瀛湖水质变化特征及富营养化控制研究.pdf

第42 卷第4期2023年8 月水环境四川环境SICHUAN ENVIRONMENTVol.42,No.4August 2023D0I:10.14034/ki.schj.2023.04.021瀛湖水质变化特征及富营养化控制研究豆艳霞，何云勇，冯莎（1.安康市环境保护监测站，陕西安康7 2 50 0 0；2.汉滨区环境监测站，陕西安康7 2 50 0 0）摘要：瀛湖作为南水北调中线工程丹江口水库的重要水源地，水环境质量状况日益受到各方关注。对近五年（2 0 16 2020年）瀛湖水质状况及富营养化现状进行综合评价，同时采样SPSS软件对2 0 2 0 年瀛湖36 6 组日均值水质监测数据统计分析，结果表明：近五年（2 0 16 2 0 2 0 年）瀛湖均处于中营养化水平；在气温回升的3月份，瀛湖pH值和溶解氧出现全年最大值，在气温最高的8、9 月份水温、浊度、总磷、叶绿素和藻密度浓度为全年最高，水体电导率、总氮浓度为全年最低；总氮和藻密度呈显著负相关，总磷和藻密度呈显著正相关。分析表明磷是瀛湖藻类生长的限制性营养盐，瀛湖富营养化控制应以集中控磷为主。为瀛湖水体富营养化控制和水环境治理提供了科学依据。关键词：瀛湖；水质变化；富营养化；外源磷输入；内源磷释放中图分类号：X824(1.Environmental Monitoring Station of Ankang,Ankang,Shanxi 725000,China;2.Hanbin Environmental Monitoring Station of Ankang,Ankang,Shaanxi 725000,China)Abstract:As an important water resource of Danjangkou Reservoir,part of the middle route of the south-north water diversionproject,water envirionment of YingHu lake has been paid more and more attention in recent years.The water quality andeutrophication status of Yinghu Lake in recent five years（2 0 16 2 0 2 0)w e r e c o mp r e h e n s i v e l y e v a l u a t e d,a n d SPSS s o f t w a r ewere applied to analyze the water quality variation based on 366 sets of data.The results showed that the YingHu lake was at themedium trophic levelin the year of 2016 2020,and the maximum monthly mean of pH and DO was appeared in Mar.when thetemperature rises,the maximum monthly mean of water temperature,turbidity,TP,Chl-a and algal density was appeared inAug.and Sep.when the highest temperature appeared,while the monthly mean of water conductivity and TN was the lowest ofthe whole year.Algae density exhibited apparent positive correlation with TP while negative correlation with TN.Phosphorus isone of the major limiting factors for algae growth in YingHu Lake,and the eutrophication control of Yinghu Lake should be focused onphosphorus.This study provides scientific basis for eutrophication control and water environment management of YingHu Lake.Keywords:YingHu Lake;water quality variation;eutrophication;external P pollution;endogenous P plution文献标识码：AStudy on Variation Characteristics of Water Quality andEutrophication Control Strategies in YingHu LakeDOU Yan-xia,HE Yun-yong,FENG Sha?