（环境工程专业论文）青岛王圈水库水环境立体监测与现状评价.pdf

洁，有机氮污染污染程度属于类，有机污染不容乐观。地累积指数显示仅在丰 水期时，水库整体锰污染为i i 类，其中库中心b 2 点处为i 类，无铁污染，潜在 生态风险指数法表明水库底泥锰污染程度为较轻，不会造成生态风险。 关键词：王圈水库；水质；底质；立体监测；评价 s p a t i o t b m p o r a lm o n i t o r i n ga n ds t a t u se v a l u a t i o no fw a t e r e n v i r o n m e n ti nw a n g q u a n r e s e r v o i r ， q i n g d a o a b s t r a c t q i n g d a ow a n g q u a nr e s e r v o i r ，w h i c hi sl o c a t e da tt h eu p s t r e a mo fl i a n y i nr i v e r mj 1 m oc 1 t ) r ，l sa n i m p o i r t a n ts o u r c eo ff 论s h w a t e rf o rl o c a lu r b a nw a t e rs u p p l y ， a g n c u l t w a i1 r r l g a t i o na sw e l la sf r e s h w a t e ra q u a c u l t u r e h o w e v e r ，t h ew a t e r q u a l i t y a 1 1 ds a t e t y1 s s u e so ft h er e s e r v o i r h a v eb e c o m e i n c r e a s i n g l yp r o m i n e n tb e c a u s eo ft h e i n t l u e n c eo fl o c a le c o n o m i cc o n d i t i o n s ，g e o l o g i c a l c o n d i t i o n sa sw e l la so u t s i d e s o u r c e so fp 0 1 l u t i o n b a s eo nt h e 向ug r a s pf o rn a t w a l g e o g r a p h i c a lo v e r v i e w ，g e n e r a l e n g m e e n n gs l t u a t i o n ，e n v i r o m e m a ls t a t u sa i l ds o c i o e c o n o m i cs t a t u so f t h er e s e r v o i r a r e a ， t h er e s e o i rw a t e rw a sm o n i t o r e d ， a j l dr e p r e s e m a t i v ew a t e rs 锄p l e s a n d s e d l m e n ts 锄p l e sw e r ec 0 1 l e c t e da tt h es 锄et i n l et od e t e 肌i n es e a s o n a lv 撕a t i o n so f w a t e rq u a l i t ya n ds e d i m e n tq u a l i t y f o rd i 疏r e n t i n d i c a t o r so fw a t e rq u a l i t y ，t h e m e m o do fs m 9 1 e - f - a c t o re v a l u a t i o ni su s e dt od e t e 胁i n et h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e e v a 上u a t l o nf a c t o r sa n ds t a n d a r d s ，缸c hd i r e c t l yr e f l e c tt h e c o n l p l i a n c es t a t u so fe a c h f a c t o r 0 nt h i sb a s i s ，r e a s o n a b l ed i s t r i b u t i o no f t h e 、e i g h ti sr e a l i z e db yu s i n g 娩z y e v a j u a t l o nmo r d e rt