賀康康，王敬富，李玉麟，楊小紅，曾華獻(xiàn)，陳敬安

(1:貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽(yáng) 550025)(2:中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550081)(3:中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)(4:貴陽(yáng)市兩湖一庫(kù)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，貴陽(yáng) 551400)

長(zhǎng)久以來(lái)，飲用水源地的水質(zhì)安全防控是我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)關(guān)注的重點(diǎn)[1-4]. 由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)，我國(guó)城市面積不斷擴(kuò)大，嚴(yán)重威脅著地處城市邊緣的水源地水庫(kù)的環(huán)境質(zhì)量，造成諸多水庫(kù)出現(xiàn)嚴(yán)重的水質(zhì)安全事件[5-7]. 當(dāng)前，水體富營(yíng)養(yǎng)化是水源地水庫(kù)面臨的主要環(huán)境問(wèn)題，通常采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(trophic level index，TLI)進(jìn)行評(píng)價(jià)[8-11].

百花湖是中國(guó)西南地區(qū)貴州省貴陽(yáng)市重要的飲用水源地，年供水量超過(guò)2800萬(wàn)m3[12]. 自1990s起，百花湖水體發(fā)生了較為嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，水環(huán)境間歇性惡化，水質(zhì)安全備受關(guān)注[13-18]. 此間，眾多相關(guān)研究不斷出現(xiàn)，在沉積物、污染源、水體理化條件和生態(tài)群落(如浮游動(dòng)植物)等多方面調(diào)查和討論百花湖水質(zhì)變化的情況、影響因素和治理建議[11,17-19]. 目前，普遍認(rèn)為百花湖水質(zhì)異常有兩大主要原因[15,19-20]，即污染物的持續(xù)輸入(包括工農(nóng)業(yè)和生活污水等外源和沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽釋放的內(nèi)源)和特定的水文氣象條件(如溫躍層). 20世紀(jì)末至21世紀(jì)初的10年間，貴州省和貴陽(yáng)市針對(duì)“兩湖”(紅楓湖和百花湖)的污染問(wèn)題采取了一系列措施，使得百花湖的外源污染得到有效地控制[21]. 但是，此后百花湖水環(huán)境并未得到大幅改善，部分研究認(rèn)為這與沉積物的營(yíng)養(yǎng)鹽釋放和水體分層有很大關(guān)系[20,22-23]. 除對(duì)常規(guī)理化因子的分析外[24-26]，更多的研究轉(zhuǎn)而關(guān)注浮游生物[27-30]，夏品華等連續(xù)多年研究了百花湖浮游植物的群落結(jié)構(gòu)、空間分布、季節(jié)變化、污染指示種和影響因素，從多方面分析百花湖水環(huán)境變化與浮游生物演替的關(guān)系. 并且，多種方法被用于評(píng)價(jià)百花湖水質(zhì)[18,26,31-32]，包括卡爾森營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TSI)、后生浮游動(dòng)物生物多樣指數(shù)、貝葉斯方法和綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(TLI)等. 雖然評(píng)價(jià)方法不一，但綜合反映百花湖水質(zhì)整體向好.

然而，近年來(lái)在花橋等庫(kù)區(qū)經(jīng)常性地發(fā)生藻類水華(藍(lán)藻或硅藻)和水色異?，F(xiàn)象. 與此同時(shí)，為助推《貴陽(yáng)市城市總體規(guī)劃(2011-2020年)》(2017年修訂)，百花湖水庫(kù)周邊正在建設(shè)百花生態(tài)新城，規(guī)劃范圍約305 km2，預(yù)計(jì)人口逾90萬(wàn)，給百花湖水源地環(huán)境保護(hù)和用水安全帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[12]. 本研究通過(guò)收集近10年(2009-2018年)百花湖長(zhǎng)序列水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以水文年的平水期(1-4月)、豐水期(5-8月)和枯水期(9-12月)[19]為分段，并結(jié)合前人研究，分析百花湖庫(kù)區(qū)和主要支流水質(zhì)的年際變化特征，指明庫(kù)區(qū)水質(zhì)變化的關(guān)鍵控制因素，為百花湖水環(huán)境保護(hù)治理提供科學(xué)基礎(chǔ).