文章编号：10 0 1-36 44(2 0 2 3)0 4-0 150-0 6前言陕西省瀛湖是南水北调中线工程丹江口水库的重要水源地和水源涵养区，承担着丹江口水库60%的供水量，是丹江口水库污染控制的最重要区域。随着社会经济的发展，瀛湖生境面临人为活动收稿日期：2 0 2 2-0 6-0 7作者简介：豆艳霞（19 9 1），女，甘肃庆阳人,2 0 15年毕业于西安建筑科技大学环境科学与工程专业，硕士研究生，工程师，现从事环境监测与分析。频繁和经济快速发展的双重压力，有关研究显示，近年来瀛湖水环境问题日益突出，水体营养物质含量较高，存在富营养化风险 1-2 。水体富营养化易导致藻类异常增殖，破坏水生态系统，影响自然景观，甚至危害人体健康，是当今世界面临的重大环4期境问题之一 3。本研究通过分析瀛湖水质基础数据，科学评价近五年瀛湖水体富营养化状况、分析瀛湖水质年际变化规律及富营养化控制，以期为瀛湖水环境质量管理提供参考依据，确保“一泓清水永续北上”。1材料与方法1.1研究区概括瀛湖位于陕西省安康市区西南15km处，是安康水电站大坝拦蓄汉江形成的西北五省最大人工湖库（地理位置见图1），始建于19 7 8 年，19 9 2 年全部建成，以发电、防洪功能为主。库区地形狭窄，河道弯曲，主要由汉江及岚河两条河谷形成，湖内有岛屿和半岛40 余处，沟湾10 0 余处，水面安康市Fig.1Geographic location of Ying LakeTab.1 Results of Water quality and eutrophication assessment in Ying Lake,2016 2020TN综合营养年份(mg/L)20160.75120171.2620181.2520191.1820201.29豆艳霞等：瀛湖水质变化特征及富营养化控制研究陕西省瀛湖图1瀛湖地理位置图表1瀛湖2 0 16 2 0 2 0 年水质状况及富营养化现状TPCODMn(mg/L)(mg/L)0.0212.40.0322.40.0202.30.0222.20.0211.7151回旋曲折，绵延百里，素有“陕西千岛湖”之称。瀛湖水域面积7 7.8 km，库容2 6 亿m，平均水深约50 m，最深处水深10 0 余m，库周长540 km。1.2数据来源本研究中水质年均值数据来源于“十三五”安康市生态环境质量报告书，水质日均值数据来源于安康瀛湖国控水质自动监测站及2 0 2 0 年度安康市生态环境质量报告书。1.3评价方法本研究中瀛湖水质状况按照地表水环境质量标准（GB3838-2002）和地表水环境质量评价办法（试行)的要求进行单因子评价 4-；瀛湖富营养化程度按照湖泊（水库）富营养化评价方法及分级技术规定采用综合营养状态指数法进行评价 6 2结果与讨论2.1近年瀛湖水质现状依据陕西省水功能区划要求，瀛湖水质目标为类。2 0 16 2 0 2 0 年瀛湖水质状况及富营养化现状详见表1。由表可知，2 0 16 2 0 2 0 年瀛湖总氮浓度变化范围为0.7 51 1.2 9 mg/L，为V类；总磷浓度变化范围为0.0 2 0 0.0 32 mg/L,2017年为类，其余年份均为类；高锰酸盐指数变化范围为1.7 2.4mg/L，稳定在类。2 0 162 0 2 0 年瀛湖均处于中营养状态。一般认为当水体中总氮、总磷浓度分别达到0.2 0 和0.0 2 mg/L以上时，水体存在富营养化风险 7 。结果表明，近年瀛湖水体存在藻类异常增殖的氮、磷营养盐基础。Chl-aSD(mg/L)(m)0.0200.930.0092.400.0072.500.0111.730.0171.71水质类别类类类类类营养状态状态指数44.343.738.941.041.3中营养中营养中营养中营养中营养2.2瀛湖水质周年变化2.2.1物理特征2020年瀛湖水温、pH值、溶解氧（DO）、电导率和浊度物理指标变化见表2。