(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

劉大水庫位于普蘭店市的西北部，是普蘭店市主要的供水水源，同時擔(dān)負(fù)著大連市城市事故供水的備用水源任務(wù)，并擔(dān)負(fù)著瓦房店市部分工業(yè)與居民生活用水的任務(wù)。隨著水庫流域工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，進(jìn)入水庫水域的總磷污染物逐年增加，總磷是水體富含有機(jī)質(zhì)的指標(biāo)之一，磷含量過多會引起藻類植物的過度生長、水體富營養(yǎng)化，發(fā)生水華或赤潮，打亂水體的平衡。劉大水庫庫區(qū)總磷含量在2015年8—12月出現(xiàn)了明顯的異常波動和嚴(yán)重超標(biāo)現(xiàn)象，按地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中湖庫總磷標(biāo)準(zhǔn)評價已達(dá)Ⅴ類或劣Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，說明劉大水庫已呈現(xiàn)出總磷污染，容易出現(xiàn)富營養(yǎng)化。水庫暴發(fā)大規(guī)模的藍(lán)藻水華現(xiàn)象，會給城市的生產(chǎn)、生活用水造成較大影響，湖泊一旦發(fā)生富營養(yǎng)化，需要幾十年的控制才能恢復(fù)到較低的營養(yǎng)鹽水平。

1 水庫概況

劉大水庫流域?qū)偾缴矫}東側(cè)，是遼南暴雨區(qū)之一，洪水陡漲陡落，峰高量大，洪量較集中。水庫上游有入庫河流一條，為大沙河干流。劉大水庫壩址以上集雨面積278.3km2，河道長度33.96km，河道平均比降2.73‰。水庫死庫容480萬m3，正常水位88.25m，正常庫容6700萬m3，總庫容1.89億m3，屬大(2)型水庫。

2 水庫近年來水質(zhì)綜合評價

根據(jù)2016年水庫水質(zhì)監(jiān)測資料，劉大水庫依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)評價結(jié)果為Ⅱ類水質(zhì)類別，選取2016年監(jiān)測數(shù)據(jù)葉綠素a(chla)、總磷(TP)、總氮(TN)、透明度(SD)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)作為富營養(yǎng)化狀況評價指標(biāo)，評價結(jié)果見表1。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式如下：

TLI(∑)=∑Wj·TLI(j)

(1)

式中，Wj采用中國湖泊(水庫)的chla與其他參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。

表1 劉大水庫近三年富營養(yǎng)化綜合營養(yǎng)指數(shù)評價結(jié)果

采用湖泊(水庫)營養(yǎng)狀態(tài)分級對劉大水庫近3年綜合營養(yǎng)狀態(tài)情況進(jìn)行評價，劉大水庫一直處于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)。

依據(jù)2015—2017年水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果分析，劉大水庫水體總磷含量多數(shù)月份低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中按湖庫計(jì)的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，僅部分時段水體中的總磷含量超過國家對集中式生活飲用水地表水源地中總磷的含量要求(0.05mg/L)，見圖1。但在2015年8—12月出現(xiàn)了明顯的異常波動和嚴(yán)重超標(biāo)現(xiàn)象，8—12月5個月的總磷含量分別為0.37mg/L、0.12mg/L、0.22mg/L、0.15mg/L、0.35mg/L，按地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中湖庫標(biāo)準(zhǔn)評價已達(dá)Ⅴ類或劣Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)出現(xiàn)總磷污染，導(dǎo)致水庫容易出現(xiàn)富營養(yǎng)化。

圖1 2015—2017年劉大水庫總磷含量過程

對劉大水庫2015年5—10月各月富營養(yǎng)化程度進(jìn)行綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價，從圖2中可以看出劉大水庫在8月、10月富營養(yǎng)化程度處于“輕度富營養(yǎng)”狀態(tài)，其他時間均為“中營養(yǎng)”，營養(yǎng)指數(shù)峰值出現(xiàn)在10月。

圖2 2015年劉大水庫綜合營養(yǎng)狀態(tài)趨勢

初步分析認(rèn)為，劉大水庫總磷超標(biāo)問題主要與降雨徑流沖刷和水庫低水位運(yùn)行底泥沉積物的污染釋放影響有關(guān)，具體原因?qū)⑦M(jìn)一步探究。

3 總磷來源與影響因素分析

3.1 外源污染

通過對劉大水庫的調(diào)查結(jié)果可知，劉大水庫流域內(nèi)第二產(chǎn)業(yè)很少，沒有規(guī)模性工業(yè)污水排放點(diǎn)的存在，就2015—2017年流域外源污染負(fù)荷對劉大水庫總磷的影響機(jī)理進(jìn)行分析，水庫上游河道與庫區(qū)內(nèi)磷含量對比結(jié)果表明:外源污染負(fù)荷總磷進(jìn)入水庫后不斷遷移擴(kuò)散導(dǎo)致水庫總磷濃度增加，說明水庫總磷水質(zhì)濃度超標(biāo)月份主要由外源污染所致。

