河池市龙滩水库水质及富营养化分析

李东霖，韦海玲

（河池水文中心，广西 河池 547000）

1 研究背景

本文主要采用营养状态特征指数赋分评价法对龙滩水库汛期和非汛期水质和富营养化程度进行分析评价。龙滩水库位于广西河池市西北部，周边没有厂矿企业，工业排污程度低，近年来已禁止水面大面积网箱养鱼，在禁渔期以外允许进行少量休闲垂钓。但是，龙滩水库周边有一些村屯，有一定量的生活污水汇入。库区种植有少量的水稻、甘蔗等农作物，化肥和农药的使用存在一定的农业面源污染风险，库区内有培训基地及少量旅游项目，有一定的旅游垃圾等地表污染风险。因此，开展龙滩水库水质及富营养化分析，对进一步提升水质监测对水资源保护和开发利用的支撑作用具有重要意义。

2 数据与方法

2.1 研究区域的概况

选取河池市境内的龙滩水库作为研究对象。龙滩水库库容为273亿m3，坝址位于红水河干流距广西河池市天峨县城15 km上游处，年平均蓄水量达130.8万m3，坝址以上控制集水面积9.85万km2，占红水河流域面积13.83万km2的71.2%[1～3]。红水河隶属于珠江流域西江水系，干流全长1573 km，流域为亚热带季风性气候[4]，流经云南、贵州及广西三省（自治区），流域地形复杂，水系发达，多年平均降水量1449 mm,径流系数0.55[5]。坝址上游附近有布柳河、曹渡河、蒙江3大支流汇入，这3条支流的流域面积共1.8万km2，占龙滩坝址以上集水面积的18.3%，红水河贵州省境内最大的支流北盘江在坝址上游132 km处的左岸汇入，形成了龙滩坝址以上流域呈左宽右窄的不对称形状。

2.2 数据来源

（1）监测数据。对龙滩水库开展水质监测的项目有水温、pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮、总磷、总氮、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、叶绿素a、透明度共26项。按照《水环境监测规范》（SL219-2013）要求，严格遵循采送样及样品保存转运流程，各项数据采取相关质量控制措施，以满足数据分析的质量要求。

（2）监测设备。在河池水环境监测中心实验室检测化验过程中，主要用到原子荧光分光光度计、原子吸收分光光度计、水质参数现场测定仪、塞氏盘、紫外-可见分光光度计、流动注射分析仪、连续流动分析仪、离子色谱仪等水质监测设备，实验用水为超纯水机制备的二次水（18.25 MΩ），所用试剂均采用符合国家标准的分析纯试剂。

2.3 研究方法

水库营养状态评价标准采用《地表水资源质量评价技术规程》（SL395-2007）；评价项目包括总磷、总氮、叶绿素a、高锰酸盐指数和透明度5个特征参数；评价方法采用特征指数法：第一，采用线性插值法将水质项目浓度值转换为相应赋分值；第二，按公式（1）计算营养状态指数EI；第三，根据营养状态指数EI确定营养状态分级（见表1）；第四，富营养化达标评价，未达到富营养及以上的为达标，否则为不达标。

表1 水库营养状态评价标准及分级方法

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。

3 结果与分析

3.1 水质监测项目参数分析评价

《地表水环境质量评价办法（试行）》（环办〔2011〕22号）规定地表水水质评价指标为：《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）表1中除水温、总氮、粪大肠菌群以外的21项指标。水温、总氮、粪大肠菌群作为参考指标单独评价（河流总氮除外）。为了深入研究龙滩水库水质状况，对龙滩水库水质监测评价指标包括了表1中除水温外的23项指标项目。龙滩水库主要功能为发电，按地表水III类水标准评价，2020年4月（汛期）总氮项目评价为劣V类水，2020年10月（非汛期）总氮项目评价为IV类水，2次监测分析均出现了超标，超标污染物均为总氮，分别超标了1.18倍和0.26倍，其余项目均未发现异常，表明龙滩水库汛期水质劣于非汛期水质。龙滩水库水质监测指标统计见表2。值得一提的是，表2中还列出了叶绿素a和透明度的监测结果，其中叶绿素a是体现湖库中初级生产力的重要指标，水生浮游植物的叶绿素a含量可以体现水体中藻类数量，可据此进一步研究龙滩水库富营养化状况。

表2 龙滩水库水质监测指标统计

3.2 富营养化分析评价

水体富营养化分析评价是定量描述水体富营养化发展过程中某一阶段的营养状态。根据上文介绍的研究方法，对氮、磷等营养盐和叶绿素a等水生生物指标的含量进行实验室检测分析，对龙滩水库营养状态进行评价。利用线性插值法对高锰酸盐指数、总磷、总氮、叶绿素a、透明度5个监测指标进行评价项目赋分，由计算公式（1）得出2020年4月（汛期）和2020年10月（非汛期）龙滩水库营养状态指数EI分别为34.0、39.4，根据表1评定营养状态均为中营养，富营养化评价均为达标。龙滩水库富营养化分析指标统计见表3。值得一提的是，湖库营养状态评价项目应包括高锰酸盐指数、总磷、总氮、叶绿素a和透明度，且叶绿素a为必评项目，为水体中存在水生藻类生物提供直接证据。

