摘要：根據近年水質監測結果，著重研究山美水庫庫區及進水水質分布特征，評價和預測庫區富營養化程度及變化趨勢。結果表明：從入庫、庫區至出庫的表層水體，除pH之外，DO、CODMn和BOD5濃度呈遞減趨勢，入庫前后濃度降低尤其顯著；而TN、NO32--N 和TP濃度除入庫前后有所降低之外，其他呈遞增趨勢。現狀水體富營養化水平為中營養；預測2010至2015年，水體富營養水平由中營養向中富營養狀況過渡。

關鍵詞：山美水庫 水質 富營養化

山美水庫是泉州市一座以供水為主，兼灌溉、防洪、發電等綜合功能的大型水利樞紐工程。山美水庫是維系下游南安、晉江、石獅、惠安、泉港、鯉城、豐澤、和洛江等八個市、縣、區450萬人口生存的主要供水源地。為了深入了解區域人為活動對庫區水環境質量的影響，本文根據近年山美水庫水環境監測結果，著重研究庫區及進出水體的水質分布特征和影響因素；探討水體富營養化程度及變化趨勢。研究結果為進一步防止山美水庫環境污染提供科學依據，對水庫水資源管理與保護工作具有一定的指導意義。

1 水庫概況與調查方法

1.1 水庫概況

山美水庫位于泉州市晉江東溪中游的南安碼頭鎮山美村，地理位置見圖1。流域面積1023km2，正常蓄水位99m，相應庫容4.72×108m3。水庫來水主要是東溪上游永春縣的桃溪、湖洋溪兩大支流和德化縣大樟溪龍門灘水庫跨流域調水。東溪年平均入庫徑流量為9.69×108m3，龍門灘水庫年均引水量4.0×108m3，山美水庫年平均出庫水量為8.97×108m3。

山美水庫主要污染源來自桃溪中游約9km永春縣城的工業和生活廢水以及庫區網箱養殖的污染物。據調查，2000年永春縣城排放廢水量960×4 t、CODcr 2628t、NH4+-N 366t；庫區水域有500個網箱養魚，估計每年過剩餌料約2700t（不含魚類排泄物）。

1.2 采樣站位及監測方法[1]

根據水庫地理環境特征，分別在入庫河段、庫區、出庫河段布設6個采樣站位，其中庫區站位取0.5、10、20m層水樣，站位分布見圖1。

水質監測項目包括pH、溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮、硝酸鹽氮、總氮和總磷。測定方法列于表1。

采樣時間為2002年1月、6月、8月和12月。

2 結果與討論

2.1水質指標濃度分布特征

1)表層水質指標濃度變化

表層水水質監測均值統計結果見表2和圖2。

作者簡介：陳婉卿（1949-）女，工程師

圖1 山美水庫地理位置及采樣站位圖

Fig.1 The Map and Sampling Station of Shanmei Reservoir

表1 水質監測項目及分析方法

Tab.1 The Water Quality Measuring Items and The Analysis Methods

監測項目 分析方法 測定下限 方法來源

pH 玻璃電極法 GB6920-86

溶解氧（DO） 碘量法0.2mg/L GB7489-89

高錳酸鹽指數（CODMn） 高錳酸鹽法0.5 mg/L GB11892-89

生化需氧量（BOD5） 稀釋與接種法 2 mg/L GB7488-87

氨氮（NH4+-N） 納氏試劑比色法 0.05 mg/L GB7479-87

硝酸鹽氮（NO32--N） 酚二磺酸分光光度法 0.02 mg/L GB7480-87

總氮（TN） 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法 0.05 mg/L GB11894-89

總磷（TP） 鉬酸銨分光光度法 0.01 mg/L GB11893-89

由圖2可見，首先，從入庫河流A、B站位至庫區C站位表層水質中的DO、CODMn、BOD5和TP濃度均有顯著下降，而NO32--N、TN僅略有降低。其次，在庫區從C、D到E，直至出庫河段F站位，表層水的DO、CODMn和BOD5濃度均繼續逐漸降低，其中DO降低較為明顯，但出庫河段又略有回升；相反地，TN、NO32--N和TP逐漸增加，其中TN增加較明顯。前者說明入庫河水中較高濃度的CODMn、BOD5和TP因庫區水體的稀釋作用而降低，并且庫區水體DO濃度由于污染物的生化降解耗氧作用而明顯低于河水。后者表明庫區的污染物依賴生化降解而逐漸降低，同時養殖過剩餌料及魚類代謝物的輸入，使水體的TN、NO32--N和TP逐漸增加。

根據GB3838-2002《地表水環境質量標準》，由表2可知，山美水庫入庫水中DO、CODMn、 BOD5、TN和TP的超標率分別為33%、33%、33%、和100%，而庫區水中DO、TN和TP的超標率分別為33%、100%和33%。因此，入庫桃溪水和庫區水均達不到水質功能區應執行的GB3838-2002《地表水環境質量標準》的Ⅱ類標準要求[3]。

