武汉汉江水源地水质变化趋势及风险分析_卓海华.pdf

Eco-EnvironmentalKnowledge Web环 境 科 学Environmental Science第44卷第4期 2023年4月Vol44，No4 Apr，2023武汉汉江水源地水质变化趋势及风险分析卓海华1，娄保锋1，徐杰1，陈洁1，陈杰1，兰秀薇2，范文重1，欧阳雪姣1，兰静1*(1 生态环境部长江流域生态环境监督管理局生态环境监测与科学研究中心，武汉430010;2 长江水利委员会，武汉430010)摘要:武汉汉江水源地是全国重要饮用水水源地之一，其水质好坏关系到武汉市数百万居民生活及生产用水安全 在引汉济渭、南水北调中线和鄂北调水等大型水利工程建设运行背景下，利用 2004 2021 年水质监测成果，对武汉市汉江水源地水质变化趋势及风险进行研究 结果表明，武汉汉江水源地水体中总磷、高锰酸盐指数和氨氮等污染物浓度与武汉市城市集中式地表水饮用水水源保护区管理要求存在一定差异，尤其是总磷存在较大超标风险 水源地水体中藻类生长基本不受氮、磷和硅浓度限制，若不考虑其他因素，水温适宜时(6 12)暴发硅藻“水华”的风险较高;来水水质对水源地影响较大，西湖水厂至宗关水厂取水口间可能存在污染物汇入;高锰酸盐指数、总氮、总磷和氨氮等水质参数浓度时空变化趋势不一致，尤其是氮、磷元素，2016 年以来其比值呈快速上升趋势，水体 N/P 的显著变化可能会引起浮游藻类种群结构及数量改变，从而影响供水安全 水源地水体总体处于中营养至轻度富营养状态，极个别时段可能会出现中度富营养的状况，当前水体营养状态有好转趋势 有必要对水源地污染物来源、数量和变化趋势深入调查以化解潜在供水风险关键词:水源地;水质;变化趋势;风险;分析中图分类号:X824文献标识码:A文章编号:0250-3301(2023)04-2022-10DOI:1013227/j hjkx202205035收稿日期:2022-05-05;修订日期:2022-07-01基金项目:国家重点研发计划项目(2019YFB2102905)作者简介:卓海华(1978 )，男，硕士，工程师，主要研究方向为流域水环境监测评价，E-mail:zhuohaihua cjjg mee gov cn*通信作者，E-mail:22630948 qq comWater Quality Change Trend and isk Analysis of Wuhan Hanjiang iver WaterSourceZHUO Hai-hua1，LOU Bao-feng1，XU Jie1，CHEN Jie1，CHEN Jie1，LAN Xiu-wei2，FAN Wen-zhong1，OUYANG Xue-jiao1，LAN Jing1*(1 Yangtze iver Basin Ecological Environment Monitoring and Scientific esearch Center，Yangtze iver Basin Ecological Environment Supervision and AdministrationBureau，Ministry of Ecology and Environment，Wuhan 430010，China;2 Changjiang iver Water esources Commission，Wuhan 430010，China)Abstract:Hanjiang iver is closely related to the middle route of the South-to-North Water Diversion Project，the Water Diversion Project from the Hanjiang iver to the Weiiver，and the Water Diversion Project in Northern Hubei The Wuhan Hanjiang iver water source is one of the important drinking water sources in China;its water qualitysafety is significant to living