由表可知，瀛湖水温全年变化范围为11.0 30.8，最大月均值28.2出现在夏季8 月，最小月均值11.5出现在冬季2 月；水体pH值年变化范围为8 9，最大月均值出现在春季3、4月份；水体溶解氧年变化152范围为5.7 19.5mg/L，最大月均值15.1mg/L出现在春季3月；水体电导率年变化范围为135285s/cm，最大月均值2 7 9 s/cm出现在冬季1月，其次为2 7 5s/cm出现在冬季2 月，最小月均水温（)月份范围2020-0111.3 12.82020 0211.0 12.4 2020-0311.5 16.4 2020 0413.7 20.52020 0520.7 26.4 2020 0623.8 28.12020 0724.0 29.42020 0826.0 30.82020 0923.6 29.02020 1019.8 24.22020 1116.7 19.8 2020-1213.5 16.5 四川环境值19 1s/cm出现在夏季8 月；水体浊度年变化范围为1.7 45.3NTU，最大月均值19.1NTU出现在夏季8 月，最小月均值2.4NTU出现在冬季2 月。表2 瀛湖水体物理指标月变化Tab.2 The monthly variation of physical indexes in Ying LakepH值(无量纲)均值范围12.08811.58913.58916.78923.38925.98926.58928.28926.38921.48818.48815.08842卷DO(mg/L)电导率（s/cm)均值范围899.68.59.7 18.18.911.3 19.58.99.3 12.78.78.0 13.08.66.3 13.38.65.7 15.68.67.0 17.88.75.7 17.586.7 10.0 86.7 9.386.8 8.4 浊度(NTU)均值范围9.3271 28512.8253 28515.1222 27610.8246 28210.0227 28310.221928510.2186 25011.4144 22011.0135 2547.8244 2688.1246 2547.5247 258均值2792.8 4.72751.8 3.02485.6 7.52642.3 6.22633.514.42522.8 12.42184.3 13.01917.1 45.31862.4 19.82532.8 8.92511.7 17.52513.3 25.11范围均值3.92.46.54.17.56.58.019.111.24.77.413.9分析可知，瀛湖水温主要受气温变化而变化，pH值和溶解氧均在春季三月出现最大值，这与西湖的研究结果一致 ，主要是因为春季光照增加，气温回升，藻类光合作用增强，产生0，同时消耗水中的CO2，致使水中氢离子减少，pH值升高，随着气温的继续上升，呼吸作用也增强，pH值和溶解氧降低 。浊度代表水体中悬浮物颗粒物的高低，也与藻类生长有关。电导率一定程度上反应了水体中营养盐水平，一般受工业污染较少的淡水环境中，水体电导率越大，溶解性营养盐含量越高，藻类生长消耗水中溶解性营养盐，导致电导率降低 10 。由表2 可知，瀛湖水体浊度和电导率呈现出相反的变化规律，浊度最大值和电导率最小值均出现在气温最高的8 月，与夏季藻类大量生长有关。2.2.2化学特征2020年瀛湖总氮、总磷日均值变化如图2 所示。由图2 可知，瀛湖总氮浓度在一定范围内波动，无明显变化规律，总氮日均值变化范围为0.562.41mg/L，年均值1.2 9 mg/L，日均值超标率10 0%，地表水环境质量标准(GB3838-2002）表1中规定总氮（湖、库，以N计）的类标准限值为0.5mg/L，全年中1月总氮浓度最高为1.48 mg/L，9 月最低为0.8 56 mg/L，7 月、8 月中旬出现两次极值，分别为1.6 6 和2.41mg/L。瀛湖总磷日均值变化范围为0.0 0 5 0.0 58 mg/L，年均值0.0 2 1mg/L，日均值超标率36%，地表水环境质量标准（GB38382 0 0 2）表1中规定总磷（湖、库，以P计）的类标准限值为0.0 2 5mg/L，瀛湖总磷浓度在4月份为最低（0.0 0 9 mg/L），随后逐步上升至8 月出现最高浓度（0.0 33mg/L）60.06TN一TP54(T/eu)NL32100年22020图2 总氮、总磷日均值变化图Fig.2 Diurnal variation of total nitrogen andtotal phosphorus in YingHu Lake0.050.04(T/eu)dL0.030.020.0120202020年12 月。4期后，总体呈下降趋势。可能是随着春季气温回升，藻类活动增强 1，开始大量消耗水中磷营养盐，4月份出现最低值，随后随着气温不断上升，藻类大量生长代谢，水体底部营养盐释放，水中总磷浓度增加。