1 研究區(qū)概況

百花湖(26°35′～26°41′N, 106°27′～106°32′E)位于貴陽(yáng)市西北郊，距市區(qū)22 km. 喀斯特地貌發(fā)育，水文地質(zhì)條件復(fù)雜[33]. 百花湖處于烏江水系一級(jí)支流貓?zhí)?，是紅楓湖的下游水庫(kù)，兼有調(diào)洪、發(fā)電、供水和旅游等功能(圖1). 百花湖流域面積1895 km2，蓄水面積14.5 km2，總庫(kù)容1.82×108m3，平均水深13.0 m，壩高48.7 m，水體滯留時(shí)間為0.102年，水位海拔1188～1195 m[27]. 百花湖的主要水源是紅楓湖下泄水(貓?zhí)?以及長(zhǎng)沖河、東門橋河、麥西河和南門河等[24]，其水位的變化除河流的自然輸入外，還與上游紅楓湖發(fā)電情況以及百花湖發(fā)電情況等人工調(diào)蓄有關(guān).

圖1 百花湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

2 材料與方法

2.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與數(shù)據(jù)來(lái)源

水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)如圖1所示，包括5個(gè)庫(kù)區(qū)點(diǎn)位和多個(gè)支流的斷面. 其中，庫(kù)區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位包括花橋、巖腳寨、麥西河口、貴鋁泵房和大壩，支流斷面包括東門橋河、老順河、麥西河、南門河(板坡場(chǎng)溝)、長(zhǎng)沖河、鹽津河、干河和濫泥溝等. 主要的水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括pH、水溫、溶解氧(DO)、總磷(TP)、總氮(TN)、氨氮(NH3-N)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、透明度(SD)和葉綠素a(Chl.a)等. 監(jiān)測(cè)時(shí)段為2009-2018年，頻率為月度監(jiān)測(cè). 上述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由貴陽(yáng)市兩湖一庫(kù)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站提供.

水文氣象數(shù)據(jù)包括水位、氣溫、氣壓、濕度、降雨量、蒸發(fā)量、日照時(shí)數(shù)、云層覆蓋率、風(fēng)速和風(fēng)向等，時(shí)間分辨率為小時(shí)級(jí)，監(jiān)測(cè)時(shí)段為2010-2015年，數(shù)據(jù)由貴州省氣象局清鎮(zhèn)站提供. 表1匯總了百花湖監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相關(guān)信息.

表1 百花湖監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息

2.2 分析方法

依據(jù)《湖泊(水庫(kù))富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法及分級(jí)技術(shù)規(guī)定》(中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，總站生字[2001]090號(hào))，綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)中國(guó)湖泊(水庫(kù))的富營(yíng)養(yǎng)化狀況[10-11,34-35]. 綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI(∑))是以Chl.a為基準(zhǔn)參數(shù)，并輔以相關(guān)的TP、TN、SD和CODMn的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)[36]. 其計(jì)算公式為：

(1)

式中,Wj為第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重；TLI(j)代表第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù).

以Chl.a作為基準(zhǔn)參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計(jì)算公式為：

(2)

式中,rij表示第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)Chl.a的相關(guān)系數(shù)(表2).

表2 中國(guó)湖泊(水庫(kù))的Chl.a與其他參數(shù)的關(guān)系值

各營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI(j))計(jì)算公式(3)～(7)為：

TLI(Chl.a)=10×[2.5+1.086×ln (Chl.a)]

(3)

TLI(TP)=10×[9.436+1.642×ln (TP)]

(4)

TLI(TN)=10×[5.453+1.694×ln (TN)]

(5)

TLI(SD)=10×[5.118-1.94×ln (SD)]

(6)

TLI(CODMn)=10×[0.109+2.661×ln (CODMn)]

(7)

表3顯示了根據(jù)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)((0～100])劃分的湖泊(水庫(kù))營(yíng)養(yǎng)狀態(tài). 在同一營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下，數(shù)值越高，其營(yíng)養(yǎng)程度越重.