and production for millions of residents in Wuhan Based on data from 2004 to 2021，the water quality variation trend and risk of Wuhan Hanjiangiver water source were studied The results showed that a certain gap existed between the concentrations of some pollutants such as total phosphorus，permanganate index，ammonia nitrogen，and correspondent water quality target，especially for the total phosphorus The growth of algae in the water source was marginally limited by theconcentrations of nitrogen，phosphorus，and silicon When other factors remained unchanged，diatoms tended to grow rapidly when the water temperature was appropriate(6-12)The quality of water upstream had a great impact on the water quality of the Hanjiang water source There may have been pollutants entering into the reach during theWest Lake Water Plant and Zongguan Water Plant There were differences in the temporal and spatial variation trend of concentrations between permanganate index，totalnitrogen，total phosphorus，and ammonia nitrogen Significant changes in the ratio of nitrogen and phosphorus in the water body will affect the population structure and quantityof planktonic algae and ultimately affect the safety of water quality The water body in the water source area was generally in the state of medium nutrition to mildeutrophication，and middle eutrophication may have occurred in a few periods In recent years，the nutritional level of the water source has been on the decline It is necessaryto make an in-depth investigation on the source，quantity，and change trend of pollutants in water sources in order to eliminate potential risksKey words:water source;water quality;change trend;risk;analysis汉江是长江中游主要支流，发源于陕西宁强县秦岭南麓，干流流经陕西和湖北两省1，其在蔡甸新沟进入武汉境内，在武汉市中心龙王庙汇入长江，武汉境内流程约 62 km 汉江武汉段河道弯曲，江面丰水期宽度约 400 m，枯水期仅 100 m 左右 