与总氮相似，总磷也在7 月、8 月中旬同时段出现两次极值，分别为0.0 32 和0.0 58 mg/L。2.2.3生物特征瀛湖叶绿素a、藻密度日均值变化如图3所示。由图可知，瀛湖叶绿素a日均值变化范围为0.318.7g/L，年均值4.3g/L，8 月、9 月叶绿素a浓度最高，分别为8.5和6.8 g/L，1月叶绿素a浓度最低为0.4g/L。依据相关研究 12 ：叶绿素a 浓度小于2.5g/L为贫营养，2.5 7.5g/L为中营养，7.5 2 5g/L为富营养，大于2 5g/L为过营养，从叶绿素a含量评价瀛湖为中营养。瀛湖藻密度日均值变化范围为1.110 9.110 个/L，年均值3.2 10 个/L，8 月、9 月藻密度较高，分别为5.110 和5.310 个/L，12 月、1月藻密度较低，分别为1.310 和1.410 个/L。根据相关营养分级 13：水体中的藻类细胞密度小于110 个/L为贫营养型水体，（1 9）10 个/L为贫中营养型水体，（10 40）10 个/L为中营养型水体，（41 8 0）10 个/L为中富营养型水体，（8 19 9）10 个/L为富营养型水体，从藻类数量上评价瀛湖为贫中营养水体。由图3可见，叶绿素a和藻密度显呈现出相同的变化规律，因为叶绿素a是藻细胞的重要组成部分，其含量的高低与藻类的种类、数量等密切相关 14，有大量研究，利用二者之间的强相关性，拟合得出回归方程 15-16 0.030-Cla-4-algal density0.025F0.020F(/e)eD0.015F0.0100.005年图3叶绿素a、藻密度日均值变化图Fig.3 Diurnal variation of chlorophyll-aand algal density in YingHu Lake豆艳霞等：瀛湖水质变化特征及富营养化控制研究2.2.4相关性分析选取总磷、总氮和藻密度共36 6 组日均值数据做相关性分析，总氮和藻密度相关性如图4所示，总磷和藻密度相关性如图5所示。由图可知，瀛湖总氮与藻密度日变化呈显著负相关（r=0.6 2 0，P0.01)，这与其他湖泊研究结果一致 17-18 ，产生该结果的原因可能有两方面，一是随着藻类大量增长，消耗水体中氮营养盐，使得总氮浓度降低，表现为藻类数量与总氮浓度的负相关性；二是一定浓度范围内藻类的生长繁殖会受到氮浓度的影响。瀛湖总磷与藻密度日变化呈显著正相关（r=0.143，P 0.0 1），藻密度随总磷的增加而增加，表明水体磷负荷显著影响藻类的生长，与大部分湖库一致 19-2 1，总磷是瀛湖水体营养化水平升高和藻类生长的限制营养盐。1.01078.0 x10%(T/s11)Aaisuop e8e6.0 x1064.010%2.01000图4清瀛湖总氮和藻密度相关性关系图Fig.4 Relationships between annual variationof total nitrogen and algal density1.01071.01078.010%(T/se0)aisuep eae8.01066.010614.01062.0 x10%153r=-0.620(P0.01)0.51.0TN(mg/L)6.010%4.010%2.010%00图5瀛湖总磷和藻密度相关性关系图Fig.5Relationships between annual variationof total phosphorus and algal density2.3瀛湖富营养化控制通过对瀛湖水质年际变化特征及因子相关性分1.50.010.02TP(mg/L)2.0r=0.143(P0.01)0.030.042.50.053.00.06154析，结合王洪铸等人 2 2 1 的相关研究，认为瀛湖富营养化污染源控制应以“集中控磷”为主。其中磷污染源分为来自流域的外源输入以及来自沉积物的内源释放。2.3.1外源磷输入王彤等人 2 研究表明上游汉江流域是瀛湖总磷污染物的主要来源。2 0 2 0 年瀛湖入库水量18 2.1亿，位于瀛湖上游的石泉水库年均出库水量99.99亿m，占瀛湖入库水量的54.9%，此外在石泉水库和瀛湖之间，汇人汉江的较大支流有池河、任河、岚河，其多年平均径流量为3.6、31.3和12.4亿m，分别占瀛湖人库水量的1.9%、17.2%和6.8%。数据显示，2 0 2 0 年石泉水库、池河、任河和岚河的总磷年均浓度分别为0.0 33、0.046、0.0 2 7 和0.0 30 mg/L，均超过瀛湖总磷年均值（0.0 2 1mg/L）。瀛湖及上游汉江流域外源磷污染应从完善雨污收集管网、提升污水处理水平、加强农业面源污染管理等方面进行控制。