表3 湖泊(水庫(kù))營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)

本文數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)分析使用Microsoft Office Excel 2016(MS)，地圖獲取和繪制使用Google Earth Pro(Google Inc.)和ArcGIS 10.2(ESRI)，圖表繪制使用Origin 2018(OriginLab)和Microsoft Office Word 2016(MS)，數(shù)據(jù)相關(guān)性分析使用IBM SPSS Statistics 25(IBM)以及其他輔助工具.

3 結(jié)果

3.1 庫(kù)區(qū)和支流主要水質(zhì)指標(biāo)的時(shí)空變化

圖2顯示了百花湖主要水質(zhì)指標(biāo)在2009-2018年的年際年化. 10年間，庫(kù)區(qū)和支流的TP濃度變化范圍分別是0.034～0.115和0.034～0.231 mg/L，年內(nèi)高值多集中在枯水期. 圖2A顯示，庫(kù)區(qū)TP濃度變化總體穩(wěn)定；支流TP濃度變化幅度較大(最大極差達(dá)0.120 mg/L)，2010年突然增加后大幅下降，2012-2016年不斷上升，然后快速下降. 除2009和2011年外，其他時(shí)段的庫(kù)區(qū)TP濃度小于支流. 庫(kù)區(qū)和支流的TN濃度變化范圍分別是1.200～2.759和1.111～3.918 mg/L，多年高值以豐水期為主. 圖2B顯示，庫(kù)區(qū)TN濃度較為穩(wěn)定且整體在降低，變化幅度小于支流；支流TN總體波浪式上升，而且支流TN濃度大于庫(kù)區(qū)(2009年除外).

圖2 2009-2018年百花湖水質(zhì)指標(biāo)的年際變化

2009-2018年，庫(kù)區(qū)和支流的NH3-N濃度變化范圍分別是0.05～0.63和0.15～1.32 mg/L，年內(nèi)枯水期>豐水期>平水期. 10年間，庫(kù)區(qū)NH3-N濃度明顯降低，降幅達(dá)69.2%～81.0%；支流NH3-N濃度在2009-2011年波動(dòng)很大，2011年后穩(wěn)定下降(圖2C). 2011年后兩者的變化趨勢(shì)基本相同，庫(kù)區(qū)NH3-N濃度小于支流(2010年除外). 庫(kù)區(qū)和支流的CODMn濃度變化范圍分別是1.41～5.51和1.20～2.92 mg/L，多在豐水期出現(xiàn)高值. 10年間，庫(kù)區(qū)CODMn總體下降，但2016-2018年略有升高. 支流CODMn變化幅度很大，在2010年出現(xiàn)突增(4.14 mg/L)，隨后大幅下降. 在2016年又出現(xiàn)小幅升高后逐漸下降. 在趨勢(shì)上，2011年后的支流與庫(kù)區(qū)CODMn年際變化趨勢(shì)基本相同(圖2D)，并且支流CODMn濃度小于庫(kù)區(qū).

2009-2018年，庫(kù)區(qū)Chl.a濃度變化范圍是3.43～39.72 mg/m3，年內(nèi)豐水期(16.87 mg/m3)>枯水期(13.30 mg/m3)>平水期(9.79 mg/m3). 圖2E顯示，10年間庫(kù)區(qū)Chl.a濃度在2010年前上升，之后波動(dòng)下降. 2010和2011年出現(xiàn)高濃度(>20.00 mg/m3)，其他時(shí)段在較低濃度范圍(6.47～14.39 mg/m3). 庫(kù)區(qū)SD的變化范圍是0.75～2.07 m，2015年前不斷提高但在之后小幅下降，年內(nèi)變化趨勢(shì)表現(xiàn)為枯水期(1.55 m)>平水期(1.34 m)>豐水期(1.14 m)，與Chl.a呈相反的變化趨勢(shì)(圖2E).

