（生态学专业论文）密云水库上游河流水质时空分布特征研究.pdf

摘要 2 0 0 6 年1 月至1 2 月，严格按照地表水布点和采集标准，在潮河、白河、安纯沟和清水河主 河道上设置具有代表性的水质监测点，每个监测点用g p s 定位，每月月初采集水样。通过对水质 数据进行时空变化分析，得到研究内容和结果如下： 1 不同河流污染物的入库负荷 通过对入库河流潮河、白河和清水河的入库河段连续的水质监测，同时结合多年的径流量， 初步认为：密云水库总氮和总磷的入库负荷主要是来自潮河和白河，其次为清水河；水库的c o d 入库负荷主要来自潮河和白河，且白河要高于潮河，清水河最低。各种入库离子总量主要是来自 于潮河、白河，其次为清水河。潮河、白河和清水河入库河段的总氮年均值分别为5 0 9m g l 、2 0 5 m g l 和1 4 7m g l ，总磷年均值分别为1 1 5 4 g l 、1 2 8 4 嵋l 和4 7 5p g l ，c o d 年均值分别为 5 8m g l 、7 4m g l 和7 8m g l ，电导率年均值分别为3 2 0p , s c m 、2 5 0g s c m 、2 5 8p , s c m 。 2 密云水库上游的主要污染源 通过对水库上游河流主要污染源连续的监测，明确了水库上游的污染源主要有( 1 ) 农业生产 活动是重要的污染源。潮河流域集约化程度高的农业生产活动是重要的污染源，表现为入库河段 总氮、硝态氮、总磷和c o d 年均值比较高，分别为5 0 9m g l 、4 8 6m g l 、1 1 5 g 几和5 8m g l 。 ( 2 ) 城镇生活污水是非常明显的污染源。丰宁县城东环排污口总氮、总磷、c o d 和e c 的年均 值分别为4 1 9 9m g l 、1 6 1 3 2 4p g l 和2 1 3m g l 和1 0 0 7i t s c m ，且有机氮为总氮的主要形态。( 3 ) 流水养殖也是一类污染源。清水河金水湾养鱼池排水口总氮、总磷、c o d 和e c 的均值分别为1 9 2 m g l 、1 7 4m g l 、1 9 6 7p g l 和3 2 7i t s c m 。 3 密云水库上游河流水质的时空变化 通过对河流所有监测点水质参数的时空变化分析，掌握了河流水质的时空变化规律。水质的 时空变化因河流而异，全年看来，氮、磷和e c 整体表现为夏季较低，其他时间较高的特点，但 是不同河流之间由于地域的差异导致了浓度具体较低的月份是不同的。夏季时主要由于大量降雨 的稀释作用，以及植物对营养元素的吸收导致了氮、磷和e c 的降低。 整个流域看来，潮河支流一安纯沟的硝态氮、总氮比其他河流要高，特别是在监测点排水沟， 全年的硝态氮和总氮都较高，这主要是来源于农田化肥的流失和渗漏。潮河的硝态氮、总氮要高 于白河，这是由于潮河的集约化农业要高于白河，而白河的c o d 要高于潮河，是由于白河的旅游 景点等居住区较多，有机物输入高于潮河。清水河的氮、磷、c o d 和e c 要低于其他河流，这主 要是由于清水河主要为自然植被覆盖为主的山林地，农业生产活动要低于其他河流。 关键词：密云水，时空变化，河流，水质 a b s t r a c t r e p r e s e n t a t i v ew a t e rm o n i t o r i n gs t a t i o n sl o c a t e db yg p sa r es e ti nc h a o h e ，b a i h e ，a n c h u n g o ua n d q i n g h s h u i h er i v e r sf o l l o w i n gt h es t a n d a r do fs e t t i n ga n ds a m p l i n go fs u r f a c ew a t e r , t h et e m p o r a la n d s p a t i a lv a r i a t i o ni sa n a l y z e df r o mt h ew a t e rd a t a t h er e s u l ti sa sf o l l o w s ： 1t h el o a d so fp o l l u t a n t so fm i y u nr e s e r v o i ra r ed i f f e r e n ti nr i v e r s t h ew a t e rq u a l i t yp a r a m e t e r sa n df l o wa r ea n a l y z e dw h i c ha r ef r o mt h es t a t i o n sn e a rt ot h e r e s e r v o i ro ft h ec h a o h e ，b a i h e ，a n c h u n g o ua n dq i n g h s h u i h e w eg e tt h er e s u l t ：t h et o t a ln i t r o g e na n d p h o