闹德海水库水质现状评价及分析

丛 梅

(辽宁省阜新水文局,辽宁 阜新 123000)

河湖水库水质时空变化与经济社会可持续发展、广大群众饮水健康及城市供水安全息息相关[1-4]。对此,我国研究学者从不同角度开展了湖库水质变化趋势分析,如房孝泽等结合密云水库/上游典型河段雨季前后水质监测资料,全面揭示了氮浓度时空变化趋势及其主要形态;李文赞等研究分析了潮河、白河两大干流近20a水质数据,结果发现人类活动干扰是造成TN浓度变化的主要原因;肖军等以渔洞水库水质监测资料为基础,通过对比确定了重要污染因子,并结合库区实际情况提出改善水质的有效措施;李永丽等采用水安全评价指标和季节性Kendall检验法,研究分析了陆浑水库水质变化特征;王文静等采用内梅罗法和单因子法研究揭示了丹江口水库水质变化特征[5-8]。所以,通过研究分析可以准确掌握污染湖库污染来源和程度,但由于缺乏系列监测资料,难以掌握水质影响因子及其时空变化趋势,也就无法为流域控制措施的合理选择和布设提供有效的支撑。因此,文章结合闹德海水库逐月水质监测资料,综合应用卫星遥感和地理信息系统调研库区气象条件、重点工程、水产养殖、水生植物和经济社会状况,科学评价分析了库区水质变化特征及其关键影响因子,旨在为保障闹德海水库水质安全、改善流域水环境、加强水源保护以及水污染防治等提供参考。

1 闹德海水库概况

闹德海水库建于阜新市境内柳河中游,呈西北东南向狭长形,是柳河上游唯一的大(2)型水库。水库控制流域6483km2,年灌溉供水量7.6×104m3,最大蓄水量2×108m3,设计洪水位189.48m,库容1.339亿m3。该水库承担着防洪、供水、滞沙河旅游等重要任务,水质状况关乎居民健康和社会经济发展。

2021年,闹德海水库监测项目有水位、水温、锌、透明度、挥发酚、铅、溶解氧、硫化物、铜、电导率、pH值、硒、总磷、氰化物、总氮、氨氮、汞、氟化物、生化需氧量、六价铬、高锰酸盐指数、砷、粪大肠菌群、阴离子表面活性剂、镉、叶绿素a、石油类27项,主要指标监测数据月变化特征如图1所示。2021年一次都未检出的氰化物、硒、汞、砷、镉和铅6项,其它大部分指标的年均值均达到Ⅱ类水标准。高锰酸盐指数、总磷和总氮水质监测结果超标率依次为3.5%、16.1%和100%,其中总氮年均值超Ⅱ类水标准3.6倍,其浓度达到2.32mg/L。

(a)总氮

2 水库水质评价

2.1 评价方法

单因子法主要是计算评价标准浓度与监测项目浓度之比值,将该数值与1相比较来判定超标情况和水质类别,综合评价结果取最差水质浓度对应的类别。采用除粪大肠菌群、总氮和水温以外的其它指标进行单因子评价,单独评定总氮。

综合污染指数法主要是加权计算各污染物评价标准浓度与监测浓度的比值,从而确定综合污染指数。鉴于库区水污染的实际情况,在综合污染指数计算过程中选取六价铬、生化需氧量、挥发酚、石油类、总磷、总氮、阴离子表面活性剂和高锰酸盐指数8项主要指标[9-11]。

2.2 评价结果

2021年闹德海水库主要污染物指数如表1所示,结果表明各污染物的年均值均达到Ⅱ类水标准,从轻到重3个断面污染程度排序为柳2<柳45<柳81,污染最轻和最重处为出、入库断面。因此,闹德海水库水质满足Ⅱ类水标准,其水质状况良好属于Ⅰ～Ⅱ类水。单独评价的总氮浓度达到劣Ⅴ类,该污染物超标率为100%,这是闹德海水库的主要污染物。

表1 2021年闹德海水库主要指标污染指数

由表1可知,2021年内闹德海水库综合污染指数为7.85,总体较好,仅有个别污染物超过评定的类别标准,但对水体功能效应不会造成直接影响和明显损伤,总氮是制约库区水质的关键因子。