圖3顯示了10年間庫(kù)區(qū)5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)空間變化. 各點(diǎn)位在水文年內(nèi)，TP、TN、NH3-N、CODMn和Chl.a(圖3A～E)呈現(xiàn)出明顯的從上游至下游濃度降低的變化規(guī)律. 但也存在特別情況，2010年貴鋁泵房和大壩的TP濃度較麥西河口略高(圖3A)，2009-2012年和2014年庫(kù)區(qū)最下游大壩處的NH3-N濃度較麥西河口略高(圖3C). CODMn至2015年處于下降時(shí)段，但2016年起全庫(kù)區(qū)普遍升高. Chl.a濃度在2011年突然升高后又轉(zhuǎn)入下降，2015年后基本恢復(fù)至2009年水平. 總體上，TP、TN、CODMn和Chl.a在花橋處的濃度遠(yuǎn)高于其他點(diǎn)位，這提高了庫(kù)區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)的平均濃度和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài). SD呈現(xiàn)出從上游到下游越來(lái)越高的變化趨勢(shì)(圖3F)，這是花橋處水深淺、水體紊流強(qiáng)和Chl.a濃度高等綜合因素導(dǎo)致的. 除花橋外，2009-2011年下游4個(gè)點(diǎn)位的SD差別不大，但2012-2013年大壩處SD明顯低于上游的3個(gè)點(diǎn)位. 2014-2018年，庫(kù)區(qū)SD沿流向越來(lái)越高，但花橋處在2016年后出現(xiàn)下降.

圖3 2009-2018年百花湖水質(zhì)指標(biāo)的空間變化

3.2 庫(kù)區(qū)水體綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的時(shí)空變化

圖4顯示了2009-2018年百花湖庫(kù)區(qū)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的時(shí)空變化. 庫(kù)區(qū)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI(∑))的10年平均值是45.48(36.25～55.10，圖4A)，年內(nèi)豐水期(47.75)>枯水期(45.34)>平水期(44.80)，極大值出現(xiàn)在豐水期的頻率為70%. 10年間，庫(kù)區(qū)TLI(∑)最高值(52.41)出現(xiàn)在2010年并指示輕度富營(yíng)養(yǎng)，其他時(shí)段是中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，庫(kù)區(qū)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)總體呈波動(dòng)下降趨勢(shì). 2015年是庫(kù)區(qū)水質(zhì)最優(yōu)的時(shí)期，但仍在中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài). 曾華獻(xiàn)等[35]研究發(fā)現(xiàn)，紅楓湖(2009-2018年)總體處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，且水質(zhì)逐漸改善. 百花湖與紅楓湖的水質(zhì)變化趨勢(shì)相似，作為百花湖的上游水庫(kù)，紅楓湖水質(zhì)變化直接影響著百花湖.

圖4 2009-2018年百花湖綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的時(shí)空變化

由圖4B可知，10年間庫(kù)區(qū)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)以花橋最高，總體向下游降低. 但在2012和2013年，庫(kù)區(qū)大壩處的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)偏高. 只有花橋區(qū)域達(dá)到了輕度富營(yíng)養(yǎng)化，其他點(diǎn)位均是中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，這表明花橋是影響百花湖庫(kù)區(qū)水質(zhì)的重點(diǎn)區(qū)域. 2010年庫(kù)區(qū)5個(gè)點(diǎn)位的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)都在高位，導(dǎo)致2010年是輕度富營(yíng)養(yǎng). 雖然2013-2018年花橋仍是營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)最高的區(qū)域，但其他點(diǎn)位營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)都有降低，這是庫(kù)區(qū)未再度發(fā)生輕度富營(yíng)養(yǎng)化的原因.