oc o m p r e h e n s i v e l ye v a l u a t et h ew a t e r q u a l i t y ，t r y i n gt om i l l i m i z e t h e1 1 p a c to ft h ef 娩z yb o u n d a r i e so ft h ee v a l u a t i o nc r i t e r i aa n d m o n i t o r i n ge r r o ro f t h ee v a l u a t l o nr e s u l t s i na d d i t i o n ，t h eo r g a l l i ci n d e xm e t h o di s u s e dt oe v a l u a t et h e n u t n t i o n a ll e v e lo ft h e s e d i m e n t ，w 址1 et h ea c c u m u l a t i o ni n d e xm e t h o da j l dt h e p o t e n t l a le c o l o g i c a lr i s ki n d e xm e t h o di su s e dt oe v a l u a t et h ed e g r e eo f h e a v vm e t a l c o n t a m m a t l o no f m es e d i m e n t t h r o u g hm o i l i t o r i n ga j l d e v a l u a t i o no ft h ew a t e r q u a l l t ) ，a n ds e d i m e n tq u a l i 够o ft h er e s e o i r ，t h ec o n c l u s i o n sa r e a sf o l l o w s ： ( 1 ) b a s e do nt h em o l l i t o r i n gr e s u l t so f ，a t e rq u a l i t yo ft h er e s e r v o i ri nd i f i f e r e n t w a t e rs e a s o n s ，t h ep o l l u t es t a t u so ft h er e s e r v o i ri sd e t e m i n e d t h er e s u l t s s h o w e d w a t e r q u a l i t yc h a n g e do v e rt i m e ，i nh i g h e rw a t e rs e a s o n ，t h ec o n c e n t r a t i o n so f f e ，m n ， t n ，t pw e r eh i 曲e rm a i lt h e1 e v e li nc o 删n o na i l d1 0 w e rw a t e r s e a s o n d i s t r i b u t i o no f w a t e rq u a l i t yi nv e n i c a ld i r e c t i o ns h o w e da s i g n i f i c a n tr u l e ，i nh i g h e rw a t e rs e a s o n ， t e m p e r a t u r es t r a t i f i c a t i o no c c u r r e d ，t h ec o n c e n t r a t i o n so fn h 4 ，f e ，m ni nb o t t o m w a t e ri n c r e a s e d ( 2 ) t h ec o n c e n t r a t i o n so ft n ，t p ，f ea n dm ni ns e d i m e n tw e r eh i 曲，t h e r ew a s l i t t e rc h a n g ei nd i f f e r e n tw a t e rs e a s o n s t h ec o n t e n to ff e ，m n ，n h 4 ，i ni n i n t e r s t i t i a lw a t e ri ns e d i m e n tc h a i l g e dw i t hw a t e rs e a l s o n s ，t h ec o n c e n t r a t i o n sw e r e 铲e a t e ri nh i g h e rw a t e r s e a