蘇彩霞，曹文志，李 穎，王飛飛，萬(wàn)顯會(huì)

(廈門大學(xué)近海海洋環(huán)境科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，環(huán)境科學(xué)研究中心，福建 廈門 361005)

河流筑壩蓄水后，改變河流水動(dòng)力條件，引起一系列復(fù)雜的連鎖反應(yīng)，影響生源要素的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程，也改變了有機(jī)物、溶解氧和營(yíng)養(yǎng)鹽的通量［1］。九龍江是我國(guó)南方亞熱帶氣候丘陵農(nóng)業(yè)溪流，位于福建省的西南部，由北溪、西溪和南溪組成。北溪水力資源蘊(yùn)藏量十分豐富，現(xiàn)已建中小型水電站達(dá)490多座［2］，溪流“湖庫(kù)化”嚴(yán)重，導(dǎo)致污染物通量的變化以及部分河段的污染［3～5］，2009年爆發(fā)了3次水華事件。Li等［1］指出該河段筑壩對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽組成具有不可忽略的影響。

本文以九龍江北溪為研究系統(tǒng)，分析系統(tǒng)徑流量及營(yíng)養(yǎng)鹽氨氮 (NH4－N)和總磷 (TP)分布特征，估算系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)鹽輸送通量，探討水電站對(duì)河流系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)鹽滯留效應(yīng)的影響。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域

九龍江流域位于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)。流域內(nèi)多年平均氣溫19.9～21.1℃，多年平均降水量1400～1800mm。降雨主要集中在4～9月，降雨量約占全年的75%。本研究選取北溪中游河段，該河段從上游到下游共建設(shè)了7個(gè)水電站:華口水電站、小杞水電站、西陂水電站、綿良水電站、華安水電站 (含擴(kuò)機(jī))、天宮水電站和利水水電站，均為日調(diào)節(jié)型水庫(kù)。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

于庫(kù)區(qū)河段設(shè)置4個(gè)采樣點(diǎn) (見(jiàn)圖1)，分別為S1(蘆仔)、S2(華寮)、S3(西陂)、S4(浦南);采樣時(shí)間為2007年，監(jiān)測(cè)頻率為每2個(gè)月1次，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為流量、氨氮 (NH4－N)和總磷(TP)，監(jiān)測(cè)方法采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法。污染源數(shù)據(jù)來(lái)自2007年污染源調(diào)查數(shù)據(jù)。

圖1 采樣點(diǎn)示意圖

2.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)徑流量大小將各水質(zhì)指標(biāo)按豐水期 (5～9月)、枯水期 (1～11月)進(jìn)行分類。各個(gè)點(diǎn)位和支流的NH4－N、TP通量 (M)采用逐月通量(月均濃度×月徑流量)累加法計(jì)算年通量 (t/a)。

營(yíng)養(yǎng)鹽年滯留量計(jì)算方法如下:

Mret:年滯留量 (t/a);RED:滯留率 (%);Min:該庫(kù)區(qū)輸入總量 (t/a)，包括系統(tǒng)上游輸入量、支流輸入量和干流污染源負(fù)荷 (庫(kù)區(qū)河段主干流匯水區(qū)的污染源輸入);Mout:該庫(kù)區(qū)下游輸出量 (t/a)。

3 結(jié)果與討論

3.1 流量、NH4－N和TP分布特征

流量分布特征:庫(kù)區(qū)輸入 (S1)與輸出 (S4)月均徑流量變化見(jiàn)圖2。2007年庫(kù)區(qū)輸出徑流量大于輸入徑流量，且存在明顯的季節(jié)變化規(guī)律。庫(kù)區(qū)上游年均徑流量為115m3/s，下游年均徑流量為212m3/s。系統(tǒng)流量輸出大于輸入，但二者變化趨勢(shì)基本一致。徑流量年內(nèi)豐水期高、枯水期低的分布特征明顯，豐水期 (4～9月)平均流量為枯水期流量的2～3倍。

圖2 2007年各采樣點(diǎn)位流量變化

營(yíng)養(yǎng)鹽分布特征:監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，除S1斷面的TP外，庫(kù)區(qū)水體水質(zhì)指標(biāo)濃度呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。庫(kù)區(qū)上游水體 (S1、S2)NH4－N和TP的濃度高于下游輸出水體 (S3、S4) (圖3)，庫(kù)區(qū)系統(tǒng)內(nèi)變化較小。

3.2 營(yíng)養(yǎng)鹽通量和滯留效應(yīng)

受徑流量影響，各采樣點(diǎn)的通量也表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性。各采樣點(diǎn)NH4－N、TP豐水期通量均占到全年57%以上 (表1)。由于庫(kù)區(qū)系統(tǒng)NH4－N的輸出濃度顯著小于輸入濃度，NH4－N輸出量小于輸入量，表現(xiàn)為正的通量差。庫(kù)區(qū)對(duì)TP的輸送通量表現(xiàn)出增加趨勢(shì)。