s p h o m sl o a d so fm i y u nr e s e r v o i ra r em a i n l yf r o mc h a o h ea n db a i h er i v e l a n dq i n g s h u i h ei sl e s s ， m e a n e w h i l e ，s oa r ec o da n de c t h ea v e r a g et o t a ln i t r o g e nc o n c e n t r a t i o no fc h a o h e ，b a i h ea n d q i n g h s h u i h ei nt h ew h o l ey e a ri ss e p a r a t e l y5 0 9m g l ，2 0 5m g la n d l 4 7m g l ，t o t a lp h o s p h o r u si s 11 5 4 岭几 1 2 8 4 嵋几a n d4 7 5p g l ，c o di s5 8m g l ，7 4m g la n d7 8m g l ，e ci s3 2 0v s c m , 2 5 0 i t s c m , 2 5 8i _ t s c m 2m a i np o l u t i o ns o u r c e so ft h eu p s t r e a mi nm i y u nr e s e r v o i r w em a k es u r et h em a i np o l l u t i o ns o u r c e sb ym o n i t o r i n gt h er i v e r s f i r s t l y ，a g r i c u l t u r ea c t i v i t i e s a r et h e i m p o r t a n tp o l l u t a n t r e s o u r c e se s p e c i a l l yi nc h a o h er i v e r , a st h ec o n c e n t r a t i o no ft o t a l n i t r o g e n ，n i t r a t et o t a lp h o s p h o r u s ，e ca n dc o di sh i g h e r , w h i c hi ss e p a r a t e l y5 0 9m g l ，4 8 6m g l ，11 5 p g la n d5 8m g l s e c o n d l y , t h ew a s t e rw a t e ro fc i t y i sa l s oa ni m p o r t a n tp o l l u t i o nr e s o u r c e t h e c o n c e n t r a t i o no ft o t a ln i t r o g e n ，n i t r a t e ，t o t a lp h o s p h o r u s ，e ca n dc o di ss e p a r a t e l y4 1 9 9m g l ，1 6 1 3 2 4 p g l ，2 13m g la n d1 0 0 7i x s c m , a n dt o t a ln i t r o g e ni sm a i n l yc o m p o s e do fo r g a n i cn i t r o g e n t h i r d l y , f i s h c u l t u r eo fq i n g h s h u i h ei sa l s oa np o l l u t i o ns o u r c e t h ec o n c e n t r a t i o no ft o t a l n i t r o g e n ，n i t r a t e ，t o t a l p h o s p h o r u s ，e c a n dc o ds e p a r a t e l yi s1 9 2m g l ，1 7 4m g 几，1 9 6 7 烬几a n d3 2 7i t s c m 3t e m p o r a la n ds p a t i a lv a r i a t i o no f w a t e rq u a l i t yo fr i v e r s t e m p o r a la n ds p a t i a lv a r i a t i o no fw a t e rq u a l i t yo fr i v e r si sa n a l y z e df r o mt h em o n i t o r i n gd a t a i t s d i f f e r e n ta m o n gt h er i v e r s t o t a ln i t r o g e n ，p h o s p h o r u sa n de ca r el o w e ri ns