s o nt h a ni nc o m m o na n dl o w e rw a t e rs e a s o n ( 3 1 d i f f e r e n te v a l u a t i o nm e t h o d ss h o w e d d i f - f e r e n tr e s u l t so fw a t e rq u a l i 够b a s e d o n 铲a d ei i i i n “e n v i r o r i l e n t a lq u a l 埘s t a n d a r d sf o rs u 血c ew a t e r ”，m er e s u l t so f s i n g l ef a c t o re v a l u a t i o ns h o w e dt h a tw a t e rq u a l i t yo ft h er e s e r v o i ri sg r a d ev ，v a n d r e s p e c t i v e l yi nh i g h e r ，c o m m o na n dl o w e rw a t e rr e a s o n t h er e s u l t s o ff u z z y c o m d r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o di sb e t t e rt h a ns i n 9 1 ef a c t o re v a l u a t i o n ，t h e1 e v e lo f s u r f a c ew a t e rw a sg r a d eii nd i f f e r e n tw a t e rs e a s o n s ( 4 ) t h er e s u l t so fo r g a n i ci n d e xe v a l u a t i o nm e t h o ds h o w e d t h a to r g a n i cp 0 1 l “o n o ft h es e d i m e n to fw a l l g q u a nr e s e r v o i rb e l o n g e dt ot h ec l a s si i i ，o r g a n i cn i t r o g e n p o l l u t i o nb e l o n g e dt o c l a s s i n d e xo fg e o a c c u m u l a t i o ni n d i c a t e dt h a tt h e m a n g a n e s ep o l l u t i o no ft h es e d i m e n tw a sc l a s si ii n l i 曲e rw a t e rs e a s o n ，a n d t h e i n d e xi nb 2w a sm eb i g g e s t ，m a n g a n e s ep o l l u t i o nb e l o n g e dt oc l a s si i i t h er e s u l t so f e c 0 1 0 9 i c a lr i s ka s s e s s m e n ti l l u s t r a t e dt h a tm a n g a n e s ep o l l u t i o no fr e s e o i rs e d i m e n t w a sv e r yl o w k e yw o r d s ：w a l l g q u a nr e s e n ，o i r ；w a t e rq u a l i 够；s e d i m e n tq u a l i t ) r ；s p a t i o 。t e m p o r a l m o l l i t o r i n g ；e v a l u a t i o n v 1 绪论 1 1 研究目的和意义 淡水资源是人们赖以生存和发展的重要条件，影响经济与社会发展。随着经 济的不断持续增长和城市化进程的加快，世界各地出现淡水资源短缺现象，资源 型缺水和水质性缺水尤为突出。水库作为城市水源地的后备水源，其水质安全显 得尤为重要。王圈水库位于即墨市莲阴河中上游，是当地城市供水、农业灌溉以 及淡水养殖的重要淡水来源，但是受当地经济条件、地质条件以及城市污染的影 响，水库水质安全问题日渐突出。本课题是在对王圈水库水源地进行充分水文地 质调查的基础上，对水库进行布点监测，确定水库的水质动态分布。同时，在不 同采样点采集代表性水样和底泥，室内监测氮、磷、铁、锰等化学成分。利用单 因子评价法确定各评价因子与标准之间的关系，直接反映各因子的达标状况。