汉江干流武汉段主要被划分为汉江武汉保留区和汉江武汉蔡甸、东西湖区农业、工业用水区及汉江武汉城区、蔡甸、东西湖区饮用水源、工业用水区，这 3 个重要水功能区水质管理目标均为地表水环境质量标准(GB 3838-2002)类2 为加强城市饮用水水源地保护工作，武汉汉江水源地作为一个整体被纳入全国重要饮用水水源地名录3，其包括了武汉城区以汉江为水源的西湖、蔡甸、白鹤嘴、余氏墩、琴断口和宗关等水厂水源地 据统计，这些水厂年总供水量总计在4 亿 t4 以上 按武汉市城市集中式地表水饮用水水源保护要求5，上述水厂水源地一级保护区水域范围为取水口上游 1 2 km，至下游均为100 m，横向为整个河道宽度;一级保护区水质要求为不得低于地表水环境质量标准(GB 3838-2002)中类标准4 期卓海华等:武汉汉江水源地水质变化趋势及风险分析汉江水环境质量的优劣直接关系到沿江居民安居乐业和社会经济发展等重大问题 汉江中下游水体水质、水污染状况及其变化已有一些分析6 11 自 1992 年 2 月在汉江中下游首次观测到“水华”以来，因“水华”频发，该水域水环境问题引起了广泛图 1武汉汉江水源地相关水厂及监测断面位置示意Fig 1Location of water plants and monitoring sections in Wuhan Hanjiang iver water source关注12 18;随着引汉济渭、南水北调中线工程和鄂北调水等大型水利工程的建成运行，因调水对汉江中下游水环境带来的影响受到更进一步关注19 24 但汉江作为武汉市城市主要供水水源地，其水质变化趋势及风险分析鲜见报道 长期持续监测结果显示，除“水华”现象外，宗关、琴断口和白鹤嘴等水厂水源地一级保护区内水体部分月份存在水质评价结果超类4 的情况 因此，聚焦水源地属性，本文以武汉汉江水源地为研究对象，应用 MK(Mann-Kendall)趋势分析等手段对其变化进行分析，综合评估水源地水环境现状、污染物时空分布特征和潜在风险，旨在为水源地保护管理、水质改善和城市供水安全等提供技术支持1材料与方法1.1研究范围武汉汉江水源地是一系列水厂水源地概称目前武汉市以汉江为水源的水厂主要有西湖水厂、蔡甸水厂、白鹤嘴水厂、余氏墩水厂、琴断口水厂、宗关水厂和国棉水厂(2017 年停止运行)，其中白鹤嘴水厂、琴断口水厂和宗关水厂这 3 个水厂供水量约占上述水厂总供水量的 90%，占到全市总供水量的近 30%各水厂取水口通常设置在河道较靠近河岸部分 为更好研究武汉汉江水源地水质状况，综合考虑河道特征和水厂取水因素，参照水环境监测规范(SL 219)在每个水厂取水口上游约 1 km 处设置监测断面(位于水源地一级保护区范围)，并在每个断面距岸约 5 m、10m 和 50 m 的位置设置采样垂线，采集水面以下0.5 m 水样开展检测 各水厂和采样断面位置示意见图 11.2研究时段及方法选取 2004 2021 年系列监测成果进行分析 水质指标选取水温、pH、透明度、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮、浮游植物定性及定量和叶绿素 a等 另外，2022 年初对可溶性二氧化硅进行了补充监测 其中，水温和 pH 等参数使用便携式多参数分析仪器、透明度采用塞式圆盘法现场测定，高锰酸盐指数、总氮、总磷、氨氮、可溶性二氧化硅和浮游植物定性及定量等参数的检测均参照国家或行业标准方法进行3202环境科学44 卷1.3数据处理及评价数据经过检查、剔除异常值等处理后，采用Microsoft Office Excel 2019 进行整理和分析 水质因子间相关性采用 SPSS 19 进行分析 水质变化趋势及富营养化评价分别采用季节性 Kendall 检验方法和中国环境监测总站规定方法进行，具体如下:(1)水质变化趋势评价季节性 Kendall 检验方法，水质变化趋势根据显著性水平 值确定 水质参数呈上升趋势(透明度呈下降、浊度呈上升)，表示趋于恶化;反之趋于改善25 具体评价方法采用中国水利水电科学研究院水环境研究所开发的季节性 Kendall 趋势检验法评价软件进行 评价标准见表 1表 1水质变化趋势分析评价表Table 1Analysis and evaluation of water quality change trend序号显著性水平()显著性10.01高度显著20.01 