2.3 水质变化趋势

2.3.1 水期变化

闹德海水库2021年平水期、丰水期和枯水期综合污染指数如图2所示,总氮、总磷浓度变化如图3所示。从低到高排序为丰水期<枯水期<平水期,断面柳2、柳45和柳81的丰水期和平水期均优于枯水期水质。断面柳45、柳81与库区的总磷和总氮变化特征保持一致,枯水期劣于平水期和丰水期水质;断面柳2与库区的总磷变化特征保持一致,而总磷表现出相反趋势,丰水期高于平水期和枯水期[12-14]。

图2 各水期综合污染指数

(a)总磷

2.3.2 年际变化

闹德海水库2017—2021年综合污染指数变化特征如图4所示,结果表明2019—2021年闹德海水库水质有所改善,综合污染指数表现出先增加后减小趋势,总体降幅较小。

图4 2017—2021年水污染指数变化特征

2017—2021年生化需氧量、总磷、总氮和高锰酸盐指数浓度变化特征如图5所示,结果表明2017—2020年总氮浓度逐渐上升,而2020—2021年呈现出下降趋势;2017—2018年总磷浓度呈减小趋势,因受洪水影响2019年总磷快速升高,之后于2020年又明显下降,2021年总磷浓度相比于2020年有所增大。研究期间,生化需氧量、高锰酸盐指数与总磷的变化趋势基本相似。

(b)总磷

2.4 富营养化评价

采用综合营养指数法和透明度、叶绿素a、高锰酸盐指数、总氮、总磷5项指标评价闹德海水库的营养状态,月变化特征如图6。

图6 营养指数变化特征

结果表明,叶绿素a和总氮相较于其它参数的营养指数较高,各月变化基本稳定,其对综合营养指数的影响较高;综合营养指数与总磷、高锰酸盐指数、透明度的月变化规律总体一致,综合营养指数最大值出现在水温较高的8月份。总体上,2021年闹德海水库达到中营养等级,综合营养指数平均值为39.8。

2.5 水质污染特征

闹德海水库2021年主要污染指标的贡献率如下:总氮57.1%、高锰酸盐指数9.7%、总磷9.5%、生化需氧量7.1%、挥发酚5.5%、石油类5.2%、阴离子表面活性剂3.2%、六价铬2.7%。因此,总氮对闹德海水库水质的贡献率最高达到57.1%,这是造成水体富营养化的重要指标和主要污染物。经调查发现,闹德海水库库区总氮来源于上游生活源、禽畜养殖以及耕地土壤中的化肥流失等。近年来,阜新市不断加强对上游企业的整治改造,通过对超标排放企业实施转产或停产以及对水源地项目实施严格审批制度等措施,使得库区水环境逐渐得到改善,经一系列治理保证了水库水质,库区水环境受工业源氮素排放的影响不大。

3 结 论

1)闹德海水库满足Ⅱ类水标准,其水质状况良好属于Ⅰ～Ⅱ类水。单独评价的总氮浓度达到劣Ⅴ类,该污染物超标率为100%,这是造成水体富营养化的重要指标和主要污染物。

2)2021年闹德海水库3个代表性断面的污染程度排序为柳2<柳45<柳81,污染最轻和最重处为出、入库断面;对于各水期,从低到高综合污染指数排序为丰水期<枯水期<平水期,断面柳2、柳45和柳81的丰水期和平水期均优于枯水期水质。

3)2019—2021年闹德海水库水质有所改善,综合污染指数表现出先增加后减小趋势,总体降幅较小,基本满足Ⅱ类水要求。除个别年份总磷、总氮超标外,其它指标均符合相应等级标准。2017—2020年总氮上升,而2020—2021年呈现出下降趋势;2017—2018年总磷浓度呈减小趋势,因受洪水影响2019年总磷快速升高,之后于2020年又明显下降,其它指标与总磷的变化趋势基本相似。

4)闹德海水库库区总氮主要来源于上游生活源、禽畜养殖和耕地土壤中的化肥流失等。为保证闹德海水库供水安全,有效解决水体富营养化问题,必须加快水生态环境修复和面源污染控制。