4 討論

4.1 近10年來(lái)百花湖水庫(kù)的水質(zhì)控制效果

10年來(lái)，百花湖總體水質(zhì)維持在地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)Ⅱ～Ⅳ類之間，且以Ⅲ類為主(表4). 對(duì)比1997-2002年，百花湖整體水質(zhì)都劣于Ⅴ類[24]，表明近10年來(lái)百花湖整體水質(zhì)明顯改善. 百花湖庫(kù)區(qū)TP、TN和NH3-N濃度控制效果總體向好，Chl.a濃度波動(dòng)變化，CODMn下降后出現(xiàn)反彈. 《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法(試行)》(環(huán)保部辦公廳環(huán)辦[2011]22號(hào))中規(guī)定，在地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)中，TN作為參考指標(biāo)單獨(dú)評(píng)價(jià)(河流總氮除外). 除去TN指標(biāo)，以地表Ⅲ類水質(zhì)為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)計(jì)，庫(kù)區(qū)各點(diǎn)位Ⅲ類及以上類別的水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況：大壩(80%)>貴鋁泵房(80%)>麥西河口(80%)>巖腳寨(80%)>花橋(0)，即水質(zhì)沿上游至下游明顯越來(lái)越好. 表4顯示，TN濃度在2009-2014年處于Ⅴ～劣Ⅴ類別，2015-2018年處于Ⅴ類. 雖然TN的實(shí)達(dá)類別由劣Ⅴ轉(zhuǎn)變?yōu)棰酰@是一種向好的趨勢(shì)，但仍遠(yuǎn)高于規(guī)定的Ⅲ類. 結(jié)合圖2，影響水質(zhì)的主要指標(biāo)是TP和TN；聯(lián)系圖3和圖4B，庫(kù)區(qū)水質(zhì)受花橋區(qū)域的影響最大.

表4 2009-2018年百花湖水質(zhì)變化

4.2 入湖河流對(duì)水質(zhì)變化的影響

入湖河流的水質(zhì)影響著庫(kù)區(qū)水質(zhì)，是庫(kù)區(qū)重要的外源污染來(lái)源，分析支流的水質(zhì)變化對(duì)研究庫(kù)區(qū)水質(zhì)有重要意義. 本文選取百花湖5個(gè)重要的支流(東門橋河、南門河、麥西河、栗木河和長(zhǎng)沖河)，依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法(試行)》(環(huán)保部辦公廳環(huán)辦[2011]22號(hào))，計(jì)算河流水質(zhì)類別比例，將水質(zhì)定性評(píng)價(jià)分級(jí)為優(yōu)、良好、輕度污染、中度污染和重度污染，分析2013-2018年各年枯水期、豐水期和平水期的水質(zhì)評(píng)價(jià)與河流水質(zhì)的關(guān)系.

表5顯示，各支流水質(zhì)整體定性評(píng)價(jià)由高到低依次是：長(zhǎng)沖河>栗木河>麥西河>南門河>東門橋河. 東門橋河處于上游，流經(jīng)清鎮(zhèn)職教城等地，水質(zhì)整體處于Ⅴ～劣Ⅴ類. 東門橋河的支流朱家河建有污水處理廠，職教城的生活污水經(jīng)處理后排入河流. 但按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)一級(jí)B類標(biāo)準(zhǔn)排放的出水，污染物濃度仍明顯高于地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重威脅著百花湖的水質(zhì)[37]. 南門河處于下游，流經(jīng)百花新城，人口活動(dòng)性強(qiáng)使生活污水排放量大[38]，水質(zhì)整體處于Ⅲ～Ⅴ類，進(jìn)而影響入湖口附近的貴鋁泵房取水口. 2018年栗木河整體評(píng)價(jià)雖然為Ⅲ類，但近年達(dá)標(biāo)的情況并不樂(lè)觀，水質(zhì)有下降趨勢(shì)，據(jù)監(jiān)測(cè)站調(diào)查，與上游生活污染加劇有關(guān)，這對(duì)庫(kù)區(qū)水質(zhì)也有影響. 貓?zhí)釉?011-2016年從中度污染轉(zhuǎn)變?yōu)檩p度污染[38]. 另外，與有機(jī)污染相關(guān)的NH3-N是水體中的耗氧污染物，CODMn可用來(lái)衡量水體中有機(jī)物的含量. 根據(jù)貴陽(yáng)市環(huán)境狀況公報(bào)(2015年和2016年)，2014-2015年貴陽(yáng)市的NH3-N和CODMn排放量分別下降了17.1%和18.3%；2017年以來(lái)，清鎮(zhèn)市對(duì)麥西河和南門河開展了水質(zhì)達(dá)標(biāo)專項(xiàng)行動(dòng). NH3-N和CODMn總體降低，反映了在21世紀(jì)初百花湖外源污染(工農(nóng)業(yè)排放)控制的效果[32,39]. 但CODMn在2016-2018年又出現(xiàn)小幅升高，可能與近年來(lái)百花湖周邊的大力開發(fā)(商業(yè)區(qū)和居住區(qū)的生活污水排放)有關(guān)，此情況應(yīng)在城市建設(shè)中注意[32]. 結(jié)合圖2，支流TP和TN濃度總體呈上升趨勢(shì)，而且支流年均總體大于庫(kù)區(qū)年均(包括NH3-N). 并且，支流水質(zhì)在枯水期對(duì)降低河流水質(zhì)的影響最大，平水期和豐水期次之，但影響程度差別較小，說(shuō)明入湖支流全年對(duì)百花湖的水質(zhì)有重要影響.

