三峡库区重庆涪陵段水体富营养化因子变化趋势探究

20世纪初, 水体富营养化问题就引起了国际上一些学者的注意。20世纪60年代之后, 全球各地的水体富营养化趋势愈烈, 逐渐成为世界各国面临的环境难题。世界经济与合作组织 (OECD) 自60年代开始在美国和加拿大进行湖泊富营养化调查, 1973年经合组织在18个成员国家范围内调查了数百个湖泊和水库, 成绩斐然[1]。研究表明水体富营养化的物质基础是水体中总氮和总磷, 这二者浓度高低成为富营养化程度的重要标志之一[2]。20世纪80年代, 联合国环境规划署 (UNEP) 在全球范围内的富营养化调查显示:全球有30%~40%的湖泊和水库都存在不同程度的富营养化[3]。1991年澳大利亚达令河发生严重水华[4], 就是因为该地区水比较浑浊, 颗粒对磷吸附较紧, 高温导致水体分层, 缺氧加速内源磷释放, 使得水体中磷浓度过高以至于爆发水华。

在我国, 随着工业化、城镇化进程的加快, 水体富营养化日趋严重, 如云南滇池、杭州西湖、天津千桥水库等, 水体富营养化问题已危及当地供水、旅游以及经济社会发展。当今湖泊水库的一大生态环境问题, 就是水体的富营养化, 三峡水库水位蓄至175 m后, 发现部分一级次级河流的回水段出现了不同程度的富营养化现象, 引起广泛关注。解决人、畜饮水安全, 防止水质污染, 是各级政府亟待解决的问题。本项目组于2011年5月全面实施研究工作, 通过3年的现场调查和检测分析, 2013年8月完成研究工作, 通过对三峡库区重庆涪陵段水体富营养化因子变化的测定, 采用《水和废水监测分析方法 (第四版) 》和《HJ 536-2009》 (中华人民共和国国家环境保护标准) 分析方法, 分析三峡库区重庆涪陵段水体富营养化因子变化的趋势以及水体污染的根源、规律和程度, 并根据研究结果提出控制污染的方法。

1 研究区概况

研究区位于重庆市涪陵区, 扼长江、 乌江交汇处, 东经106°56′~107°43′, 北纬29°21′~30°01′。地形受地质构造影响和长江、乌江水系的切割, 相对高差大, 境内最低海拔为长江南岸南沱镇龙驹的三块石 (138 m) , 最高海拔为龙塘乡的大山堡山峰 (1977 m) , 一般海拔为200~800m。东南部高, 西北部低。长江由西向东 (流经86 km) , 乌江由南向北 (流经35 km) 纵横流贯全区, 在涪陵城东交汇。流域面积大于50 km2的溪河有19条 (含乌江) , 其中直接汇入乌江的一级支流有10条。沿江乡镇13个, 耕地面积4.85万hm2, 占全区总耕地面积的41.5%, 总人口70多万人, 占全区总人口的64.1%, 3个工业园区全部集中于此。长期以来, 无论是工业生产、农业灌溉、畜禽饮水、城镇居民饮用水大都以长江水为主。

2 研究方法

2.1 试验设计

为了给三峡库区重庆涪陵段水体富营养化因子分析提供科学依据, 在涪陵区的长江上游与长寿区交界处设采水断面Ⅰ (涪陵段长江入口, 位于东经107°06′、北纬29°44′) , 在长江和乌江交汇前沿涪陵长江一桥设采水断面Ⅱ (涪陵段长江汇合前沿, 位于东经107°23′、北纬29°43′) , 在长江和乌江汇合处涪陵长江三桥设采水断面Ⅲ (涪陵段长江和乌江汇合处, 东经107°24′′、北纬29°43′) , 涪陵长江下游与丰都县交界处设采水断面Ⅳ (涪陵段长江出口, 东经107°36′、北纬29°50′) , 在长江和乌江汇合处涪陵乌江上设采水断面Ⅴ (涪陵段长江和乌江汇合处, 东经107°24′、北纬29°43′) , 在涪陵区的乌江上游与武隆县交界处设采水断面Ⅵ (涪陵段乌江入口, 东经107°31′、北纬29°20′) ;每个采水段面按左中右设3个采样点进行取水 (采水深度为0.5 m) , 中间采样点增加采水点1个 (采水深度为5 m) 。详见图1。

2.2 试验重复

根据试验设计的采水点和采水深度, 项目组于2011年5月、8月、10月, 2012年2月、5月、8月、10月, 2013年2月、5月、8月进行了10次重复采水试验。

2.3 样品采集

2011年5月至2013年8月在已设好的三峡库区重庆涪陵段 (长江和乌江) 的6个段面的采水点进行取水, 水样取好经现场处理后, 立即送实验室进行分析。

2.4 检测方法

除“NH4+-N”按《HJ 536-2009》 (中华人民共和国国家环境保护标准) 检测外, 其余项目均参照《水和废水监测分析方法》第四版 (中国环境科学出版社, 2002年12月) 方法进行测定。

2.5 评价标准

按照GB3838-2002《地表水环境质量标准》进行评价。

水质变化趋势评价分为三类五级。三类为上升、下降和无趋势;五级为高度显著上升、显著上升、无趋势、显著下降和高度显著下降。

2.6 分析方法

主要对水中的总磷 (TP) 、总氮 (TN) 、溶解氧 (DOMn) 、铵态氮 (NH4+-N) 、硝态氮 (NO3--N) 、五日生化需氧 (BOD520) 、化学耗氧量 (CODCr) 、高猛酸盐指数等指标项目采用表1分析方法进行检测。