0.1显著3 0.1无趋势(2)水体富营养化评价水体富营养化是水环境中普遍存在的水质污染现象，目前已有许多水质富营养化数学模型用来模拟各种水体的富营养化进程26;因适用于不同水域、气候环境等条件，有些模型涉及参数也很多(可多达四五十种)27 为简化分析，基于所研究水源地处于汉江河口段，水体会受到长江顶托，具有类似狭长湖泊的一些水文特征 因此，本文参照中国环境监测总站富营养化评价及分级 规 定28 计 算 水 源 地 水 体 富 营 养 化 指 数(TLI)并开展评价和分析 水体营养状态分级见表 2表 2水体营养状态分级Table 2Classification of water nutritional status(TLI)营养状态(TLI)30贫营养(oligotropher)(30 TLI)50中营养(mesotropher)(TLI)50富营养(eutropher)(50 TLI)60轻度富营养(lighteutropher)(60 TLI)70中度富营养(middleeutropher)(TLI)70重度富营养(hypereutropher)2结果与讨论2.1监测结果统计结果见表 3 汉江干流水温随气温变化而变化，1 月汉江干流平均水温最低，最低水温低于2;平均水温最高出现在 8 月，可接近 30 水温与藻类生长关系密切(后文将详细讨论)pH 平均值及中位值均在 8.0 附近小幅变动，总体呈弱碱性;1 3 月和 8 月 pH 最高值均达到 8.7 以上，在 3 月甚至出现 9.0 的现象;除8 月外，其他月份最高值均 8.6 天然地表水 pH 值一般为 6 9 之间 按照水源地保护相关要求，水源地保护区内不允许设置排污口，相关水厂水源地水体 pH 值升高可以排除点源影响 出现 pH 值升高，基本可以判定其与藻类生长密切相关 水体中藻类生长时由于光合作用消耗二氧化碳，破坏了碳酸平衡，会造成表层 pH 值升高29 30，藻类种群密度的增大会使酸碱度逐渐增加31 因此，在监管中也可通过观测 pH 值变化初步研判汉江各水厂水源地藻类种群密度及变化趋势 各水厂水源地水体各月透明度中位值在 40 60cm 之间，汛期(5 10 月)相对较高，非汛期相对较低，且月内变化较大，最低仅约 10 cm，最高可达 150cm，这可能与来水、监测垂线设置、水体营养(藻类生长)、光照和气象等条件有关高锰酸盐指数测值在 1.32 6.90 mg L1之间变动，波动较大;各月度中位值与平均值均在 2.7mg L1附近小幅波动，波幅 0.3 mg L1;统计结果显示各月均有一定比例的高锰酸盐指数测值4.0 mg L1，2、7 和 8 月这 3 个月比例相对较高，尤其是 2 月这一比例接近 10%;8 月还存在0.79%的测值 6.0 mg L1 2 月汉江上游来水量相对较小，7 月和 8 月处于汉江主汛期，来水量较大，高锰酸盐指数测值的这种变化可能与来水有密切关联 氨氮测值范围在 0.025 1.08 mg L1之间，中 位 值 和 平 均 值 范 围 分 别 为 0.06 0.18mg L1和 0.09 0.20 mg L1 除 3 月和 10 月外，其他月份均存在测值高于 0.5 mg L1的现象，其中6 月比例最高，达到 2.2%，1、5、7 和 11 月在 1%2%之间，其余月份均低于 1%;5 月有 0.38%测值 1 mg L1 根据地表水环境质量标准(GB3838-2002)，高锰酸盐指数为 4.0 mg L1和 6.0mg L1、氨氮为 0.5 mg L1和 1.0 mg L1是该两参数地表水类和类标准限值 这表明各水厂水源地高锰酸盐指数、氨氮两参数评价结果以优于(含)类为主，但偶尔会出现类和类的时段总磷测值范围在 0.01 0.33 mg L1之间，中位值和平均值分别在 0.08 0.10 mg L1和 0.09 0.11 mg L1之间 所监测的 2 4 月和9 10 月这5个月 测 值 0.1 mg L1的 比 例 最 低 为 4 月 的20.03%，其次为 2 月的 33.60%，其余月份则接近50%;除4 月外，各月测值 0.2 mg L1的占比分别为0.14%、1.36%、1.94%和2.51%按照 地表水环42024 期卓海华等:武汉汉江水源地水质变化趋势及风险分析5202环境科学44 