u m m e r , a n dh i g h e ri no t h e r s e a s o n s ，b u tt h em o n t hi sd i f f e r e n tb e c a u s eo ft h ed i f f e r e n c eo fb a s i n b e c a u s et h ed i l u t i o no fr a i n f a l la n d a b s o r bo fp l a n t s ，t h ec o n c e n t r a t i o ni sl o w e r t h ec o n c e n t r a t i o no ft o t a ln i t r o g e n ，n i t r a t ei na n c h u n g o uf i v e ri sh i g h e rt h a no t h e r s ，e s p e c i a l l yi n s t a t o n s1 ，a n di t sc o n c e n t r a t i o ni sh i g h e ri nt h ew h o l ey e a r b e c a u s ei tm a i n l yc o m e sf r o mt h er u no f fo f f e r t i l i z a t i o n t h ec o n c e n t r a t i o no ft o t a ln i t r o g e n ，n i t r a t ei nc h a o h ef i v e ri sh i g h e rt h a nb a i h e ，a st h e c h a o h e s a g r i c u l t u r ea c t i v i t i e s ，w h i l e t h ec o di nb a t h ei sh i g h e rt h a nc h a o h er i v e r , a st h e i n h a b i t a t i o n t h et o t a ln i t r o g e n ，n i t r a t e ，c o da n de ca r el o w e rt h a no t h e rr i v e r s ，a st h eq i n g s h u i h ei s m a i n l yc o v e r e dw i t hm o u n t a i n s ，a n di th a sl e s sa g r i c u l t u r ea c t i v i t i e s k e yw o r d ：m i y u nr e s e r v o i r , t e m p o r a la n ds p a t i a lv a r i a t i o n ，f i v e lw a t e rq u a l i t y i l 英文缩略表 v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业科学院或其它教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：珂彤 时咖狰歹月，夕日 关于论文使用授权的声明 本人完全了解中国农业科学院有关保留、使用学位论文的规定，即：中国农业科 学院有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业科学院可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 论文作者签名汐可 导师签名乃 时间：二d 。基年6 月f 9 日 中圆农、比科学院硕 j 学位论文第一- 帝密i 水库水质研究概述 第一章密云水库水质研究概述 1 1 密云水库的污染物来源 1 1 1 降水径流 密云水库的污染物主要是通过降水径流( 包括入库河流和水库周围坡地径流) 带来的。由于 北京市和河北省对密云水库上游地区的点源污染采取了严格控制措施，因此，非点源污染已成为 影响密云水库水质的主要污染源，包括水土流失、畜禽与水产养殖废弃物、居民点生活垃圾与污 水、化肥流失等。 水土流失是最重要的、最直接的非点源污染源，还是其它非点源污染物流失的载体。以密云 县为例，因径流流失的氮和磷分别占全县流失总量的9 1 3 和7 7 3 ( w a n gx i a o y a n 等，2 0 0 2 ) 。 水土流失主要来自坡耕地和裸露的荒坡( 王晓燕等，2 0 0 4 ) 。农业和农村污染源中以畜禽养殖业的排 放量最高，如潮河流域9 2 9 的化学需氧量( c o d ) 、“4 的总氮和8 7 3 的总磷来自畜禽养殖 ( 苏保林等，2 0 0 6 a ) 。密云水库上游密云县所辖区畜禽养殖流失的总氮和总磷相当于化肥流失量 的1 5 2 倍和9 6 倍( 王晓燕等，2 0 0 2 ) 。 