表5 2013-2018年百花湖支流水質(zhì)的定性評(píng)價(jià)

4.3 水文、氣象條件和水質(zhì)指標(biāo)對(duì)水質(zhì)變化的影響

研究發(fā)現(xiàn)，藻類生長(zhǎng)受多種因素的綜合影響，包括生化指標(biāo)[40-42](pH、營(yíng)養(yǎng)鹽和浮游動(dòng)物等)、水文氣象條件(溫度、透明度、風(fēng)速、水位、流速、降雨量、徑流量和熱分層等)[41,43-45]和地質(zhì)地形[46]等. 資料顯示，在全球變暖的情況下，氣溫升高會(huì)提高淡水湖泊中的浮游植物的生長(zhǎng)速率[47]. 2003-2017年太湖的春季氣溫、風(fēng)速和氮磷比等因子可明顯提前浮游植物的開始爆發(fā)時(shí)間[48]，千島湖浮游植物群落長(zhǎng)期變化(2002-2017年)與氣象水文條件(溫度、風(fēng)速、水位、氮磷比和入庫(kù)流量等)的關(guān)系十分密切[43]，三峽庫(kù)區(qū)建壩后的庫(kù)形和緩水流也是造成2004-2005年發(fā)生水華的因素[46]. 在不同的地質(zhì)地貌、緯度和氣候區(qū)的湖泊，影響藻類生長(zhǎng)的條件不盡相同，更應(yīng)結(jié)合相關(guān)知識(shí)并因地制宜地查證和篩選影響水庫(kù)藻類生長(zhǎng)的因素.

選取2010-2015年月度序列的水文、氣象和水質(zhì)數(shù)據(jù)，分析其與Chl.a濃度和TLI(∑)的Pearson相關(guān)性. 結(jié)果顯示，在百花湖，氣溫、水溫、風(fēng)速和水位等水文氣象因子以及TP、氮磷比、NH3-N和CODMn等水質(zhì)指標(biāo)與Chl.a或湖泊營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)有顯著相關(guān)關(guān)系(表6).

表6 2010-2015年百花湖月度水文、氣象和水質(zhì)參數(shù)與Chl.a濃度和TLI(∑)的Pearson相關(guān)性

表6顯示，百花湖TLI(∑)和Chl.a濃度與pH、氣溫和水溫呈正相關(guān)，與風(fēng)速和水位呈負(fù)相關(guān). 百花湖水溫和氣溫呈明顯同步變化，尤其花橋區(qū)域，在平水期向豐水期轉(zhuǎn)變時(shí)，氣溫和水溫大幅回升. 并且，百花湖年際和年內(nèi)的水位變化幅度很小(2.05和0.75 m)，說(shuō)明上游的紅楓湖大壩和下游的百花湖大壩起到了很好地水量調(diào)節(jié)的作用. 筑壩改變了原季節(jié)性的庫(kù)區(qū)水下瀉情況，導(dǎo)致水體流速減小[49]，加之風(fēng)速較低[50-51](10年均值為1.88 m/s)、溫度升高和pH偏堿性[52](7.7～8.5)，易形成有利于藻類生長(zhǎng)的水文氣象條件. 花橋區(qū)域?qū)倬植苛魉傩∏宜疁\的庫(kù)灣，可能導(dǎo)致不同程度富營(yíng)養(yǎng)化.

