三峡库区支流澎溪河回水区水质调查与评价

第33卷第7期西南大学学报(自然科学版)2011年7月Vol.33No.7JournalofSouthwestUniversity(NaturalScienceEdition)Jul.2011文章编号:16739868(2011)07006708三峡库区支流澎溪河回水区水质调查与评价①王娟1,胡正峰1,张磊1,翟世涛1,李兴琼21.西南大学资源环境学院,重庆400716;2.重庆市云阳县环保局,重庆云阳404500摘要:澎溪河为三峡库区北岸最大支流.自2004年三峡水库蓄水以来已多次暴发水华.为了科学全面评价澎溪河回水区水质状况和分析其富营养化成因,本研究在2007年至2009年对澎溪河回水区水质进行了监测,并采用《中国地表水环境质量标准(GB3838-2002)》和卡森指数法对澎溪河水质进行富营养化状况评价.研究结果表明:澎溪河水体中总氮(TN)、总磷(TP)浓度较高,全年都呈现富营养水平或者重度富营养水平,双江大桥附近水体富营养状况与高阳渡口、渠马渡口的相比较为严重;TN浓度、溶解氧(DO)浓度随季节变化趋势不明显;TP浓度、叶绿素a(Chla)浓度和透明度(SD)随季节变化趋势明显,TP和Chla夏秋季高、春冬季低,而SD则相反.水体中TP浓度是影响澎溪河水体发生富营养化的主要因素.水体总磷主要来自面源污染.关键词:澎溪河;回水区;营养水平;调查与评价中图分类号:X824文献标志码:A长江三峡工程是目前世界上最大的水利水电枢纽工程,建成后的三峡水库具有防洪、发电、供水、灌溉、改善航运交通等巨大综合效益.然而人为改变使得长江三峡逐渐成为河道型水库,同时也给库区生态环境保护提出了新的严峻的考验.重庆市环境科学研究院曾对三峡库区重庆段水环境,包括三峡水库对支流水环境的影响开展研究,认为三峡水库蓄水使得支流在河口区排污不畅,污染物相对富集,并且吸附污染物的泥沙在此沉降,回水区的水质下降[1].近年来,不少学者针对三峡库区支流富营养化进行了探讨[2-4],其中李哲等[5]、裴廷权等[6]还对澎溪河富营养化做了研究,但是针对澎溪河回水区的研究资料尚不丰富,并且针对澎溪河回水区的全年和多年的监测调查尚未见报道.鉴于此,本研究从2007-2009年对澎溪河水体水质指标取样检测,应用我国地表水环境质量标准和卡森指数法两种分析评价方法,对目前澎溪河回水区营养盐状况进行了分析和评价,并对澎溪河富营养化发展趋势进行了预测.希望借此能为澎溪河水环境质量的管理提供科学依据.1研究方法1.1研究区域概况澎溪河位于重庆市境内,是三峡库区中段、长江北岸流域面积最大的次级支流,发源于重庆市开县白泉乡钟鼓村,经重庆市云阳县双江镇汇入长江.主河长约182.4km,流域面积5172.5km2,径流量34.1亿m3[5].澎溪河流域地处亚热带季风气候区,气候温暖潮湿,雨量充沛,年平均气温10.8~18.5℃,极端最高温度42.1℃,多年平均降雨量1149.30mm,年平均日照数1528h,受地形的影响,流域①收稿日期:20100708基金项目:国务院三峡工程建设委员会办公室重点科技项目(KY010201).作者简介:王娟(1985),女,河北邢台人,硕士研究生,主要从事环境工程微生物方面研究.通信作者:张磊.“立体气候”明显[7].至2009年,澎溪河流域总人口68.89万,其中农业人口63.42万人,非农业人口5.47万人[8].在三峡水库蓄水所致的移民搬迁、县城改址后,该区域经济发展较快,对澎溪河依赖性进一步增强.澎溪河流域由于受长江的顶托,形成回水区,流速明显降低,影响了水体的对流扩散和自净能力[9-10].2006-2007年间澎溪河回水区段连续出现大面积的藻类聚集上浮现象,对该流域航道及城镇的用水安全,及三峡库区的安全运行造成了极大的影响.图1三峡库区澎溪河回水区采样点分布图1.2采样点布设经过咨询重庆市和云阳县环保局,选定3个采样点:渠马渡口、高阳平湖、双江大桥.