养状态指数法对2017年大连市全国重要饮用水源地水体进行富营养化评价，评价结果表明大连市5处全国重要饮用水源地除松树水库和刘大水库为“轻度富营养化”外，其余饮用水源地水质良好。此外，研究还发现，水库富营养化程度受季节变化影响显著，在夏秋两季易高发，冬春季最低。通过对各富营养化因子之间的相关分析发现：透明度与高锰酸盐指数呈极显著负相关；叶绿素a与总磷、高锰酸盐指数呈显著正相关，与透明度值呈显著负相关，与吕学研、杨中兰等的研究结果一致，说明磷是大连市水库富营养化的控制因子；总氮与高锰酸盐指数呈显著负相关，说明水环境因子之间相互影响。该研究方法和结果可为大连市重要饮用水源地的水质富营养化控制和改善提供实践指导，为水环境管理及水污染防治提供科学依据。