密云水库的污染物具有明显的地域分异特征，总氮、总磷等无机污染物质主要来自潮河流域 ( 鲍全盛等，1 9 9 7 ；王晓燕等，2 0 0 3 a ；苏保林等，2 0 0 6 a ；王建平等，2 0 0 6 b ) ，这与潮河流域农业 集约化程度高有关( 苏保林等，2 0 0 6 a ) ；而c o d 、五日生化需氧量( b o d 5 ) 等有机污染物主要 来自白河流域( 鲍全盛等，1 9 9 7 ；王晓燕等，2 0 0 3 a ) ，文献的解释是与水土流失有关。 密云水库的总氮入库负荷年际变动于6 3 3 7 - - - , 3 7 5 5 0 8t a ( 苏保林等，2 0 0 6 b ) 、总磷入库负荷 年际变动于1 1 1 0 3 6t a ( 王晓燕等，2 0 0 3 a ；苏保林等，2 0 0 6 b ；陈永灿等，1 9 9 8 ；徐清等，2 0 0 3 ) 。 密云水库的污染物入库负荷主要来自汛期( 鲍全盛等，1 9 9 7 ；王晓燕等，2 0 0 3 a ) 。据王晓燕等( 2 0 0 2 ) 研究，夏季氮和磷的流失量占全年流失总量的6 0 以上。苏保林等( 2 0 0 6 b ) 通过模拟研究表明， 在1 9 9 7 2 0 0 2 年间的平水年和丰水年的汛期，总氮和总磷的入库负荷分别占全年总负荷的5 1 6 7 9 1 和5 3 9 - - 8 4 2 ，其中丰水年汛期所占比例最大。而在枯水年的汛期，总氮和总磷的 入库负荷比例较低，分别占全年总负荷的2 6 6 - - 3 6 3 和2 3 3 - - , 3 4 9 。 磷主要以泥沙的形式被降水径流迁移带走，溶解态极少( 王晓燕等，2 0 0 1 ) 。不同土地利用类 型随降水径流流失的吸附态磷占总磷的9 0 以上( 王晓燕等，2 0 0 3 b ) 。 1 1 2 网箱养鱼 密云水库网箱养鱼始于1 9 8 4 年，1 9 8 8 年发展到4 7 b m 2 ，1 9 9 3 年网箱养鱼规模最大，达到 6 6 7 h m 2 ( 贾海峰，2 0 0 3 ) 。据郝芳华和王华东( 1 9 9 5 ) 研究，网箱养鱼对密云水库的总磷和总氮 负荷的贡献率分别为2 0 8 和1 0 0 。林道辉和杨志峰( 2 0 0 1 ) 研究表明，2 6 7 h m 2 的网箱养鱼 对密云水库总磷和总氮的贡献率分别为4 7 3 和1 6 9 。网箱养鱼对密云水库污染物负荷的贡献 很大，并已造成局部水质污染。为此，北京市于1 9 9 4 年开始对网箱养鱼进行限制。又因2 0 0 2 年 中国农业科学院硕i ：学位论文第一章密云水库水质研究概述 暴发蓝藻“水华”，自2 0 0 3 年起全面取消网箱养鱼。 1 1 2 沉积物释放 根据贾海峰( 2 0 0 3 ) 研究，仅网箱养鱼累计沉积到密云水库水底的总磷和总氮分别为2 0 6 t 和 2 6 8 t 。沉积物向水体释放营养物质，从而影响水库水体水质。沉积物营养物质的释放是一个比较 复杂的过程，受到多种因素的影响。王晓燕和苑迎冬( 1 9 9 7 ) 通过试验发现，沉积物的含磷量对 磷释放影响不大，而p h 增高、水土比例增大，有利于磷的释放。徐清等( 2 0 0 5 a ) 研究表明，上 覆水厌氧环境、p n 和温度升高，同样有利于沉积物磷的释放。 沉积物释放的表现是，网箱养鱼区水体的c o d m 。、b o d 5 、氨氮、总氮和总磷浓度随着深度 的增加而提高( 贾海峰，2 0 0 3 ) 。从沉积物上覆水到界面水，直至沉积物空隙水，总磷的浓度也依 次升高( 刘晓端等，2 0 0 4 ) 。 关卓今等( 2 0 0 5 ) 研究表明，密云水库沉积物年释放氮的范围在1 0 1 - 2 4 5 m 2 。徐清等 ( 2 0 0 5 b ) 通过静态模拟实验法和沉积物间隙水扩散法，估算的密云水库总磷的释放负荷分别为 1 1 3 4 妇和1 1 5 6 忱，占水库总磷负荷的2 7 以上。密云水库富营养化进展的主导因素仍然是外 源物质，内源作用仍处于自净范围之内。 此外，大气降尘也是密云水库的外源污染源之一。虽然降尘量少，但降尘带来的各种元素能 否引起水库水质变化，应引起注意( 杨东贞等，2 0 0 5 ) 。 1 2 密云水库水质主要污染物及分布 1 2 1 氮及其分布 密云水库水体的总氮浓度比较高，全年平均值约为1 0 m g l 。硝态氮对总氮的贡献率最高， 其时空分布与总氮相似( 葛晓立等，2 0 0 3 ) 。总氮浓度的水平分布是库西的白河流域小于库东的潮 河流域，这与潮河流域农业集约化程度高有关。在丰水期由库东和库西分别向库中递减，在枯水 期则变化比较复杂。垂直分布总体上表现出上层高、中层低、底层高的趋势( 梁秀娟等，2 0 0 5 ) 。 沉积物的总氮含量在水平分布上的表现是库两 库中 库东，在垂直分布上总体表现为随着深 度的增加而降低，但不同的监测点和不同的深度也有波动( 徐清等，2 0 0 5 b ) 。 1 2 2 磷及其分布 密云水库水体的总磷浓度水平分布在不同的监测时间是不同的( 葛晓立等，2 0 0 3 ；徐清等， 2 0 0 3 ；王静等，2 0 0 6 a ；王静等，2 0 0 6 b ) ，这说明影响总磷的因素是比较复杂的。