卷境质量标准(GB 3838-2002)进行评价，武汉市各水源地总磷虽主要以优于(含)类为主，但符合类乃至达到类的情况仍占一定比例 由此可见，尽管水源地评价结果可以满足所在重要水功能区水质管理要求，但难以全面达到饮用水水源地一级保护区水质保护目标 5 虽然在实际工作中一般以断面各测点测定值的平均值进行水质评价，这样处理后评价结果劣于 类水质的比例会有所降低，但统计结果表明武汉汉江水源地水质总磷、氨氮和有机污染物与管理要求仍会存在一定差距，尤其是总磷总氮测值范围为 0.50 2.96 mg L1，中位值和平均值范围分别为 1.63 1.89 mg L1和 1.62 1.92 mg L1;浊度测值范围为 1.5 277NTU，中位值和平均值范围分别为 25.0 49.5NTU 和 28.5 61.3NTU;叶 绿 素 a 测 值 范 围 为 0.2 143.9g L1，中位值和平均值范围分别为 2.2 9.4g L1和2.8 19.2 g L1;藻类密度测值范围为1.0 104 5 300 104cell L1，中位值和平均值范围分别为 30 104 268 104cell L1和 80.1 104552 104cell L1 值得注意的是，2 4 月测值与9 10 月相比较，总氮、叶绿素 a 和藻类密度这 3 个参数，前者明显高于后者，而浊度正好相反;与其他参数测值中位值与平均值基本接近不同，叶绿素 a和藻类密度等两参数测值两者差异较为明显 另外，2 4 月和 9 月藻类密度最大值均达到 107cell L1级别 参照相关标准32，各水厂水源地 2 4 月和 9月藻类密度最高值均高于 107cell L1，可以判定这些月份均可能发生过轻度“水华”采用 SPSS 19 对各水源地水质参数相关性进行分析，结果见表 4 结果显示，在显著水平 =0.01(双尾)水平下，各水源地监测断面水质监测参数间相关性良好，相关系数均在 0.93 以上 这说明，沿程各水厂水源地水体水质参数浓度间具有较好的一致性，各污染物有着相近的来源，即可以初步判定影响武汉汉江水源地水质的污染物来源为上游来水表 4武汉汉江各水厂水源地水体水质监测参数间相关性1)Table 4Correlation between water quality parameters at different sites of Wuhan Hanjiang iver water source水源地蔡甸白鹤嘴余氏墩琴断口宗关西湖0.9580.9870.9820.9760.970蔡甸0.9530.9480.9440.936白鹤嘴0.9870.9840.956余氏墩0.9700.965琴断口0.9731)显著水平 =0.01(双尾)国际上一般认为，水体中总磷和总氮测值分别达到 0.02 mg L1和 0.2 mg L1时就可能发生“水华”现象33 单从营养盐考虑，各水厂水源地总磷和总氮测值远高于临界值 有研究表明氮磷比(N/P)与藻类大量增殖有密切关系，一般 N/P 高(如 30)意味着磷限制，N/P 低(如 5)意味着氮限制12;研究水域“水华”优势种为硅藻12 硅是硅藻生长所必需元素，水体硅元素浓度与冠盘藻密度之间有着极显著的正相关关系34 统计结果显示，汉江上各水厂水源地水体中 N/P 平均值在 16.5 23.6 之间，可溶性二氧化硅含量达 6.71 mg L1以上，意味着研究水域氮、磷和硅等营养盐充足，藻类生长基本不受氮、磷和硅元素浓度限制在硅藻水华形成过程中，温度、光照、流速和营养盐等均有着重要作用 一般而言，春季水温会随着气温升高而上升，光照充足，适于硅藻繁殖 当前，通过技术手段，可以明确近年来汉江“水华”优势种为汉斯冠盘藻(Stephanodiscus hantzsschii)而非小环藻12，16 当温度和光照强度超过硅藻生长的最适温度范围时，硅藻的生长会明显受到抑制;不同种类对最适水温要求也不同，如冠盘藻是 5 10，小环藻是2335 为分析 2004 2021 年间水温与藻类密度(形成“水华”，对供水构成风险)的关系，以两者测值作图，具体见图 2 前文已经说明，各水厂水源地水质参数间具有较好的一致性，为简化分析，仅以宗关水厂水源地为例由图 2 