2.3.2内源磷释放沉积物作为水体主要内源污染源，其中的有机物矿化会向水体释放大量磷，成为湖库富营养化的驱动因子 2 3-2 4。过去十余年瀛湖库区大力发展渔业，库区养殖网箱数目巨大。王等 2 5 研究表明网箱养殖的残饵是鄱阳湖网箱养殖区沉积物有机质的主要来源。2 0 18 年瀛湖库区全面取缔网箱养殖，但网箱养殖产生的养殖废物对瀛湖沉积物及水环境的影响是个长久的过程，并不会因为网箱养殖的停止而立即消失，残留在沉积物中的养殖废物仍会不断地释放到水环境中。Wang 等 2 6 对重庆长寿湖的研究表明，由于网箱养殖期间沉积于湖底的鱼饲料及养殖废物的再释放，使得取缔网箱养殖十多年后的长寿湖仍处于中富营养状态。目前内源污染控制常见的有清淤法和钝化法。钝化法是用固磷剂沉淀固定沉积物中的磷，传统的固磷剂是铝、铁和钙的化合物，该方法在欧美得到广泛应用，但可能造成二次污染 2 7 。清淤法主要有机械清淤和水力清淤两种方式 2 8 ，若淤积致水太浅、沉积物含难降解毒物，则清淤是必需的，但若以移除磷为目的，则成本比钝化法高出好多倍。3 结 论（1）近五年（2 0 16 2 0 2 0 年）瀛湖均处于中营养化水平，总氮浓度为V 类，总磷浓度为类。四川环境（2）瀛湖2 0 2 0 年总氮日均值变化范围为0.562.41mg/L，超标率10 0%，总磷日均值变化范围为0.0 0 5 0.0 58 mg/L，超标率36%。在气温回升的3月份，瀛湖pH值和溶解氧出现全年最大值。在气温最高的8、9 月份瀛湖水温、浊度、总磷、叶绿素和藻密度浓度为全年最高，水体电导率、总氮浓度为全年最低。（3）瀛湖总磷和藻密度呈正相关，总氮和藻密度呈显著负相关，磷是瀛湖藻类生长的限制性营养盐。瀛湖富营养化污染源控制应以“集中控磷”为主，表现为控制外源磷输人和内源磷释放。（4）本研究进一步表明近年瀛湖处于较高氮磷水平，存在富营养化风险，应引起管理部门重视。且磷是瀛湖限制因子，集中控磷就会控制瀛湖富营养化的发展，从而防止水质进一步恶化，这为后续瀛湖的生态环境保护决策部署提供了方向。参考文献：1李英杰,王亚萍,孙长顺,等。瀛湖水环境问题调查研究 J.中国农村水利水电，2 0 15，（1）：12 0-12 2.【2 王彤,张玲，李英杰,等陕西瀛湖富营养化特征与控制对策 J.水生态学杂志，2 0 17，38（5）：2 9-34.3马经安，李红清浅谈国内外江河湖库水体富营养化状况J.长江流域资源与环境，2 0 0 2，（6）：57 5-57 8.4环境保护部办公厅地表水环境质量评价办法（试行)【R.北京：环境保护部，2 0 11.5GB3838-2002，地表水环境质量标准 S.6中国环境监测总站湖泊（水库）富营养化评价及分级技术规定 R北京：中国环境监测总站，2 0 0 1.7金相灿，等中国湖泊富营养化调查M.北京：中国环境科学出版社,19 9 0:6 8-7 0.8毛成责，余雪芳，邵晓阳.杭州西湖总氮、总磷周年变化与水体富营养化研究 J.水生态学杂志，2 0 10,31（4)：1-7.9周群英，高廷耀环境工程微生物学M北京：高等教育出版社,2 0 0 4.10王斌,马健,王银亚,等.天山天池夏季叶绿素a的分布及富营养化特征研究J.环境科学，2 0 15,36（7）：2 46 5-2471.11张凯，杨永安，唐红军，等.遂宁市观音湖早春富营养化现状及原因分析 J.四川环境，2 0 17,36（2）：6 2-6 7.12Ghaffar A,Ghosh S,Li F,et al.Effect of biochar aging on surfacecharacteristics and adsorption behavior of dialkyl phthalatesJ.Environmental Pollution,2015,206:502-509.13况琪军，马沛明，胡征宇，等湖泊富营养化的藻类生物学评价与治理研究进展 J.安全与环境学报，2 0 0 5，5（2）：8 7-91.14金相灿中国湖泊环境M北京：海洋出版社，19 9 5.15于海燕，周斌，胡尊英，等.生物监测中叶绿素a浓度与藻42卷4期类密度的关联性研究 J.中国环境监测，2 0 0 9,2 5（6）：40-43.16刘波，崔莉凤,刘载文.北京市城区地表水体叶绿素a与藻密度相关性研究 J.环境科学与技术,2 0 0 8，（8）：2 9-33.17 青海湖氮素分布特征及其对藻类生长的影响 J.安全与环境学报,2 0 12,12(2):119-12 3.18 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