圖3 2007年各采樣點(diǎn)NH4－N和TP監(jiān)測(cè)結(jié)果

通過(guò)污染源分析發(fā)現(xiàn)，S1和S2之間有大量污染源輸入，占系統(tǒng)污染源總負(fù)荷的65%以上，這也解釋了S2的NH4－N和TP濃度高于S1的現(xiàn)象。為減少污染源負(fù)荷估算對(duì)庫(kù)區(qū)系統(tǒng)滯留效應(yīng)估算造成的誤差，采用S2為庫(kù)區(qū)系統(tǒng)的通量輸入起點(diǎn)。

表1 2007年各采樣點(diǎn)NH4－N和TP通量

2007年，庫(kù)區(qū)系統(tǒng)NH4－N和TP的的滯留效應(yīng)表現(xiàn)出不同的趨勢(shì) (表3)。NH4－N表現(xiàn)為正的滯留效應(yīng)，氨氮滯留量達(dá)1155 t/a，滯留率為32%。TP的滯留效應(yīng)為負(fù)值，為－10%，系統(tǒng)對(duì)外輸出營(yíng)養(yǎng)鹽，年輸出量67t/a。

表2 2007年河段NH4－N和TP的滯留量及效應(yīng)

3.3 滯留效應(yīng)討論

九龍江北溪庫(kù)區(qū)河段2007年對(duì)氨氮表現(xiàn)為正滯留效應(yīng)，說(shuō)明在該庫(kù)區(qū)河段中氨氮發(fā)生了轉(zhuǎn)換。NH4－N是氮的還原態(tài)，在水體中易于轉(zhuǎn)化，輸入河流中可被藻類的光合作用和異養(yǎng)生物吸收或被沉積物吸附，也可被硝化作用消耗。

大量研究結(jié)果顯示，顆粒磷是水體磷的主要存在形式，水流變緩將加速顆粒磷的沉積作用，水庫(kù)對(duì)磷具有較高的滯留效率［1，6～8］。北溪庫(kù)區(qū)系統(tǒng)中對(duì)TP則表現(xiàn)為外輸出效應(yīng)。胡春華等［8］指出可能是與外源輸入、低水位時(shí)內(nèi)源釋放作用及水庫(kù)運(yùn)行方式有關(guān)。本研究中的水庫(kù)運(yùn)行方式為日調(diào)節(jié)，該河段的徑流量仍較大，未出現(xiàn)明顯的磷沉降。同時(shí)，Li等［1］研究中發(fā)現(xiàn)九龍江筑壩蓄水改變了河流內(nèi)部的營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)，水體氮磷比值低，可能加速了沉積物磷的釋放速率，導(dǎo)致沉積物向水體釋放大量的磷。庫(kù)區(qū)系統(tǒng)對(duì)外輸出的總磷可能來(lái)源于系統(tǒng)底部沉積物的磷釋放。

［1］ Li，Y．，Cao，W．Z．，Su，C．X．，et al．Nutrient sources and composition of recent algal blooms and eutrophication in the northern Jiulong Rive，Southeast China ［J］．Marine Pollution Bulletin，2011，63:249－254．

［2］福建省水利廳．福建省九龍江流域綜合規(guī)劃修編報(bào)告［R］．2006．

［3］ Cao，W．Z．，Wong，M．H．Current status of coastal zone issues and management in China:A review ［J］．Environment International，2007，33:985 －992．

［4］ Cao，W．Z．，Zhu，H．，Chen，S．Impacts of urbanization on topsoil nutrent balances－a case study at a provincial scale from Fujian，China［J］．CATENA，2007，69:36－34．

［5］ Cao，W．Z．，Hong，H．S．，Yue，S．Modelling agricultural nitrogen contributions to the Jiulong River estuary and coastal Rive［J］ r．Global and Planetary Change，2005，47:111 －121．．

［6］ Bosch，N．S．，Allan，J．D．The influence of impoundments on nutrient budgets in two catchments of Southeastern Michigan ［J］．Biogeochemistry，2008，81:325－338．

［7］冉祥濱，于志剛，姚慶禎，等．水庫(kù)對(duì)河流營(yíng)養(yǎng)鹽滯留效應(yīng)研究進(jìn)展 ［J］．湖泊科學(xué)，2009，21(5):614－622．

［8］胡春華，周文斌，鐘夏蓮，等．江西省萬(wàn)安水庫(kù)對(duì)氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的滯留效應(yīng) ［J］．湖泊科學(xué)，2011，23(1):35－59．