在 此基础上，利用模糊评价合理分配权重，对水质进行综合评价，有效解决评价标 准边界模糊和监测误差对评价结果所造成的影响。 水库的水质的底泥问题将直接关系到广大人民群众的生产、生活和健康，王 圈水库在夏季形成温跃层，导致底泥中的锰向水体中释放，人们饮用超量锰元素 的水后可能导致神经衰弱。在当地建立合理的监测体系，能够更加准确和及时地 反映水库动态变化，利于水库水质和底泥的评价工作的进行。而准确评价水库水 质和底泥状况，能够更加具有针对性地采取相应控制和保护措施，降低水体污染 程度。因此，该课题的建立将为淡水资源的合理规划与管理提供决策依据，为保 障水库的可持续供水提供技术支持，具有明显的实际应用价值。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 水质评价 2 0 世纪初，随着工业化的进程，世界上的一些河流受到污染，水质逐渐恶化， 从而影响了人们的正常使用，学者也随之投入到水质评价的工作中。德国的柯克 维兹和莫松等( 1 9 0 2 年1 9 0 6 年) 最早提出了生物学评价分类方法的水质评价方 法；1 9 0 9 1 9 1 1 年，英国学者根据河流水质情况，提出以化学指标对河流进行污 染分类。6 0 年代以后，研究者开始用数学模型来对水质进行评价。1 9 6 5 年及 1 9 7 0 年，r k h o r t o n 和r m b r o w n 先后提出了水质评价的质量指数法( q i ) 和 水质现状评价的质量指数法( w q i ) 【2 】。n l n e m e r o w 在其河流污染的科学分 析一书中提出内梅罗指数法。加拿大学者利用水质指数法对水体进行评价，赋 予水体不同的分值( 0 1 0 0 ) 【3 1 。1 9 7 7 年，s l r o s s 根据生化需氧量、氨氮、悬 浮物和溶解氧四项指标，对英国克鲁德河流域主、支流水质进行了综合评价刚。 2 0 世纪5 0 年代，中国学者开始对全国主要河流、湖泊以及水库进行水质评 价工作。1 9 7 2 年，包含了水质评价内容的北京西郊环境质量评价研究树立 了我国水质评价研究上的第一个里程碑【5 j 。随后又相继提出了综合污染指数，“有 机污染评价值 以及“水域质量综合指标”，用于水质的评价。1 9 8 1 年第一次全 国水质评价，采用了三种方法( 包括单项评价法、地图重叠法和按河长加权的水 质指数算术均值法) 对全国范围的水体水质进行评价【6 】。 目前，用于水环境质量评价的方法有很多，总体可以归纳为两类：确定性水 质评价和基于复杂理论的水质评价【7 1 。 1 2 1 1 确定性水质评价法 确定性水质评价法又可称为指数评价法，是根据一定的标准按照相应的计算 方法得到水体单因子或综合指数，从而对水体水质进行评价。 ( 1 ) 单因子评价法 单因子评价法是目前应用多广发的水质评价方法，它以各评价项目的监测值 与相应的标准进行比较，确定各项目的水质类别，然后以所有项目中最差类别为 整个水体的水质类别。其特点是简单明了，能够之间反应各项目的超标情况，缺 点是不能反应整个水体的综合情况。 ( 2 ) 综合指数评价法 在得到各项污染指数的基础上，通过各种数学手段将各项目的分指数综合得 到水体的污染指数即为综合指数评价法。由于处理分指数的数学手段不同，综合 指数评价法也存在着不同的形式，先后出现比较有代表性的有布朗水质指数( 美 国) 【8 】，内梅罗法( 美国) 【9 1 ，r o s s 水质指数( 英国) 【10 1 ，水质质量系数法 等。还有比较简单的叠加型指数法、均值型指数法、加权均值法等。综合指数评 价法的最大特点是弥补了单因子评价法的不足，一定程度上能够反映水体的综合 污染情况，因此大量被人们采用。其缺点是由于缺少晚上统一的分级体系，评价 结果有一定的主观性。 1 2 1 2 基于复杂理论的水质评价方法 近年来，水质评价方法随着新的理论方法的出现和计算机技术的推广而不断 发展【1 2 。应用较为广泛的有： ( 1 ) 模糊评价法 一方面水环境本身存在大量不确定性因素，其污染程度和水质分级都存在模 糊性；另一方面随着计算机技术的房展，模糊数学评价法越来越受到学者们的重 视，并被广泛用于水质综合评价【13 1 。它通过监测数据建立各因子指标对相应标 准的隶属度集，形成隶属度矩阵，再用因子的权重集乘以隶属度矩阵，获得一个 综合评判集，从而得到水体水质的综合评价结果【1 4 】。应用较多的方法有模糊聚 类法【1 5 】、模糊综合指标法1 6 1 、模糊贴近度法 1 7 】、模糊距离法等等。柳军- 。1 建 立了用于区域水环境质量评价的多级模糊综合评价模型，从而对整个水环境质量 ( 包括水质，底质，水生生物质量和水体富营养化) 进行综合评价。