表2 山美水庫內外水質監測均值統計結果

Tab.2 The Measured and Statistic Results of water quality index in Shanmei Reservoir’s Inside and Outside

項目 站 pH DO CODMn BOD5 NH4+-N NO32--N TN TP 位 無量綱 mg/L 入庫桃溪站 A 7.3 7.2 5.4 4.0 0.46 0.72 2.27 0.10 入庫湖洋溪站 B 7.3 8.6 2.2 1.4 0.12 0.52 1.14 0.04 出庫東溪站 F 7.2 5.5 1.4 0.4 0.05 0.69 2.02 0.03 庫區西北站 C0 7.4 6.7 1.5 0.8 ＜0.05 0.51 1.54 0.02 庫區東北站 D0 7.6 6.7 1.4 1.2 ＜0.05 0.61 1.45 0.02 庫區南站 E0 7.4 5.8 1.4 0.5 ＜0.05 0.66 2.08 0.03 庫區外評價標準 - 6~9 ≥6 ≤4 ≤3 ≤0.5 - ≤0.5 ≤0.025 庫區評價標準 - 6~9 ≥6 ≤4 ≤3 ≤0.5 10 ≤0.5 ≤0.025 庫區外超標率 - 0 33 33 33 0 - 100 100 庫區超標率 - 0 33 0 0 0 0 100 33

項目

站

pH

DO

CODMn

BOD5

NH4+-N

NO32--N

TN

TP

位

無量綱

mg/L

入庫桃溪站

A

7.3

7.2

5.4

4.0

0.46

0.72

2.27

0.10

入庫湖洋溪站

B

7.3

8.6

2.2

1.4

0.12

0.52

1.14

0.04

出庫東溪站

F

7.2

5.5

1.4

0.4

0.05

0.69

2.02

0.03

庫區西北站

C0

7.4

6.7

1.5

0.8

＜0.05

0.51

1.54

0.02

庫區東北站

D0

7.6

6.7

1.4

1.2

＜0.05

0.61

1.45

0.02

庫區南站

E0

7.4

5.8

1.4

0.5

＜0.05

0.66

2.08

0.03

庫區外評價標準

-

6~9

≥6

≤4

≤3

≤0.5

-

≤0.5

≤0.025

庫區評價標準

-

6~9

≥6

≤4

≤3

≤0.5

10

≤0.5

≤0.025

庫區外超標率

-

0

33

33

33

0

-

100

100

庫區超標率

-

0

33

0

0

0

0

100

33

注：a）庫區外和庫區評價標準均為GB3838-2002《地表水環境質量標準》的Ⅱ類 b）C0、 D0和E0指庫區站位表層水

圖2 水庫內外表層水水質指標濃度的平面分布

Fig.2 The plane Distribution of water quality index in Shanmei Reservoir’s Inside and Outside surface water

2)水庫水質指標濃度的垂直分布狀況

水質垂直分布如圖3所示，由圖可見，庫區各站位水，除COD外，DO和BOD5濃度呈現隨深度的增加而明顯地遞減的趨勢；NO32--N、TN和TP除C站位表層至10m層的TN、TP之外，其濃度隨深度的增加則呈遞增趨勢。在庫區滯留水體中，微生物的生物化學作用是污染物降解的主要過程，因此，溶解氧濃度隨深度的遞減規律與BOD及富含N、P的過剩餌料的降解耗氧，以及浮游植物的光合作用降低有著密切的關系。

圖3 山美水庫水質指標濃度垂直分布圖

Fig.3 Profiles of water quality index in Shanmei Reservoir

2.2水庫的富營養化趨勢

1)水庫水質營養程度評價

水體營養化評價項目選取CODMn、TP、TN、Chl-a和SD（透明度）。評價方法采用百分評分法，根據公式（1）計算評分值，對照表3的評分標準，確定山美水庫的營養情況。

（1）

其中：M為湖泊水庫營養狀況的評價值，Mi為i項目的評分值，n為評價項目的個數。山美水庫營養化程度水質監測評價結果見表4。由表可以看出，枯水期TN和Chl-a二項指標為中—富營養，其余指標為中營養程度，總的營養程度為中營養；豐水期TN、TP和Chl-a三項指標為—富營養，其余指標為中營養程度，總的營養程度也為中營養，從兩個水期比較說明，豐水期的評分值與枯水期相當。

表3我國湖泊水庫富營養化評分與分類標準

Tab.3 The Eutrophication Grade and Sort Standard for Chinese Lakes and Reservoirs