但是，密云水库 内湖水体的总磷浓度最高，起因于多年的网箱养鱼( 王静等，2 0 0 6 b ) ：表层水靠近白河入口处的 西北角也有一高磷区，也可能与网箱养鱼有关( 徐清等，2 0 0 3 ) 。总磷浓度垂直变化的总体趋势是 自上而下逐渐升高，表层、中层和底层的总磷浓度范围分别为0 0 1 - - 一0 0 3m g l 、0 0 1 0 0 5m l 扎 和0 0 1 , 0 0 6m g l ，但不同的观测点表现是不同的，如在河流入口处因水体搅动而造成总磷的垂 2 中l 司农业科学院硕l ：学位论文第一帝密蠢水库水质研究概述 直变化不大( 王静等，2 0 0 6 a ) 。关于丰水期和枯水期的总磷变化，葛晓立等( 2 0 0 3 ) 和王静等( 2 0 0 6 b ) 的研究结果截然相反，其原因还有待于进一步研究。 密云水库沉积物中磷的存在形态以无机磷为主，有机磷较少。无机磷和有机磷分别占总磷的 7 6 8 8 9 5 0 9 和4 9 1 2 3 1 2 。无机磷中c a - p 含量最高，占总磷的4 1 1 8 5 3 7 3 ；可 溶性磷含量最低，占总磷的0 5 3 2 1 3 ( 刘浏等，2 0 0 3 ) 。沉积物总磷含量与c a - p 和闭蓄态 磷密切相关，相关系数分别为0 9 2 1 和0 9 5 6 ：与无机磷和可溶性磷也有比较好的相关性，相关系 数分别为0 7 9 8 和0 7 2 3 ；与a 1 p 、f e p 和总有机碳相关性较差( 刘晓端等，2 0 0 4 ) 。由此说明， 密云水库的总磷来源与北方石灰性土壤的水土流失有关。 王晓燕、苑迎冬( 1 9 9 7 ) 研究表明，密云水库沉积物的总磷和总氮在河流入库处较高，这可 能与河流携带的营养物质沉积有关。而刘浏等( 2 0 0 3 ) 和徐清等( 2 0 0 5 b ) 分别测试了2 0 ( 0 年4 月和9 月采集的沉积物，总磷水平分布特征是库西 库东 库中，自白河和潮河的入库处向出库口 ( 白河主坝和潮河主坝) 有增加的趋势。这可能与库西和库东陡坡的水土流失、坡度自入库出向 出库口渐增有关。因为河流携带的营养物质在河流入库段因流速降低而人量沉积，不可能通过缓 慢的扩散而大量沉积在出口处。 关于沉积物总磷的垂直分布，多数观测点呈现出自上而下逐渐减少的特点，但其变化规律也 不尽相同，甚至有的观测点是表层沉积物的总磷低于下层( 刘浏等，2 0 0 3 ：徐清等，2 0 0 5 b ) 。因 此，影响营养物质沉积的因素是多样、复杂的。 1 2 2 重金属及其分布 葛晓立等( 2 0 0 3 ) 对2 0 0 1 年5 月( 枯水期) 和9 月( 丰水期) 密云水库水体的重金属浓度进 行了研究。在水平分布上，c r 、n i 、c d 和h g 差异很小，而p b 和a s 是库西高于库东；在垂直分 布上，f e 、p b 、h g 和a s 表现为表层小于底层：在季节变化上，枯水期大于丰水期的是f e 和p b ， 枯水期小于丰水期的是c d 、h g 和a s ，枯水期和丰水期差异不明显的是c r 和n i 。在丰水期c d 浓度大于o 0 1m g l ，说明存在c d 污染的潜在威胁。 密云水库沉积物中不同重金属的存在形式是不同的，a s 、p b 、z n 以残留态为主，h g 以硫化 物结合态为主，c d 以碳酸盐结合态和残留态为主。大部分重金属元素的含量自下而上呈现逐渐上 升的趋势，说明库区的重金属污染在逐年加剧，这与上游的金矿开采、土壤侵蚀而造成的水土流 失以及点源污染等有关( 刘晓端等，2 0 0 5 ) 。庄敏等( 2 0 0 5 ) 研究表明，密云水库沉积物的总汞含 量比较高，平均为1 2 2 2p g k g ，主要以硫化物汞、有机汞和气态汞的形式存在，分别占总汞的4 2 1 l 、3 2 3 2 和2 1 9 8 ，可溶性无机汞的含量很少。 1 3 密云水库水质动态变化及预测 1 3 1 水质参数的变化 综合以前的研究文献发现，自1 9 8 0 年至2 0 0 2 年，密云水库的总氮浓度偏高，年际变动于0 6 7 - - 一 1 2 8n a g t 之间，并随年代而增加，1 9 9 6 年以后几乎都高于1 0n a g t , ，2 0 0 6 年6 月高达1 6m g l 3 中困农业科学院硕f j 学1 讧论文第。章密云水库水质研究概述 ( 宋福等，1 9 8 6 ：常持正，1 9 9 0 ；秦秀英等，1 9 9 8 ；杜桂森等，1 9 9 9 ；曾明秀，2 0 0 1 ；杜桂森等， 2 0 0 1 ；刘晓端等，2 0 0 2 ；刘霞等，2 0 0 3 ；葛晓立等，2 0 0 3 ；杜桂森等，2 0 0 4 ：梁秀娟等，2 0 0 5 ； 王蕾等，2 0 0 6 ) 。 总磷浓度较低，多数年份变动于0 0 1 0 - 0 0 2 5m g l 之间。最高值出现于1 9 9 5 年，达到0 0 8 9 m g l ：最低值出现于1 9 9 1 年，仅为0 0 0 7m g l ；2 0 0 2 年6 月高达0 0 7 m g l ( 宋福等，1 9 8 6 ：常 持正，1 9 9 0 ：钱登高，1 9 9 5 ；陈永灿等，1 9 9 8 ：曾明秀，2 0 0 1 ；刘霞等，2 0 0 3 ；徐清等，2 0 0 3 ； 杜桂森等，2 0 0 1 ；杜桂森等，2 0 0 4 ；王蕾等，2 0 0 6 ) 。 