原因如下:渠马渡口是澎溪河回水区的起点;高阳渡口处云阳、开县、万州城市群中心,且高阳镇水面平坦开阔,俗称高阳平湖;双江大桥为澎溪河入长江口.1.3水样采集本实验室前期对三峡库区澎溪河流域的检测为每个季度采样1次[11].为保持统一起见,本文所涉及研究仍自2007年至2009年每个季度采样1次,共采集了12次,采样时间分别为2,5,8,11月.现场测定水体的温度、pH值、透明度(SD)等.1.4水质监测项目与方法水质监测项目与方法见表1.表1水质监测项目与方法[12]监测项目监测方法总氮(TN)碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法GB11894-89总磷(TP)钼酸铵分光光度法GB11893-89透明度(SD)塞氏盘法叶绿素a(Chla)分光光度法溶解氧(DO)碘量法1.5水质评价方法采用两种指标分析所得数据并对澎溪河水质进行评价:①依据《中国地表水环境质量标准(GB3838-2002)》中《中国地表水资源质量标准SL63-94》[13]对TP、TN进行评价,参照OECD(1982)湖泊富营养化分级限值对Chla分级;②使用年平均值依据卡森指数法(TSIM)对水体营养状态进行分析.修正的卡森指数法(TSIM)计算公式如下[14-15]:TSIM(Chla)=10(2.46+lnChla/ln2.5);TSIM(SD)=10[2.46+(3.69-1.53lnSD)/ln2.5];TSIM(TP)=10[2.46+(6.71+1.15lnTP)/ln2.5].TSIM=[TSIM(Chla)+TSIM(SD)+TSIM(TP)]/3根据Chla、SD、TP的平均值计算TSIM(Chla)、TSIM(SD)、TSIM(TP)的卡森修正指数,取TSIM(Chla)、TSIM(SD)、TSIM(TP)三者的平均数TSIM作为最后的评价指数.卡森指数与水质营养状况的关系见表2.在同一状态下,卡森指数值越高,富营养程度越严重.表2卡森指数营养状态参照表[15]卡森指数营养状态卡森指数营养状态卡森指数营养状态30贫营养30~50中营养50~100富营养86西南大学学报(自然科学版)根据《中国地表水环境质量标准(GB3838-2002)》评价澎溪河水质2007年至2009年的水质营养状态分析结果见表3.表3澎溪河回水区营养状态分析结果地点第一季度2007年2008年2009年第二季度2007年2008年2009年第三季度2007年2008年2009年第四季度2007年2008年2009年渠马渡口富营养富营养富营养富营养重富营养富营养富营养富营养重富营养富营养富营养富营养高阳渡口营养富营养富营养富营养重富营养富营养重富营养富营养富营养富营养富营养富营养双江大桥重富营养重富营养富营养富营养富营养重富营养重富营养重富营养重富营养富营养富营养富营养从上表可知澎溪河回水区在2007-2009年一直处于富营养甚至重度富营养状态.2.2采用卡森指数法对澎溪河总体水质进行分析评价经计算其卡森指数得出澎溪河水质营养水平.其水质分析结果见表4.表4卡森指数法对澎溪河水质的分析结果地点时间/年份卡森指数营养状态渠马渡口200769.563富营养200867.479富营养200967.854富营养高阳渡口200770.446富营养200868.154富营养200970.397富营养双江大桥200773.139富营养200873.114富营养200972.270富营养卡森指数的范围为67.479~73.139.3个采样点在2007-2009年一直处于富营养状态.但是,从渠马渡口顺流到双江大桥水体富营养程度呈加重趋势.根据年度变化,渠马渡口2007年的富营养水平高于2008年和2009年的;高阳渡口在2008年时富营养程度最低,2007年最高;同样,双江大桥从2007年到2009年有减缓的趋势.3个采样点在2007-2009年中都是2007年的营养水平最高.