營養 程度

評分值

Ch1-a mg/m3

TP mg/m3

TN mg/m3

CODMn mg/L

SD m

貧營養

10

0.5

1.0

20

0.15

10.0

20

1.0

4.0

50

0.4

5.0

中營養

30

2.0

10

100

1.0

3.0

40

4.0

25

300

2.0

1.5

50

10.0

50

500

4.0

1.0

富營養

60

26.0

100

1000

8.0

0.5

70

64.0

200

2000

10.0

0.4

80

160.0

600

6000

25.0

0.3

90

400.0

900

9000

40.0

0.2

100

1000.0

1300

16000

60.0

0.12

表4 山美水庫營養化指標監測評價結果

Tab.4 The measured and assessed results of nutritionalization index in Shanmei Reservoir’s Water Body

水期

項目

Ch1-a mg/m3

TP mg/m3

TN mg/m3

CODMn mg/L

SD m

評分均值

營養程度

枯水期

測定值

13.1

22

1899

1.6

1.6

-

中營養

評分值

52

38

69

36

31

45

豐水期

測定值

13.2

28

1590

1.7

-

-

中營養

評分值

52

48

66

37

-

46

2)水庫水質富營養化程度預測

總磷是反映營養化程度的重要指標之一，下面以庫區各監測站位枯水期TP的均值作為代表值。根據山美水庫上游區域社會經濟發展規劃，擬定三種不同狀況，即A、總磷負荷維持在2002年水平；B、總磷負荷比2002年平均值增加10%；C、總磷負荷在2002年水平的基礎上每年遞增2%。應用迪隆模型[2]，分別預測在正常蓄水水位下2010年和2015年總磷的濃度，預測結果見表5。

(2)

式中，C為預測磷的濃度（mg/L）；L為磷的負荷量（g/m2.a）； Z為水庫水深（m）；Q/V為水力沖刷系數（1/a）；Rp為滯留作用系數。從表5可見，當庫區總磷負荷比2002年平均值增加10%，水庫仍保持在中營養狀況；當總磷負荷在2002年基礎上每年遞增2%，2010年呈中營養狀況；2015年由中營養狀況向中富營養狀況過渡。

根據以上的預測結果和2.1節庫區水質分布特征，可以看出水體的富營養化是山美水庫潛在的主要環境問題，必須引起當地政府有關部門的重視。

表5 不同負荷條件下庫區TP濃度及各水平年的營養狀況

Tab.5 Concentrations of TP and each standard year’s nutrition status in the reservoir’s water under different load conditions

負荷條件

2010年

2015年

磷負荷 g/m3.a

預測濃度mg/L

營養 狀況

磷負荷 g/m3.a

預測濃度mg/L

營養 狀況

A

0.6020

0.025

中營養

0.6020

0.025

中營養

B

0.6622

0.0275

中營養

0.6622

0.0275

中營養

C

0.7053

0.0293

中營養

0.7788

0.03235

中富營養

3 結論

1)泉州山美水庫從入庫、庫區至出庫，表層水體的DO、CODMn和BOD5濃度呈遞減趨勢，入庫前后濃度降低尤其顯著；而TN、NO32--N 和TP濃度除入庫前后有所降低外，其他均呈遞增趨勢，其中TN增加明顯。

2)在庫區各站垂直水體中，DO和BOD5濃度呈現隨深度的增加而明顯遞減；相反地，NO32--N 、TN和TP除C站之外，其濃度隨深度增加而遞增。

3)入庫前后表層水體水質指標濃度的變化與庫區水體對河水的稀釋作用有關，而庫區水體水質指標濃度的平面與垂直變化趨勢主要取決于微生物的生化降解過程。

4)預測結果表明，富營養化是山美水庫潛在的主要環境問題。主要的保護對策是綜合防治永春縣城污水對入庫河流的污染和嚴禁水庫網箱養殖。

參考文獻:

[1]方子云. 水資源保護工作手冊[M]. 南京：河海大學出版社，1988.

[1]葉守澤，夏軍，郭生練，陳小紅. 水庫水環境模擬預測與評價. 北京：中國水利水電出版社，1998.

[3]李青山，馮明祥，王福慶. 水功能區劃分實用手冊. 長春：東北師范大學出版社，1999.

Distribution Characters of Water Quality Index and Trend of Eutrophication

in Quanzhou Shanmei Reservoir’s Water

Abstract: According to the results of water quality measured in these years， the distributing characters of water quality in Shanmei Reservoir and its input stream were studied， and the degree and change trend of eutrophication in Shanmei Reservoir’s water also were assessed and forecasted. The results showed that the concentrations of DO， CODMn and BOD5 but pH in surface water from input stream to the reservoir to output stream decreased， especially between input stream and the reservoir. The concentrations of TN， NO32--N and TP decreased， but increased before and after the water flows into the reservoir. The results also showed that the degree of eutrophication in current water body is middling nutrition， and will be changed from middling nutrition to rich nutrition from 2010 to 2015.

Key words: Shanmei Reservoir; Water Quality; Eutrophication