3 结果与分析

3.1 不同段面营养因子变化对水质的影响

根据2011—2013年对三峡库区重庆涪陵段水体不同段面营养因子的变化分析得知:6个段面中, TN、TP、 NH4+-N检测值均偏高, 除“NH4+-N”为逐年上升外, “TN”以下降趋势为主, “TP”变化趋势不明显, 水质单项评价为Ⅳ~Ⅴ类;其他检测指标基本稳定, 以下降或者无趋势为主, 水质单项评价为Ⅰ~Ⅱ类 (见表2) 。通过3年的分析, 段面Ⅱ较其他段面水质差, 因为段面Ⅱ离城市近, 受城市的污染严重些, 要减少污染, 必须进行排污治理。

3.2 不同段面同一营养因子变化对水质的影响

根据2011—2013年对三峡库区重庆涪陵段水体不同段面的同一营养因子的变化分析得知:在所有段面中, “NH4+- N ”值逐年在上升, 单项评价水质为Ⅴ类, “TP”基本稳定, 无趋势, 水质为Ⅳ~Ⅴ类, “TN”呈逐年下降趋势, 水质为Ⅳ~Ⅴ类;“CODCr”和“高锰酸盐指数”值以下降或者无趋势为主, 水质为Ⅰ~Ⅲ类, 其余指标基本稳定, 水质为Ⅰ类 (见表2) 。表明需加强对“NH4+-N”污染的治理。

3.3 同一段面的营养因子变化对水质类型的影响

从表3可知, 2011—2013年, 同一段面, (单项指标评价) 不同因子检测参数各类水质所占比例分别为:段面Ⅰ. Ⅰ类占50.0%, Ⅲ、Ⅳ类各占1 2 . 5 % , Ⅴ类占2 5 . 0 % ;段面Ⅱ . Ⅰ类占5 0 . 0 % , Ⅲ类占12.5%, Ⅴ类占37.5%;段面Ⅲ. Ⅰ类占3 7 . 5 % , Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ各占1 2 . 5 % , Ⅴ类占2 5 . 0 % ;段面Ⅳ. Ⅰ类占37.5%, Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ各占12.5%, Ⅴ类占25.0%;段面Ⅴ. Ⅰ类占50.0%, Ⅱ类各占12.5%, Ⅴ类占37.5%;段面Ⅵ. Ⅰ类占50.0%, Ⅱ类占12.5%, Ⅴ类占37.5%。表明离市区越近水质越差。

3.4 同一营养因子在不同段面对水质类型的影响

从表4可知, 各段面“TN”划为Ⅴ类, 但含量呈逐年下降趋势;“TP”以Ⅳ类水为主, 变化以无趋势为主;“NH4+-N”不容乐观, 3年来均为上升;“NO3--N”全为Ⅰ类水, 以无趋势为主;“DO”全为Ⅰ类水, 以上升为主;“BOD” 为Ⅰ类水, 以无趋势为主;“COD” Ⅰ类水和Ⅲ类水各半, 以下降为主;高锰酸盐指数以Ⅲ类水为主, 但从3年来的检测均值来看, 呈逐年下降趋势 (见表4) , 说明2013年比2011水质的污染越来越严重。

4 结论与讨论

4.1 低水位时水质污染严重

在4个检测水位 (低水位、中水位、高水位和库区最高蓄水位) 当中, 污染较为严重的是低水位 (150~155 m) 和高水位 (160~165 m) , 污染最轻的是最高蓄水位 (170~175 m) 。说明在低水位 (150~155 m) 时库容量最小, 必须减轻农业生产施肥期对水质的影响, 减少污染。

4.2 离市区越近水质越差

在6个监测段面中, Ⅰ类水质占26.1%, Ⅱ类水质占17.4%, Ⅲ类水质占17.4%, Ⅳ类水质占13.0%, Ⅴ类水质占26.1%, 其中, 段面Ⅱ污染较为严重, 说明离市区越近水质越差, 必须严格控制未经处理的城市污水排入长江。

4.3 三峡库区涪陵段水体富营养化因子NH4+-N污染加重

在参与趋势分析的8项参数中, 上升趋势比例大于下降趋势比例的有NH4+-N, 上升比例占100%, 表明三峡库区涪陵段NH4+-N污染加重;下降趋势比例大于上升趋势比例的有高锰酸盐指数、TN, 其中高锰酸盐指数下降比例为50%, 无趋势占50%。必须控制NH4+-N的排放。

摘要：通过对三峡库区重庆涪陵段水体富营养化因子变化的测定, 采用《水和废水监测分析方法 (第四版) 》和《HJ 536-2009》 (中华人民共和国国家环境保护标准) 分析方法, 分析三峡库区重庆涪陵段水体富营养化因子变化的趋势以及水体污染的根源、规律和程度, 结果表明, 低水位 (150155 m) 污染严重, 离市区越近水质越差, NH4+-N污染加重。

关键词：水体富营养化,因子分析,三峡库区,重庆涪陵段

参考文献

[1] OCED.Eutropiation of waters monitoring assessment and control[M].Paris:O c e d publication, 1982:1-85.

[2] Jiang H.H, Wu Z L, Liang DH.r.Research on water quality of world lakes III[J].World Environment, 2000, 13 (4) :35-37.

[3] Dai Q Y Jiang X C, Wang Y B, et al.E c oengeering simulation on pollutant contral inriver courses of Taihu Lake[J].Journal of Applied Ecolgy, 1995, 6 (2) :201-205.

[4] Edward A, Laws.水污染导论[M].北京:中国环境科学出版社, 1988:24-25.

[5] 谢朝怀, 文颖, 郭玲.环境水样COD测定方法改进探讨[J].南方农业, 2013, 7 (7) :71-72, 84.