这可能由于2006年长江流域干旱情况较为严重,干旱直至2007年夏初才有缓解.降雨导致的严重土壤侵蚀携带营养进入河流水体中,提高了水体中TP浓度、Chla浓度.2008,2009年澎溪河流域降雨增多[16],所以2008,2009年水体营养水平比2007年低.尤其是2008年总降雨量较多,河流中营养盐浓度降低,透明度提高,营养水平降低.自2008年11月起长江干流水位由原来的156m升高到172.3m,2009年整个三峡工程竣工后水位提高到175m[17].由于双江大桥为澎溪河入长江口,受干流水位和干流水质影响较大,所以双江大桥2009年营养水平比2008年低.2.3澎溪河回水区各水质指标变化趋势分析从图2可以看出,澎溪河回水区水温变化呈中间高两端低的趋势,整体上与一年四季气温变化基本相符.也可看出在水温随采样点变化趋势不明显,每个时间点上3个采样点基本相似.从图3可看出DO值随季度变化的趋势不明显.从图4可以看出,2007-2009年澎溪河回水区TN浓度均超过了公认发生水体富营养化所必需的TN96第7期王娟,等:三峡库区支流澎溪河回水区水质调查与评价初始浓度值0.2mg/L[15,18],从单一因子TN的浓度来看,澎溪河回水区水体已经具备了发生富营养化的条件.TN在年度和季度之间的差异均不明显,其原因可能是澎溪河流域农田氮肥施用量比较大,但农田氮肥利用率只有30%左右[19],未利用的部分将随地表径流或农田渗透进入水体中,长期以来使得水体中的氮素处于较高浓度,加之水体在氮素缺乏时蓝细菌和绿藻等可以生物固氮.整体上TN第四季度时稍低,这可能是由于三峡库区在第四季度是高水位(175m)运行,并且冬季农事活动较少,降雨较少,因此从土壤中进入到水体中的氮素较少;水体固氮微生物由于水温较低而活性较弱等原因所致.图2澎溪河回水区水温变化趋势图图3澎溪河回水区DO值变化趋势图图4澎溪河回水区TN浓度变化趋势图从图5中可看出,每一样品的磷浓度值都已经超过了公认发生水体富营养化所必须的TP的初始浓度07西南大学学报(自然科学版)[15,18],从单因素考虑澎溪河回水区已经具备了发生富营养化的条件;TP浓度随季节变化趋势明显,其浓度随季节变化呈现中间高两端低的状态,即2007-2009年,第一、四季度水体磷素浓度低于二、三季度的.2008和2009年的第三季度、2009年度第二季度,磷浓度自上游向下游明显增加.第二、三季度为该地区汛期.重庆市环保局资料显示,澎溪河流域春夏秋冬季的降水量分别占全年降雨量的26%,43%,26%和4%.另有研究表明,三峡库区耕地在3,4,5,11月份属于中度侵蚀时期,6,7,8,9月份属于极强度侵蚀时期[20].同期农事活动也较多,并且澎溪河流域消落带面积在三峡库区中是最大的,为55.47km2[21].消落带土壤营养和强降雨导致的土壤侵蚀将使表层土壤中相当数量的磷进入水体.另一方面,由城镇生活污水和工业污水所带来的污染在每个季度基本保持相似,所以澎溪河水体中二、三季度TP浓度较高和变化幅度较大的部分应来源于农业面源污染.图5澎溪河回水区TP浓度变化趋势图从图6可看出,Chla浓度随季节变化趋势图中间高两端低的趋势更为明显,第二、三季度明显高于第一、四季度;从3个采样点来看,2009年第一季度、2007-2009年第二、三季度、2007和2008年第四季度Chla从上游到下游增加,在入长江口即双江大桥处Chla浓度最高.由上文分析可知,第二、三季度时水体中TN、TP浓度较高,加上在第二、三季度时水温较高、阳光充裕,为水体中的浮游植物的快速繁殖提供条件;适逢雨季,水体流速较快,所以Chla浓度随水流方向增加.从图4中还可看出自2007至2009年Chla浓度整体上呈增加趋势,反映出澎溪河回水区水质在观察时间段内逐年下降.图6澎溪河回水区Chla变化趋势图图7显示SD随季节变化趋势图呈现中间低两边高的变化趋势,整体上与Chla的变化趋