评价因子隶 属度的分析计算和权重的分配是模糊评价法的两个关键口0 1 ，田景环等【2 l 】将最优权 法引入模糊评价确定各评价因子的权重，避免了确定权重的主观任意性，徐晓云 【2 2 1 把浓度超标赋权法和熵权法结果起来用以确定评价因子的权重，使模糊评价结 果更为合理。卢文喜等【2 3 】将层次分析法与模糊综合评价结合起来也取得较好的结 果。王涛等【2 4 】贝4 比较了模糊综合评价中的三种不同权重计算方法，评价结果均 较好。 ( 2 ) 灰色评价法 由于水环境系统中的数据信息是不完全的或者不确定的，因此可将其视为一 个灰色系统，通过计算水环境系统中各项目实测值与各级水质标准的关联度，再 根据关联度大小确定尸体水质级别的方法即为灰色评价法【2 5 1 。灰色系统理论进 行水质综合评价的方法有很多，许多学者对该方法进行改进或是与其他方法联 用，均取得较好结果。蓝华秀等【2 6 1 运用灰色聚类法对宁德市金涵水库富营养类 型进行了评价。陈玲等【2 7 】基于灰色关联度分析法对常州市北市河进行了1 2 个 月的水质评价。其他的灰色评价法还有灰色模式识别法、等斜率灰色聚类法、区 域灰色决策法、加权灰色局势决策法、梯形灰色聚类法、灰色贴近度分析法、灰 色局势决策评价法等【2 8 】。 ( 3 ) 物元分析法 2 0 世纪8 0 年代初，我国学者蔡文教授创立了物元模型，用于解决不相容的 复杂问题，适合于多因子评价。冯玉国最早将物元分析法用于水质综合评价， 结果表明该方法计算简便，评价合理。王玲杰等1 采用模糊数学法，灰关联法和 物元分析法对淮河淮南段水质进行评价，结果显示物元分析法评价结果优于另外 两种方法。肖玖金等 3 1 1 则利用物元可拓法对长江中下游4 5 个主要湖泊水质进行 了综合评价。 ( 4 ) 人工神经网络法 8 0 年代以来，人工神经网络发展迅速，它通过模拟人脑神经网络处理记忆 信息的方式来对信息进行处理，从而解决一些模糊性的和不确定性的问题，因此 越来越多的用于水质评价工作当中，训练后的人工神经网络具有具有运算速度 快、评价客观的优点。刘国东等3 2 1 用b p 网络和h o p f i e l d 网络模型对成都东风水 库是指进行了评价。宋国浩f 3 3 】以弹性b p 算法建立了湖泊富营养化评价神经网络 用于评价重庆长寿湖富营养化程度。姜云超等则探讨了b p 与s o m 人工神经 网络模型和模糊综合评价法用于水质评价时的科学合理性和适用范围。 ( 5 ) 投影寻踪综合评价法 投影寻踪算法是2 0 世纪7 0 年代f r i e d m a l l 提出的多元数据分析法【3 5 】。其基 本步骤是：利用计算机技术，通过某种组合，把高维数据投影到低维子空间上； 通过极小化某个投影指标，寻找能反映出高维数据的结果或特征的投影；指标权 重的获取；在低维空间上分析数据结构，进行样本分类；评价待测样本。由于它 在一定程度上可以解决水质评价中的非线性问题，因此逐渐成为了水质综合评价 中常用的方法之一。张欣莉等3 6 1 采用投影寻踪算法对成都东风水库水质进行了 评价，金菊良等【3 7 】应用投影寻踪模型对湖泊水质富营养化综合评价。邵磊等【3 8 】， 龙美林等【3 9 】贝0 分别对投影寻踪算法进行了改进用于水质的评价。 1 2 2 底质评价 水体沉积物是指沉积在河流、湖泊、海洋等水体内的松散矿物质颗粒或有机 质，包括砾石、砂、粘土、灰泥、生物骸等，一般分为四个部分4 们。沉积物通 过许多物理的、化学的及生物的过程而沉积在水体底部区域，水体沉积物是水环 4 境金属污染的指示者，是水环境的重要组成部分。 1 2 2 1 水体沉积物环境质量评价 对沉积物环境质量的正确综合评价是进一步控制和处理沉积物污染的基础。 迄今为此，国内国外都还没有沉积物环境质量评价的标准，研究沉积物环境综合 评价的学者大多采取自行制定标准的方法。 s d e g e t t o 等【4 l 】学者对湖泊的沉积物污染进行了评价和动力学研究。 a i u l s o f i ew e m e r s s o n 等【4 2 1 对海洋沉积物污染状况进行了评价分析，引起了人们 对海洋污染的关注，为受污染海洋的治理奠定了基础。国内研究较多是采用有机 指数法对水体沉积物肥力状况进行评价，隋桂荣【4 3 ，删最早提出该方法并用于太湖 底质进行评价，而后张雷h 副等利用该方法对西太湖入湖口区沉积物污染状况进行 了评价，随后还有其他学者利用该方法对巢湖4 6 1 、洋河水库m 7 1 、长湖4 8 1 、世博 园区水体【4 9 1 以及洪泽湖刚沉积物污染状况进行评价。此外，还有学者采用了其 他方法对沉积物环境质量进行评价，如张成云【5 1 1 等测定了张家岩水库底质中的 镉、砷、六六六、化学耗氧量和硝酸盐氮等，用综合污染指数评价法进行判定评 价，结果表明仅砷为轻污染，其余项目均为清洁；吴明等【5 2 1 以加拿大安大略省 环境和能源部制定的环境质量评价标准为依据对西溪国家湿地公园水体底泥总 氮总磷进行评价。