可见，在不考虑其他因素的情况下:当水温从较低温度持续升高时，宗关水厂水源地水体藻类密度快速升高，其极有可能在较短时间内达到107cell L1以上，形成“水华”;但当水温达到 12以上，藻类密度会急剧降低，如图中位置 A 阴影所示;当水温在一段时间内持续低于6，藻类密度可能也存在升高现象，但基本不会出现“水华”，如图中位置 B 阴影所示;当水温持续在较高水平(12)时，藻类密度基本会处于较低水平，如图中位置 C 阴影所示 水温与藻类密度相关性统计分析结果显示，水温是武汉汉江水源地藻类生长重要控制因素;武汉段各水厂水源地藻类生长规律与冠盘藻一致性良好，表明近 20 年研究水域“水华”优势种大概率均为冠盘藻，而非小环藻 同时，通过上62024 期卓海华等:武汉汉江水源地水质变化趋势及风险分析图 2武汉汉江宗关水厂水源地水体藻类密度与水温相关性Fig 2Correlation between algae density and water temperature and variation trend of nitrogen and phosphorusratio at Zongguan Water Plant site in Wuhan Hanjiang iver water source述分析，为精准防范“水华”对各水厂处理工艺造成不利影响，可以通过水温观测进行预判风险并采取必要措施化解2.2富营养化图 3武汉汉江宗关水厂水源地水体营养状态变化趋势Fig 3Change trend of water nutritional status at Zongguan Water Plant site in Wuhan Hanjiang iver water source一般而言，因河流流动性相对较好，其富营养化不如湖泊明显，但部分河流近年来频发的“水华”现象使河流富营养化问题凸显出来 基于所研究水域具有类似狭长湖泊的一些水文特征 为了更好反映水体营养状态，仍以宗关水厂水源地监测断面为例，(TLI)计算结果及变化趋势见图 3 从中可见，宗关水厂水源地水体总体处于中营养至轻度富营养状态，极个别时段可能会出现中度富营养的状况，未出现重度富营养情况 其(TLI)中位值在中营养评价上限值(50)附近波动，具体为 2010 年前在50 上下小幅波动但总体微升;2011 2012 年达到最高值 53.4，然后小幅波动下降，至 2019 年后该值明显低于 50 这说明近年来武汉汉江水源地水体营养状态有好转趋势尽管如此，因武汉汉江水源地处于汉江河口段，该河段水流流速较为缓慢，水体自净能力减弱，且常受长江江水顶托，营养元素易于富集，研究水域营养指数虽有下降趋势，但近年来“水华”频次并未明显降低 富营养化机制复杂，除氮、磷外，流态、流速、流量、气温、水温、透明度、照度和辐射量等物理指标及溶解氧、二氧化碳和可溶性硅酸盐等化学指标等均可成为其影响因子，而最直接的影响因子应为流速 对于汉江武汉各水源地而言，在上游营养盐输入浓度无显著变化且光照、气温等物理指标基本不变的情况下，要进一步抑制“水华”可通过改变水体流速流量，即加大上游来水量并结合工程调度使7202环境科学44 卷水体流速改变(波动)，使水体交换速度加快 这在南水北调工程、引江补汉及汉江中下游系列水库建成运行的大背景下通过联合调度应具有现实可操作性2.3沿程变化为了简化分析，仅选取高锰酸盐指数、总磷、总氮和氨氮这 4 个相对较独立参数进行研究 南水北调中线工程 2019 2020 年度实际供水首次达到设计供水规模36 因此，为了分析南水北调中线工程调水对武汉汉江水源地水质是否产生了影响，分成调水前(2013 2014 年，阶段)、未满负荷调水期(2015 2018 年，阶段)和满负荷调水期(20192021 年，阶段)3 个时段进行研究 变化过程详见图 4纵坐标:以西湖水厂水源地各参数阶段浓度平均值为参照值，其他测值与之相比，变化率正值为增加，负值为降低;横坐标:下游水厂水源地监测断面距西湖水厂水源地监测断面距离，km图 4武汉汉江各水厂水源地水体水质参数沿程变化趋势Fig 4Spatial variation trend of water quality parameters of Wuhan Hanjiang iver water source由图4 可见，高锰酸盐指数、总磷、总氮和氨氮这 4 个参数变化趋势不尽相同 