c o d 年际变动于1 7 - - - 2 9m g l 之间，具有随年代而增加的趋势。最低值出现于1 9 8 0 年和 1 9 8 1 年，仅为1 7m g l , 最高值出现于1 9 9 4 年，达到2 9 m g l ；次高值出现在2 0 0 0 年，为2 6m g l ( 宋福等，1 9 8 6 ；常持正，1 9 9 0 ；钱登高，1 9 9 5 ；杜桂森，1 9 9 1 ；杜桂森等，1 9 9 9 ；杜桂森等， 2 0 0 1 ；杜桂森等，2 0 0 4 ：王蕾等，2 0 0 6 ) 。 溶解氧( d o ) 年际变动于7 0 1 - - - 1 0 6 3m g l 之间，大部分年份大于9 0m g l ( 宋福等，1 9 8 6 ； 常持正，1 9 9 0 ；钱登高，1 9 9 5 ；秦秀英等，1 9 9 8 ；刘霞等，2 0 0 3 ；杜桂森等，2 0 0 1 ；杜桂森等， 2 0 0 4 ；王蕾等，2 0 0 6 ) 。 叶绿素浓度比较低，年际变动于2 0 - - 一4 3m g l 之间，具有随年代而增加的趋势。1 9 9 8 年和 2 0 0 1 年超过4 0 “g l ( 宋福等，1 9 8 6 ；杜桂森，1 9 9 1 ；杜桂森等，1 9 9 3 ；杜桂森等，1 9 9 9 ；杜桂 森等，2 0 0 1 ；杜桂森等，2 0 0 4 ；王蕾等，2 0 0 6 ) 。 透明度( s d ) 比较高，大于1 6 m ，年际变动1 8 2 - - 3 6 6 之间( 宋福等，1 9 8 6 ；常持正，1 9 9 0 ； 秦秀英等，1 9 9 8 ；杜桂森，1 9 9 1 ；杜桂森等，1 9 9 3 ；杜桂森等，1 9 9 9 ；杜桂森等，2 0 0 1 ；杜桂森 等，2 0 0 4 ；刘霞等，2 0 0 3 ) 。 细菌和大肠杆菌总数分别处于2 6 1 3 6 0 个m l 和8 8 5 6 个，l 之间，水平较低，符合国家对 水源水的卫生标准( 宋福等，1 9 8 6 ；杜桂森，1 9 9 1 ；杜桂森等，1 9 9 3 ；杜文成，1 9 9 3 ；杜桂森等， 1 9 9 9 ；潘小川等，2 0 0 2 ) 。此外，王东利等( 2 0 0 3 ) 和郑和辉等( 2 0 0 7 ) 分别测定了2 0 0 2 年和2 0 0 5 年密云水库的微囊藻毒素，符合我国饮用水卫生标准。 1 3 2 水生生物动态变化 自1 9 7 3 年以来，密云水库的浮游藻类群落结构为硅藻一绿藻型或绿藻硅藻型，藻类数量( 细 胞密度) 总体上在增长，年际变动于3 3 x 1 0 4 , - , , 5 6 5 3 x 1 0 4 l 之间，其中2 0 0 2 年达到最大，并以蓝 藻占优势，“水华”暴发。蓝藻在温暖季节( 6 1 0 月) 数量和所占比例较高，但不同年份最高值 出现的时间不同( 宋福等，1 9 8 6 ：张建华等，1 9 9 1 ；杜桂森，1 9 9 1 ；解风君，1 9 9 2 ；杜桂森等， 1 9 9 3 ；杜文成，1 9 9 3 ；秦秀英等，1 9 9 8 ；杜桂森等，1 9 9 9 ：曾明秀，2 0 0 1 ；赵萌等，2 0 0 1 ；杜桂 森等，2 0 0 1 ；刘霞等，2 0 0 3 ；刘静等，2 0 0 4 ；杜桂森等，2 0 0 4 ) 。浮游藻类细胞浓度与水体总磷含 量成直线正相关，与透明度和氮，磷比值呈负相关( 杜桂森等，1 9 9 3 ) 。 浮游动物数量年际变动于2 8 7 4 1 0 4 5 0 9 8 1 0 4 l 之间，数量变动很大( 宋福等，1 9 8 6 ；杜文 成，1 9 9 3 ：秦秀英等，1 9 9 8 ；刘静等，2 0 0 4 ) ，生产力有增加的趋势( 杜桂森等，1 9 9 3 ；秦秀英等， 1 9 9 8 ；赵萌等，2 0 0 1 ) 。关于底栖动物研究不多，其数量年际变动于1 0 4 7 4 1 2 3 个( 宋福等，1 9 8 6 ； 杜文成，1 9 9 3 ；秦秀英等，1 9 9 8 ：赵萌等，2 0 0 1 ) 。 4 中困农业科学院硕f j 学位论文第一帝密j j 水库水质研究概述 1 3 3 水质变化动态 根据t h o m a s 和坂本的湖泊营养状况判定标准和c a r l s o n 的湖泊营养状态评价指数( t s i ) ，1 9 8 5 年密云水库水质属于中营养状况( 宋福等，1 9 8 6 ) 。1 9 8 7 年1 9 8 8 年，密云水库出现了蓝藻门的 颤藻( o s c i l l a t o r i a ) 和微囊藻( m y c r o c y s t i s ) 等水体富营养化的指示种( 杜桂森，1 9 9 l ；张为华等， 1 9 9 1 ) 。1 9 9 0 年以后，总氮水平( 按坂本的湖泊营养状况判定标准) 已达到富营养化程度。1 9 9 4 年，c o d 营养指数( t s i c o d ) 为5 4 2 ，也达到富营养化标准( t s i 5 3 ) ，以后接近或达到富营 养化。