余国安等【5 3 】以n o a a 泥沙质量标准和背景值质量标准采用模 糊综合评价对长江中游底泥质量进行评价，结果显示，干流底泥质量总体较好而 湖泊点底泥质量不容乐观。 1 2 2 2 水体沉积物重金属污染评价 早在1 9 7 8 年f o r s t n e r 就提出了“沉积物是水环境重金属污染的指示剂 ，重 金属在水环境中广泛存在，价态变化大，易水解生成氢氧化物，并可能生成硫化 物、碳酸盐等极易沉淀的化合物。另外，重金属能与各种阴离子、有机分子生成 配位络合物和鳌合物，并易吸附在矿物和有机物上。水环境中的重金属倾向于与 悬浮物结合，并随之沉降到底部沉积物，底部沉积物对上覆水中金属的富集作用 可高达数千倍。由此可见，研究沉积物中重金属的污染是非常必要的。 水体沉积物重金属污染研究较多，其评价方法也较多，大致可分为三种5 4 】： 基于重金属总量的评价方法，如地累积指数法、潜在生态风险指数法【5 5 】，沉积 物富集系数法等；基于重金属形态的评价方法，如次生相与原生相分布比值法， 次生相富集系数法5 印；基于a v s s e m 比值的潜在生物毒性评价防5 9 1 。此外单项 和内梅罗指数评价方法6 0 1 ，模糊数学方法【6 l 】，综合指数法嘲等也有所应用。不 同方法的论依据不同，因此学者们在评价时常采用多种方法。下面简单介绍基于 重金属总量评价的两种常用方法。 ( 1 ) 地累积指数法 此法是由德国海得堡大学沉积物研究所的科学家m i i l t e r 在1 9 7 9 年提出的。 由于其简单易行等特点，国内外学者应用广泛。r u b i o 等【6 3 1 利用该方法对西班牙 北部的鼬ad ev i g o 地区表层沉积物进行了污染评价。齐晓君 删等，罗燕等 先后利用地累积指数法对大伙房水库底质及各入库断面的底质重金属进行评价。 刘金铃等嗣和尚林源等6 7 1 采用地累积指数法分别对珠江水系东江和密云水库底 泥中的重金属污染状况进行评价，结果表明两处底泥中重金属污染程度不尽相 同。 ( 2 ) 潜在生态风险指数法 重金属的潜在生态危害评价法是通过建立潜在生态危害指数评价标准，确定 毒性响应系数计算出重金属的潜在生态危害指数。目前，该方法在水域生态风险 分析和评价方面己经有了较为广泛的应用，在我国的应用也较为广泛，不少文献 【6 8 - 7 0 】介绍了利用该法进行水域生态风险性分析和评价，并对水域的生态风险性进 行定量分析作出了有益的尝试。 1 3 研究内容和技术路线 1 3 1 研究内容 本文在资料收集和现场调查的基础上，于2 0 11 年8 月、1 1 月及2 0 1 2 年3 月分别对王圈水库水质和底质进行了现场监测及采样分析，根据监测资料对水质 和底质的质量现状进行了评价，具体研究内容包括： ( 1 ) 水质动态监测根据水库的地形特征和研究目的，设立了1 5 个监测垂 线，对水质进行动态监测，包括表层水体监测和分层监测。通过监测调查分析了 水库水质的时空分布特征。 青岛王圈水库水环境立体监测与现状评价 ( 2 ) 水质现状评价根据监测资料，利用单因子评价法和模糊综合评价法对 不同时期是水库的水质进行评价，考虑到水库污染的特征，还进行了垂向水质的 评价。 ( 3 ) 底质监测与污染状况分析在1 5 个水质采样点采集水样的同时，还对 水库底泥进行了采集，分析了底泥中营养盐及重金属铁锰的时空分布特征。 ( 4 ) 底质污染状况评价根据底泥的动态监测资料，运用有机指数法对水库 底泥的有机污染现状进行评价，此外还利用地累积指数法和潜在生态风险指数法 对底泥中的重金属铁锰进行评价。 1 3 2 技术路线 本文的研究路线如下图所示： 库区自然地理、环境概 况资料收集和现场调查 i 上 1 l 水质动态监测 底质监测 i t i 水平监测 垂向监测 营养盐 重金属铣锰 l - i 水质评价 l 底质评价 评价结果 图1 1 技术路线图 青岛王圈水库水环境立体监测与现状评价 2 研究区概况 2 1 自然地理 2 1 。1 地理位置 王圈水库位于青岛市即墨大官庄乡王圈村东的莲阴河中上游，在城区东北2 5 公里处，地理位置为东经1 2 0 0 3 4 1 2 0 0 3 7 ，北纬3 6 0 2 7 3 6 0 2 9 ( 如图2 1 所示) ， 建成于1 9 6 0 年，是一座多功能型的水库，最开始以防洪灌溉为主，担负着下游 5 8 个村庄居民的防洪任务，后开始实行供水，集防洪、供水、生态功能于一体。 王圈水库总库容3 4 6 0 万m 3 ，是即墨市库容最大的水库，该水库日供水能力可达 4 万m 3 ，年供水量约为7 0 0 万m 3 ，已经成为城区及东部区域的重要饮用水源地。 水库地处即墨市店集镇、龙泉镇与温泉镇交界，整个流域范围涉及5 6 个村庄， 共有2 0 余条汇水干支流，约4 3 公里干支输水渠道。 