高锰酸盐指数在阶段西湖至琴断口水源地统计值基本保持稳定，各水源地无显著差异;余氏墩水厂水源地之前，阶段各水源地较阶段升高约 4.0%6.5%，阶段较阶段再升高约 3.7%7.1%;阶段和阶段西湖至琴断口水源地统计值整体呈下降趋势，至琴断口水源地 3 个阶段则差异不显著，但琴断口至宗关出现较大幅度的升高 西湖至余氏墩水源地总磷在阶段基本稳定，余氏墩至琴断口出现较大幅度下降，但琴断口至宗关出现大幅升高;阶段和阶段西湖至宗关水源地总磷总体稳定，但阶段较阶段总体下降约 18%，阶段较阶段又下降约18%总氮各阶段在西湖至蔡甸段呈下降趋势，其后均呈现波动上升趋势，但变幅均不太显著;阶段较阶段、阶段较阶段分别下降 9%和 6%左右 氨氮在 3 个阶段均呈现波动下降趋势，每阶段下降约7%;阶段和阶段较阶段整体下降显著，测值下降 30%以上，且各水源地阶段较阶段下降幅度大 3%左右沿程的这种时空变化说明，在南水北调输水各阶段各水厂水源地水体高锰酸盐指数、总磷、总氮和氨氮等参数发生了不同程度的变化，且沿程变化不尽相同，尽管本研究无法直接证明这种变化与调水工程建设有显著联系 同时，西湖水厂水源地至宗关水厂水源地间沿程不同参数的变化趋势不一致，说明在某些河段可能存在一定的污染物的输入，如有机物和总磷 因研究河段基本无水体汇入，若无污染物质的输入或输入量较低，考虑水体自净因素等后，理论上污染物浓度沿程应基本稳定或趋于降低另外，相对汉江流域多年平均水资源总量37 而言，武汉汉江水源地各水厂不到 5 亿m3 a1的取水量对河道水文条件不会带来显著改变，即使是 2014 年在南水北调中线开始调水以后取水量与观测到的最小82024 期卓海华等:武汉汉江水源地水质变化趋势及风险分析年径流量38(仙桃站)相比也仅占约 1/40 但是，大规模调水肯定会减少/降低河道水量、流速和水位，进而影响到污染物在水体的自净和扩散等过程，间接影响水源地水质2.4时间变化根据季节性 Kendall 检验方法，研究 2004 2021 年流武汉汉江水源地水质指标变化趋势 具体见表5 所研究参数中，所有水源地水温无显著变化表 5武汉汉江各水厂水源地水体水质参数随时间变化趋势1)Table 5Temporal variation trend of water quality of Wuhan Hanjiang iver water source序号测站名称水温pH透明度高锰酸盐指数总磷趋势趋势趋势趋势趋势1西湖0.432 90.488 00.131 30.028 00.001 32蔡甸0.488 00.364 50.074 70.017 40.000 03白鹤嘴0.303 60.000 30.000 00.000 00.002 44余氏墩0.694 80.903 90.137 80.195 60.000 15琴断口0.701 70.000 00.000 00.000 00.000 46宗关0.434 10.000 70.000 00.000 00.016 1序号测站名称总氮藻类密度叶绿素 a氨氮浊度趋势趋势趋势趋势趋势1西湖0.055 90.002 40.575 40.000 10.639 22蔡甸0.069 00.010 30.744 10.000 01.000 03白鹤嘴0.235 70.001 00.013 30.607 30.004 14余氏墩0.102 00.003 30.962 80.000 40.049 05琴断口0.397 00.002 20.028 90.861 10.004 46宗关0.476 70.010 00.107 50.402 90.038 61)“”表示显著性水平;“”表示无明显升降趋势;“”表示显著上升;“”表示显著下降;“”表示高度显著上升;“”表示高度显著下降图 5武汉汉江宗关水厂水源地水体 N/P 变化趋势Fig 5Variation trend of N/P at Zongguan Water Plantsite in Wuhan Hanjiang iver water source趋势 pH 值在白鹤嘴、琴断口和宗关等靠近河口水厂水源地存在高度显著下降 透明度在除西湖和余氏墩这两个水厂水源地外高度显著或显著升高，而水体浊度仅在西湖和蔡甸水厂水源地无显著变化外，其余水厂水源地为高度显著下降或显著下降 