2 0 0 2 年1 6 月的总磷营养指数( t s i 口) 高达5 7 6 5 ，也达到了富营养化程度( 王蕾等， 2 0 0 6 ) ，为2 0 0 2 年9 月一1 1 月密云水库首次暴发大面积蓝藻水华奠定了基础( 刘静等，2 0 0 4 ；王 蕾等，2 0 0 6 ) 。密云水库的水质与年径流晕密切相关，一般情况下，来水量大的年份水质好，来水 少的年份水质差( 杜文成，1 9 9 3 ) 。水库蓄水量大，水体对入库负荷的稀释、缓冲和自净能力强， 水质较好( 王建平等，2 0 0 6 b ) 。网箱养鱼对水质影响很大。密云水库1 9 8 4 年开始网箱养鱼，1 9 8 8 年网箱养鱼区就已达到富营养化程度( t s i t p = 5 7 8 ) ，总氮、总磷、b o d 、c o d 、叶绿素a 和浮 游藻类、浮游动物、大肠杆菌密度均明显提高，而s d 、d o 降低，水质明显低于库区( 杜桂森等， 1 9 9 3 ；杜文成，1 9 9 3 ) 。2 0 0 1 年，网箱养鱼的内湖区的t s l t p 、t s i c o d 和t s i s d 都达到富营养 化程度，其中t s i t p 高达7 5 3 ( 刘晓端等，2 0 0 2 ) 。 1 3 4 水质预测动态 陈毓龄等( 1 9 9 1 ) 建立了密云水库分层水动力生态水质模拟模型，较好地预测了水位、温度、 悬浮物、可溶解磷、颗粒磷、总磷、浮游植物和透明度等参数的月平均值。陈永灿等( 1 9 9 8 ) 和 徐清等( 2 0 0 3 ) 分别建立了密云水库总磷完全混合系统水质模型，以预测不同情景下的水体富营 养化情况。王建平等( 2 0 0 6 b ) 利用w a s p 模型、e f d c 模型和s w a t 模型，建立了密云水库水环 境模拟预测集成模型，对水位、总磷、总氮、硝态氮、叶绿素和溶解氧的模拟值与监测数据匹配 较好。该模型系统对外界负荷的响应非常灵敏，入库总氮和总磷负荷的下降，能显著改善水库水 质，尤其是磷负荷的降低可有效地制约藻类生长，表现在叶绿素浓度显著降低。 另外，针对2 0 0 2 年密云水库的富营养化，董悦安等( 2 0 0 5 ) 开展了吸附材料、水葫芦种植和 机械收藻等措施对水质影响的试验，取得了较好的效果。 5 中同农业科学院硕 j 学位论文第一二章研究方泫与研究日的 第二章研究方法与研究目的 2 1 研究区域 密云水库位于北京市密云县北部山区，横跨潮河、白河主河道上，流域面积1 57 8 8k m 2 ，涉 及河北省和北京市的9 个县，其中密云县境内面积14 0 4 5 5k m 2 ，且为水库周边，占全县面积的 6 3 。白河流域面积85 7 5k m 2 ，平均人口密度为6 8 人k m 2 ；潮河流域面积62 9 6k m 2 ，平均人 口密度为1 4 7 人k m 2 ，反映出东部地区人文、经济活动较西部相对活跃。 流域地貌以山地、丘陵为主，丘陵区主要分布在潮河流域及水库周边，占整个流域面积的4 9 。中低山分布在水库西北、东北部，占整个流域面积的7 4 8 ，其中低山土壤类型为淋溶褐土， 中山土壤类型为棕壤。流域内平均降水量为6 6 0r a m ，受温带大陆性季风气候特征所决定，降水的 季节变化明显，6 8 月的降水量占全年降水量的7 6 5 ，所以降水多以暴雨形式出现，降雨强度 大、侵蚀力强，为流域非点源污染的发生提供了动力。 2 2 研究目的 以往研究主要集中于密云水库自身的水质，目前关于水库上游河流水质研究的很少。本研究 以密云水库上游潮白河流域的潮河、白河、清水河和安纯沟( 潮河支流) 为研究对象，通过对河 流水质监测点的设置以及取样分析，明确上游河流水质的时空变化规律，确定密云水库上游的主 要污染来源以及主要的污染物，初步确定不同入库河流对水库主要污染物负荷的贡献大小，从而 为密云水库的富营养化防治提供科学的依据。 2 3 试验设计 严格按照地表水布点和采集标准，在潮白河流域各河流的主河道上设置具有代表性的水质监 测点，每个监测点用g p s 定位( 监测点经纬度见表1 、表2 和表3 ) ，监测河流包括潮河、白河、 清水河和安纯沟( 潮河的支流) ，另外还在在密云水库白河主坝设置监测点。监测频率为每月一次， 每月月初采样。各个河流的监测点数目分别为：潮河1 7 个、白河1 3 个、清水河1 2 个、安纯沟为 6 个，其中潮河入库1 5 1 为监测点1 7 ( 辛庄桥) 、白河为监测点1 3 ( 大关桥) 和清水河为监测点1 2 ( 太师屯) 。 