圖5 2009-2018年百花湖氮磷比的變化

Chl.a或湖泊營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)與TP、NH3-N和CODMn等水質(zhì)指標(biāo)呈顯著正相關(guān)，與氮磷比呈顯著負(fù)相關(guān). Chl.a濃度反映了浮游植物(藻類)的種類和數(shù)量[53-54]，尤其在百花湖的豐水期，Chl.a濃度升高也可提高水體有機(jī)污染物濃度. 氮、磷是水體的重要生源要素，氮磷化學(xué)計(jì)量比(TN∶TP)影響湖泊(水庫(kù))浮游植物的生長(zhǎng)，當(dāng)?shù)妆却笥?6時(shí)，通?？烧J(rèn)為磷素是限制因子[55-56]；但很多學(xué)者認(rèn)為[3,57-58]，這一比值根據(jù)不同水體并不具有唯一性，該比值受多因素影響會(huì)浮動(dòng). 百花湖庫(kù)區(qū)和支流的氮磷比均值高達(dá)41(12～63)和39(20～117)，庫(kù)區(qū)和支流的年內(nèi)氮磷比都表現(xiàn)為豐水期>枯水期=平水期，反映百花湖水質(zhì)是磷限制型. 對(duì)比圖2A和圖2B，2014-2018年支流TP大幅升高，但此時(shí)段的庫(kù)區(qū)TP、TN和支流TN變化較小，因此從2014年開始支流氮磷比大幅下降并小于庫(kù)區(qū)(圖5). 雖然支流氮磷比有所降低，但仍不可輕視其對(duì)庫(kù)區(qū)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的影響. Chl.a濃度與湖泊綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)具有強(qiáng)正相關(guān)性，反映Chl.a濃度升高可顯著提高百花湖水體富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài).

另有研究表明[15,20,25]，百花湖在豐水期(4-9月)出現(xiàn)明顯的水體分層，影響水體交換、水溫、溶解氧和氧化還原條件等. 百花湖水體pH偏堿性，并且豐水期的表層水溫度升高和湖底缺氧加劇，可導(dǎo)致沉積物磷素的釋放量明顯增多[59-60]. 但水體分層阻隔了上下水體的交換，進(jìn)而限制營(yíng)養(yǎng)鹽向表層水體轉(zhuǎn)移而在下層水體積累. 隨著枯水期(10月)分層消失，大量營(yíng)養(yǎng)鹽(尤其磷素)快速地輸送向表層，再結(jié)合氣溫突降等因素，極易造成水質(zhì)惡化[20]. 這也是枯水期和平水期的氮磷比較豐水期低的原因之一.

5 結(jié)論

1)2009-2018年，百花湖庫(kù)區(qū)的水質(zhì)指標(biāo)呈現(xiàn)不同的時(shí)空變化特征. TP、NH3-N和SD的高值多出現(xiàn)在枯水期，TN、CODMn和Chl.a的高值多以豐水期為主. TP、TN、NH3-N、CODMn和Chl.a濃度呈現(xiàn)出明顯的沿流向濃度越低的變化規(guī)律，但SD呈相反的變化趨勢(shì).

2)近10年來(lái)，百花湖庫(kù)區(qū)水質(zhì)整體以地表Ⅲ類水為主，TLI(∑)整體處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，總體上水質(zhì)穩(wěn)定向好.

3)支流東門橋河和南門河的污染物輸入顯著影響著庫(kù)區(qū)水質(zhì)，導(dǎo)致花橋等區(qū)域水質(zhì)超標(biāo)嚴(yán)重、藻類水華頻發(fā). 重點(diǎn)支流污染的治理是未來(lái)百花湖水污染防治工作的重點(diǎn)，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注TP和TN的變化.

4)百花湖水質(zhì)的變化不僅與營(yíng)養(yǎng)鹽濃度有關(guān)，還與水位、氣溫、風(fēng)速等水文氣象條件密切相關(guān). 氣候變化、水動(dòng)力學(xué)等水文氣象因素對(duì)庫(kù)區(qū)水質(zhì)(特別是藻類水華)的影響需要高度重視.