高锰酸盐指数在上游段的西湖和蔡甸水厂水源地显著上升，在余氏墩水厂水源地无显著变化，在靠近河口段的白鹤嘴、琴断口和宗关这 3 个水厂水源地则高度显著下降 营养盐指标中，总磷总体呈高度显著下降，总氮在西湖和蔡甸这两个水厂水源地呈显著下降，在其余水厂水源地无显著变化趋势;氨氮在靠近上游来水的西湖、蔡甸和余氏墩等水厂水源地存在高度显著下降，在其余水厂水源地无显著变化 藻类密度在各水厂水源地均呈显著或高度显著上升趋势，而叶绿素 a 仅在白鹤嘴和琴断口这两个水厂水源地呈显著升高，其余无显著变化趋势 这表明各水厂水源地有机污染趋势分化明显，上游趋于加重，而下游趋好;总磷、总氮和氨氮总体稳定趋好但变化程度不一有研究认为，氮、磷和硅等营养盐比率甚至可以对浮游藻类的组成和数量产生影响39 43，如从以硅藻为主向鞭毛藻类(主要是甲藻)演化44 自1992 年汉江武汉段发生“水华”以来，其藻类优势种以硅藻为主12，16 硅藻的过量繁殖(暴发)虽然会给供水带来损害，但其在淡水中即使发生水华也很少产生毒素16，45，危害总体可控 武汉汉江水源地营养盐浓度随时间的演变趋势表明，水源地中氮和磷等营养盐浓度及 N/P 正发生变化;实测结果也证明了这种变化(图 5)，2004 2016 年 N/P 稳中趋降，但自 2016 年以来该值又快速波动上升趋势，年均值从约 16 上升至 27.2 这种变化非常值得关注，尤其是在河口这种敏感水域，其可能会导致水体中藻类优势种群及密度的重大改变 如何防范藻类优势种向对供水危害更大的方向演化应引起重视3展望近年来，武汉汉江水源地水体中部分污染因子呈现出积极变化，但所在水域“水华”发生频次并无9202环境科学44 卷明显降低，影响程度还有所增强，尤其是2018 年“水华”，其持续时间和影响范围远超过往，最终通过丹江口及下游相关水库持续联合调度得以化解 结合本文分析，未来要化解武汉汉江水源地存在的风险，一是需要协调丹江口水库以下汉江沿线相关城市开展入河污染物溯源调查，并大力开展截污减排工作，减少污染物汇入;二是积极通过新技术应用(如遥感)强化武汉汉江水源地富营养化监测并开展相关水域“水华”发生机制及预测和处置措施研究;三是在上游大规模调水的背景下，通过调度或工程措施确保河道具有足够的流量(使水体具有一定流速)4结论(1)武汉汉江水源地水体水质基本可满足国家设立的重要水功能区水质管理要求，但与武汉市城市集中式地表水饮用水水源一级保护区管理要求存在一定差距，尤其是总磷存在较大超标风险;各水厂水源地水体中污染因子间具有较好的同源性，且水质参数随时空变化趋势存在一定差异，说明水源地水质主要取决于上游来水，研究河段内个别污染物也可能存在一定输入(2)武汉汉江水源地水体总体处于中营养至轻度富营养状态，极个别时段可能会出现中度富营养的状况，未出现重度富营养情况 2004 年至今，营养指数呈先升后降趋势，当前水体营养状态趋好趋势各水厂水源地水体中藻类生长基本不受氮、磷和硅浓度限制，在不考虑其他因素的情况下，水温适宜时暴发硅藻“水华”的风险较高;水体中 N/P 在 2016年前变化不大，2016 年后升高明显，其可能会导致水体中藻类优势种群及密度的重大改变，给供水造成风险，应引起重点关注参考文献:1 中国河湖大典 编纂委员会 中国河湖大典M 北京:中国水利水电出版社，20102水利部水资源司，水利部水利水电规划设计总院 全国重要江河湖泊水功能区划手册M 北京:中国水利水电出版社，20133中华人民共和国水利部 全国重要饮用水水源地名录(2016年)北京:中华人民共和国水利部，20164长江流域水环境监测中心 武汉市饮用水水源地水质状况年度报告(2004 2021 年)武汉:武汉市水务局，2004-20215武汉市人民政府 武汉市城市集中式地表水饮用水水源保护区划分规定 20096张思慧，朱重宁 汉江水污染现状分析J 环境科学与技术，2000，(4):30-31，37Zhang S H，Zhu C N Pollution current situation analysis of HaniverJ Environmental Science Technology，2000，(4):30-31，377程兵芬，张远，夏瑞，等 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