采用近年來水庫監(jiān)測資料，對劉大水庫入庫流量、入庫總磷濃度、庫區(qū)總磷濃度及湖庫地表水評價水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耦合，繪制劉大水庫入庫與水庫庫區(qū)總磷含量對比圖(圖3)。從圖3中可以看出，水庫和上游河道總磷水質(zhì)濃度基本成正比關(guān)系，2015年汛期來水集中，總量大，8—12月總磷超標(biāo)原因很可能是受到降雨徑流輸入影響，入庫徑流攜帶的污染物逐漸運(yùn)動至壩前，導(dǎo)致短期的總磷含量超標(biāo)，此后，隨著污染物的沉積，水體總磷含量趨于正常。而汛期來水量大的2016年8月和9月，庫區(qū)中總磷含量同樣出現(xiàn)了超標(biāo)現(xiàn)象。

圖3 2015—2017年劉大水庫入庫與庫區(qū)總磷含量對比

3.2 水庫低水位運(yùn)行沉積物的污染釋放

從監(jiān)測結(jié)果中可以看出水庫庫區(qū)總磷水質(zhì)濃度部分月份高于上游河道總磷水質(zhì)濃度，說明外源污染負(fù)荷不是影響水庫總磷的唯一因素。作為河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，底泥不僅是河流營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)的中心環(huán)節(jié)，也是污染物質(zhì)的主要聚集庫，底泥不僅可以直接反映水體的污染歷史，而且在一定條件下可向上覆水體釋放各種污染物，是影響河流水質(zhì)的重要二次污染源。劉大水庫常年運(yùn)行蓄積了大量的污染物，分析認(rèn)為庫底多年蓄積的底泥沉積物是導(dǎo)致總磷超標(biāo)的另一主要原因。

從2014年以來普蘭店地區(qū)降雨量減少，劉大水庫蓄水量呈下降趨勢，呈低水位運(yùn)行狀態(tài)，見圖4，上覆水較淺促使底部沉積物污染釋放的總磷，更容易進(jìn)入表層。

圖4 2015—2017年水庫蓄水量線

底泥污染物向上覆水體釋放擴(kuò)散是一個復(fù)雜的過程。但究其釋放機(jī)理，主要表現(xiàn)為兩種釋放擴(kuò)散類型：底泥泥水界面釋放擴(kuò)散和底泥污染物起動懸浮釋放擴(kuò)散。前者釋放時間長，對上覆水體水質(zhì)影響深遠(yuǎn)，后者受上覆水體水力條件變化影響，對水質(zhì)短時間內(nèi)的變化影響較大。李彬[7]在底泥污染物向上覆水體釋放擴(kuò)散的水動力學(xué)研究中，通過底泥污染物向上覆水體釋放的水槽模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果比較，分析得到了底泥污染物向上覆水體釋放擴(kuò)散的規(guī)律，即其上覆水體的水動力特性對底泥污染物的釋放有很大影響。在水深大、水流流速小的情況下，其底泥不易泛起，此時底泥污染物的釋放較少。當(dāng)水位降低、水流流速增大時，底泥懸浮于上覆水體中，底泥污染物釋放增大，對水質(zhì)影響很大。

對比劉大水庫庫區(qū)近年來水位和總磷變化情況(見圖5)可以看出，當(dāng)庫區(qū)水位持續(xù)下降，總磷濃度會出現(xiàn)反向增長現(xiàn)象。分析可以得出：在低流速情況下，底泥污染物緩慢釋放增長，在一定時間積累后底泥污染物濃度會出現(xiàn)峰值，說明低水位對污染物釋放擴(kuò)散有一定影響。

圖5 2016—2017年水庫庫區(qū)總磷含量與水位關(guān)系線

篩選2015—2017年汛期雨季及非汛期降雨期庫區(qū)及上游河道總磷監(jiān)測數(shù)據(jù)，見表2，可以看出，汛期雨季初雨產(chǎn)生的地表徑流和農(nóng)田退澇排水對河道及庫區(qū)總磷污染影響較大；而非汛期雨季對河道總磷濃度貢獻(xiàn)較小，總磷濃度出現(xiàn)庫區(qū)高于入庫河流的情況，是因?yàn)樗唤档?，水流流速增大，底泥懸浮于上覆水體中，底泥污染物釋放增大。

表2 劉大水庫入庫流量與總磷濃度關(guān)系對比

通過表2數(shù)據(jù)分析和研究可以看出，水庫低水位運(yùn)行會加重水體中總磷濃度升高現(xiàn)象。

4 結(jié) 語

劉大水庫庫區(qū)總磷污染超標(biāo)主要為水庫上游入庫河流污染負(fù)荷入庫所致，外源面源污染為水庫庫區(qū)總磷污染主要來源，同時水庫庫底底泥沉積物是導(dǎo)致總磷超標(biāo)的次要原因。為保護(hù)水庫飲用水源地，劉大水庫的治理與保護(hù)需將外源污染控制和內(nèi)源治理相結(jié)合，針對以上問題，建議水庫庫區(qū)坡地、耕地退耕還林，采用種植物籬、預(yù)留植被緩沖帶等水土保持措施，鼓勵庫區(qū)上游農(nóng)民合理堆放和使用畜禽糞便，引導(dǎo)農(nóng)民科學(xué)施肥，加強(qiáng)庫尾人工濕地建設(shè)，加大湖域管理力度，實(shí)現(xiàn)水庫總磷優(yōu)化管理措施。