2 1 2 水文 图2 1 王圈水库地理位置 王圈水库位于山东省即墨市东北部2 5 k m 处，莲阴河中上游，是一座以防洪、 灌溉以及供水为主的中型水库。总流域面积7 2 姘，其中本流域面积4 4 k m 2 ，引 入流域面积2 8 k m 2 。水库所在流域属于山丘区，流域形状呈扇形，地势由南向北 倾斜，坝址以上干流长度1 4 1 跏，干流坡降为o 0 0 2 5 ，流域长9 1 k m ，平均宽 4 9 k m 。流域内还建有果园、汪北两座小( 二) 型水库，控制流域面积为7 9 耐， 总库容6 2 6 万m 3 ，兴利库容2 5 4 万m j 。 青岛王圈水库水环境立体监测与现状评价 莲阴河发源于龙泉镇莲花山，河道北去，纵贯龙泉镇境内，转东北穿过店集 镇、金口镇，经小埠、果园、石门、蒲渠店、西王圈、店东、吴疃、枣行、马坪、 河西、青山后、南渠，至周疃东注入丁字湾。该河过去河名因发源地而定，清代 则称之为周疃河。而今只有南阡境内河段因流经周疃以东而称周疃河。王圈水库 以下至山东拦河闸段河道全长1 5 2 公里，平均坡降1 2 5 o ，流域面积7 5 7 8 平方 公里。 2 1 3 气候特征 王圈水库位于即墨市东北部，地处于北温带沿海区域，加之海洋环境的直接 调节，又具有显著的海洋性气候特点。夏无酷暑，冬无严寒，温润相济，气候宜 人。春季气温回升缓慢，较内陆迟1 个月；夏季温热多雨，但无酷暑；秋季天高 气爽，降水少，蒸发强；冬季风大温低，持续时间较长。年平均气温为1 2 。 无霜期1 9 6 2 3 4 天，农种期2 7 9 2 9 0 天，年平均日照时数为2 6 6 2 9 小时，年 平均风速2 2 州s ，以西南风为主导风向。多年平均降雨量6 3 5 n u l l ，降雨量年内、 年际变化幅度较大，其中汛期( 6 9 月) 降雨量约占全年降雨量的7 0 。最大年 降雨量1 3 6 7 6 瑚m ( 1 9 6 4 年) ，最小年降雨量仅3 9 5 5 m m ( 1 9 9 7 年) 。 2 1 4 地形地貌 王圈水库处于胶东丘陵西部，在大地构造单元上属于中朝准地台的鲁东迭台 隆，水库所在区域为龙洞隆起的胶莱凹陷带。据有关资料，该地区区域地质构造 复杂，在水库附近有即墨断层通过，走向为北北东方向，倾向东南，倾角5 5 0 6 7 0 。 沿断层线上有上升泉。受断层的影响，本区地质构造较复杂，有水平断层和背斜、 向斜等小的构造。局部岩层受构造应力影响产生节理，其中e w 方向、s w 和 n w 方向较发育，岩石比较破碎。 水库大坝上游的西北部、西南部和东南部为山地和丘陵地貌，岩石裸露，地 形较陡，属侵蚀构造地貌和山前河谷冲洪积堆积地貌。该区基岩多为白垩系莱阳 群凝灰岩、火山砾岩和泥质砂岩。自燕山运动以来，上升显著，侵蚀作用强烈， 库区两侧山坡多风化成缓坡状，冲沟发育。第四系地层主要为冲洪积地层和残坡 积地层，大部分地段基岩裸露，库区两侧堆积大块漂砾和山体崩落的岩石。坝下 游谷地相对开阔，为大面积的耕地和村镇区，坝北侧有傍山而建的王圈村。坝上 9 青岛王圈水库水环境立体监测与现状评价 游约1 公里，右岸山坡处有小王圈村。 2 1 5 水文地质 王圈水库处于莲阴河流域中上游，第四系地层多为坡积物和残积物，孔隙多， 较疏松，雨水易透入下部基岩裂隙中，同时由于该地区构造复杂，岩石节理和裂 隙发育。地下水类型主要为孔隙潜水和裂隙水，具有微承压性，主要补给来源为 河流补给和大气降水。因此该区地下水水位浅，水位埋深1 2 m ，单井涌水量小 于1 0 0 m 3 d ，地下水类型为h c 0 3 c a 型，矿化度小于1 9 l 。 2 2 工程概况 2 2 1 水利工程 王圈水库位于即墨市东北部2 5 k m ，坝址坐落在店集镇西王圈村东北约1 2 k m 的莲阴河上，坝址以上干流长度1 4 1 k m ，控制流域面积7 2m 2 ，流域内多年平均 降雨量6 3 5 m m ，多年平均径流量1 2 2 0 万m 3 。王圈水库总库容为3 4 6 0 万m 3 ，校 核水位4 8 3 0 m ，设计洪水位4 7 5 6 m ，兴利水位及兴利库容分别为4 4 9 0 m 和2 1 8 0 万m 3 ，死水位及死库容分别为3 1 0 3 m 和4 4 万m 3 。王圈水库防洪效益为百年一 遇及千年一遇洪水削减洪峰分别可以达到5 9 5 和5 8 5 【7 1j 。水库建成后，莲阴 河洪峰流量可以被减到下游河道安全泄量( 4 2 2 m 3 s ) 以内，下游河道的防洪能 力得到巨大的提高，从而减轻了洪水对下游居民的危害，工程带来了显著的社会 效益、经济效益以及环境效益。 王圈水库于1 9 5 9 年1 1 月开工，1 9 6 0 年8 月基本完工，并开始蓄水。后经几 次加固改造达到现状规模，枢纽建筑物主要由大坝、溢洪道、输水洞和非常溢洪 道等组成。