6 中罔农、i k 科学院硕 ：学化论文第二章研究方法0 研究f j 的 表1 潮河和白河监测点经纬度 t a b l e1l o n g i t u d ea n dl a t i t u d eo fs t a t i o n si nc h a o h ea n db a i h er i v e r s 表2 安纯沟监测点经纬度 t a b l e2l o n g i t u d ea n dl a t i t u d eo fs t a t i o n si na n c h u n g o ur i v e r 7 中囝农业科学院硕f j 学位论丈第一帝研究方法 j 研究同的 表3 清水河和密云水库监测点经纬度 t a b l e3l o n g i t u d ea n dl a t i t u d eo fs t a t i o n si nq i n g s h u i h er i v e ra n dm i y u nr e s e r v o i r 2 4 样品分析和数据处理 t w i n p h 计现场测定p h ，m u l t i 多功能电导率仪测定电导率，总氮、硝态氮和总磷使用美国 l a c h a t 公司q u i k c h e m 流动注射分析仪测定，总氮和硝态氮的检测量程分别为0 2 - - 1 0m g l 和 0 1 2 0n 虮，总磷的检测量程为5 0 - 1 0 0 0 l g l ，化学需氧量( c o d ) 由德国默克公司的n o v a 6 0 光电比色计测得，检测量程为4 4 0m g l 。本研究中数据皆采用e x c e l2 0 0 3 运算，水质时空变化 使用s i g m a p l o t2 0 0 0 做图。 8 中同农、i k 科学院硕 j 学化论史第_ 二章密云水席l ：游主要河流入库河段水质参数季节变化特征 ! 1 1 _ | | |1 1 量曼量曼曼量量皇曼鲁曼璺鼍曼| 量量量皇曼量皇曼量曼量曼曼曼曼曼曼量量曼曼皇曼曼量量曼曼曼皇曼皇曼曼皇皇曼曼鲁量皇曼量皇量皇曼鼍曼曼曼量量量皇皇 第三章密云水库上游主要河流入库河段水质参数季节变化特征 3 1p h 的季节变化 密云水库与其主要河流入库河段p h 的季节变化见图l 。密云水库、潮河、白河和清水河的 p h 全年平均值分别为8 1 、8 0 、8 1 和8 1 ，差异很小，说明其水质具有较强的相似性。从图1 还 可看出，p h 具有明显的季节变化规律。在汛期( 7 月和8 月) ，水库和河流的p h 最低，一般都小 于7 5 ，这是因为降水一般多呈酸性，而北方的土壤和水体多呈碱性，雨季大量的降雨对碱性土壤 和水体有中和作用。但不同河流p h 最低值出现的时间不同，白河是7 月，潮河是8 月，清水河 是9 月，这与河流的洪水期是相一致的。 图1 密云水库及其河流入库河段p h 季节变化 f i g 1s e a s o n a lv a r i a t i o no fp hi nm i y u nr e s e r v o i ra n di t sd y e r s 3 2 硝态氮、总氮的季节变化 密云水库与其主要河流入库河段的硝态氮季节变化过程见图2 a 。从图中可以看出，密云水库 的硝态氮含量全年几乎都低于三条入库河流( 清水河8 月份除外) 。三条河流中，潮河的硝态氮最 高，其次是白河，最低的是清水河，其全年平均值分别为4 8 6m g l 、1 8 3m g l 、1 4 2m g l 。结 合潮河和白河多年的入库径流量( 王晓燕等，2 0 0 3 a ) ，初步认为潮河硝态氮入库负荷要大于白河， 清水河由于水量很小，入库负荷最小。 总体上，硝态氮的时间变化呈现5 9 月较低而1 - 4 月、1 1 1 2 月较高的特点，这主要与降雨量 有关，但不同河流表现形式是不同的。潮河入库河段硝态氮比较高，其原因是潮河流域的农业集 约化程度比较高，硝态氮最低值出现在7 月份，是因为此时河道径流较大对硝态氮具有稀释作用。 白河的硝态氮在7 月份反而比较高，这是因为白河本身的硝态氮含量比较低，而此期出现的大量 降雨中含有大量氮( 主要是硝态氮和氨态氮) ，以及土壤中氮的流失和淋溶使河流硝态氮升高。清 水河流域在2 0 0 6 年没有发生暴雨，硝态氮在8 月份最低，而1 月和1 2 月份最高。密云水库的硝 态氮在8 月份较高，这可能与降雨有关。 总氦的变化规律与硝态氮类似，见图2 b 。 9 o 5 o 5 o 5 9 8 8 7 7 8 单h d 中同农业科学院硕l j 学位论文第了章密云水库l ：游土要河流入库河段水质参数手节变化特征 ( a )( b ) 图2 密云水库及其河流入库河段硝态氮、总氮季节变化 f i g 2s e a s o n a lv a r i a t i o no fn i t r a t ea n dt o t a ln i t r o g e ni nm i y u nr e s e r v o i ra n di t sr i v e r s 3 3 总磷的季节变化 密云水库、潮河、白河和清水河入库河段总磷的季节变化过程见图3 。潮河总磷浓度最高， 全年平均值为1 5 3 l g ，l ，其次是白河，全年平均值为1 2 8 3i i g ，l ，清水河最低，全年平均值为4 5 i i g l ，密云水库的总磷含量为7 7i i g l 。密云水库的总磷浓度低于潮河和白河，而高于清水河。 结合潮河、白河多年径流量( 王晓燕等，2 0 0 3 a ) ，初步认为密云水库的入库负荷主要来自潮河和 白河，清水河由于水量较小，入库负荷最小。 从全年分布来看，潮河和白河总磷浓度的最高值出现在7 月份，分别为5 5 4 g l 和5 1 9i l g