在表3中，还列出了高锰酸盐指数、总磷、总氮、叶绿素a和透明度对应的非线性拟合结果，与线性插值法相比，2020年4月和2020年10月所计算得出的营养状态指数EI均比线性插值法计算的结果高，表明非线性拟合与赋分值更吻合，拟合结果更加接近真实值。利用非线性对数拟合所得R平方值越接近于1表明拟合的趋势线越可靠，相关拟合结果见图1。由图1可以看出，湖库富营养化各特征值拟合后的R平方值由高到低依次为叶绿素a＞总氮＞高锰酸盐指数＞总磷＞透明度，表明叶绿素a拟合的结果在5个特征值指标中最可靠，在湖库富营养化评价中具有重要地位，与其为富营养化分析必评项目的要求相一致。

图1 富营养化特征值非线性对数拟合结果

利用线性插值和非线性拟合结果，将龙滩水库2020年4月（汛期）和2020年10月（非汛期）富营养化特征值多维数据代入平面雷达图进行可视化分析（见图2）。从图2可以看出，龙滩水库在两次水质监测中富营养化评价均为达标，线性插值和非线性拟合结果基本一致，但不论是非线性拟合还是线性插值都表明龙滩水库2020年10月非汛期富营养化程度比2020年4月汛期更严重，叶绿素a和透明度对富营养化程度贡献较小，总磷和高锰酸盐指数对富营养化程度贡献较大，总氮对富营养化程度贡献最大，透明度在汛期和非汛期变化最显著，各特征值在富营养化贡献的表现不均衡。

图2 富营养化特征值线性插值与非线性拟合结果对比

4 结语

从2020年4月（汛期）和2020年10月（非汛期）的两次监测结果来看，总氮分别超标了1.18、0.26倍，其他监测项目均未发现异常，表明龙滩水库汛期水质劣于非汛期水质。从多因素富营养化评价结果来看，营养状态均为中营养，富营养化评价均为达标，2020年4月营养状态指数小于2020年10月营养状态指数，表明龙滩水库非汛期富营养化程度比汛期更严重。为了保障龙滩水库水质安全，提以下几点建议：

（1）加强宣传，形成联防联治机制。水库水体富营养化严重威胁库区生态平衡，是导致藻类生物爆发的重要成因。针对龙滩水库总氮营养盐含量较高，应高度警惕富营养化程度加重的风险，加强网络、电视、广播、报纸等多种形式的法律知识宣传和定向培训，让龙滩水库周边农村居民形成生态环境保护全民参与、全民监督、全民共治的良好氛围，逐步建立库区红水河流域水环境水生态治理联防联治机制。

（2）科学防治，坚持绿色低碳发展。坚定不移地走生态优先、绿色低碳的高质量发展道路，积极优化龙滩水库周边农村产业结构，引进绿色农业、生态农业、现代农业新思路，发展生活旅游污水无害化处理技术和废弃物集中多级处理工艺。合理规划龙滩水库库区功能管理开发利用，逐渐减少化肥、农药、含磷洗衣粉的施用量，控制过量的氮、磷肥料及农业生产生活废弃物进入水库，降低农业面源污染。加大水库流域内植树造林力度，增加植被覆盖率，恢复植物多样性，减少水土流失，涵养库区水源。

（3）加大投入，统筹结合乡村振兴。持续强化人才、技术、资金等关键资源要素向生态环境保护治理基层一线集聚，对龙滩水库库区流域水资源进行合理规划利用，处理好发展旅游业、水库养殖和保护水质的关系，统筹结合乡村振兴战略和科技资源，适当限制库区旅游规模、限制或取消投饵量大的网箱养鱼、限制垂钓和游泳，避免养殖动物排泄物和废弃物对水库的污染。加强库区封育保护，提高库区生态系统自然修复能力，定期投放滤食性鱼类摄食浮游动植物，不断净化库区水体。

（4）强化监管，多措并举确保实效。有关部门应坚持问题导向、目标导向、结果导向，重点加强水库氮源的日常监控管理，以降低库区藻类水华爆发的风险。定期巡查并及时解决龙滩水库库区水环境水生态反弹问题，加强非汛期闸坝工程设施调度，改善库区水体动力条件，避免发生非汛期水体不流动导致富营养化程度加重现象。强化水库运行管理，必要时增大下泄流量，缩短库区水体滞留时间，以利于减小水体富营养化程度加重的风险，维持水库水质安全健康。