水库现状坝顶高程5 0 5 m ，坝长1 1 1 5 m ，主、副坝均为均质土坝，主 坝长2 0 0 m ，最大坝高2 5 5 m ，坝顶宽6 o m ，副坝长9 5 0 m 。迎水坡在高程4 4 9 m 设置一个宽1 m 的浆砌石戗台，戗台以上坡比为1 ：3 ，戗台以下坡比1 ：3 1 ：4 5 。 大坝背水坡为1 ：3 o 。溢洪道位于大坝东端，型式为开敞式宽顶堰，最大泄量7 3 0 m 3 s 。堰上设有w e s 型实用堰，高0 9 m ，堰顶宽3 0 8 m ，堰顶高程4 4 9 m ，设 计泄量2 9 3 2 m 3 s ，校核泄量4 2 5 9 m ) s 。放水洞为廊道式压力钢筋混凝土管，位 于大坝0 + 7 6 0 桩号，全洞长1 0 4 9 4 m ，由廊道、进口段、闸室段、出口段组成， 设计流量3 7 4 r n 3 s ，设计排洪放水能力5m 3 s 。进口段4 9 2 9 m ，闸室段5 1 m ， 青岛王圈水库水环境立体监测与现状评价 出口端5 0 5 5 m 。进、出口底高程均为3 1 0 3 m 。进口喇叭口段长1 6 m ，廊道底宽 1 7 m ，高1 5 m 。 2 2 2 供水能力 早在1 9 6 5 年，王圈水库就建立了灌区，其灌溉面积可到3 7 4 万m 3 ，设计灌 溉保证率5 0 ，最初年设计引水量为o 1 3 3 1 亿m 3 ，1 9 8 1 年实际引水只有o 0 1 1 3 亿m 3 ，远未达到设计引水量，其后由于缺少经费，灌区建筑物失修导致不能利 用，水库功能转向供水。1 9 6 8 年至1 9 8 1 年水库向卫东造纸厂供水，年最大供水 量2 0 0 万m 3 。1 9 8 9 年水库开始向即墨市城区供水，设计日供水能力1 8 万吨【7 0 】， 2 0 0 3 年水库又开始向即墨市东部区域供水，日供水能力可达2 万吨，如今王圈 水库已经成为即墨市城区及东部区域工业生产和居民生活用水的重要水源地。表 2 1 为0 6 1 1 年王圈水库的实际供水量。 表2 。1 王圈水库管理所2 0 0 6 2 0 11 年供水量统计( 万m 3 ) 月份 2 0 0 6 年2 0 0 7 年2 0 0 8 年2 0 0 9 年2 0 1 0 年2 0 1 1 年 l4 1 3 8 27 6 8 0 34 8 8 6 4 4 9 6 9 55 7 7 2 66 2 0 5 75 9 11 84 4 6 4 9 2 3 6 4 1 0 4 3 8 7 1 1 6 4 8 6 1 2 6 8 3 3 合 十 6 4 0 9 5 6 9 7 9 5 5 9 4 6 6 4 3 5 8 9 1 6 5 8 0 5 1 2 9 5 5 3 6 2 3 4 9 2 2 2 3 0 2 6 0 8 9 4 4 1 2 5 4 2 0 5 4 4 8 1 6 3 7 2 1 3 1 4 4 6 6 9 8 6 6 3 4 5 7 4 8 2 2 2 5 1 0 5 4 4 2 7 2 6 5 7 4 1 1 9 5 7 4 7 9 3 4 5 0 4 3 9 5 8 5 7 6 0 4 2 3 5 2 3 5 2 1 8 9 7 4 8 5 4 5 9 5 7 5 8 7 7 5 9 3 2 5 4 3 l 3 7 1 l 4 6 0 2 6 7 3 1 7 4 1 2 8 1 0 7 4 8 5 6 5 4 0 5 4 2 1 l 4 5 6 0 5 4 2 1 4 2 4 5 2 6 8 4 5 9 0 5 5 6 0 4 6 5 4 5 5 5 8 6 5 0 0 4 8 0 0 5 4 0 0 4 8 。0 0 6 1 8 6 7 1 5 5 4 6 7 7 7 4 8 1 9 45 6 1 4 4 6 6 3 7 95 9 7 1 6 2 3 社会经济现状 王圈水库地处青岛市即墨店集镇、龙泉镇与温泉镇三镇交界，整个流域范围 青岛王圈水库水环境立体监测与现状评价 涉及5 6 个村庄。即墨店集镇位于青岛市近郊，即墨市东北部，总面积1 0 9 8 平 方公里，人口5 1 万。南距青岛国际机场2 5 公里；西距青烟一级公路8 公里， 距蓝村铁路蓝村编组站3 0 公里；北抵烟台、威海车行均不足2 小时；青威级 公路纵贯境内1 4 4 公里，并与济青高速公路相连，地理位置优越。全镇耕地面 积6 7 0 0 公顷，土质肥沃，非常适宜于粮食和蔬菜生长。近年来，店集镇着力引 进高科技含量企业，加快机械铸造业基地建设和农村劳动力培训转移步伐，形成 了以机械铸造加工业为支柱产业，以服装纺织、制鞋、农产品加工等劳动密集型 产业为辅的产业发展体系，为实现店集镇又好又快发展，打造经济强镇夯实了基 础。 温泉镇在青岛市区东部4 0 公里处，地处即墨鳌山卫版块，交通枢纽位置， 联接威海三市一区，是威荣、石烟、青威公路的交汇点，交通发达。全镇总面积 8 8 平方公里，辖5 0 个行政村、总人口5 万，人口自然增长率1 0 1 。，是青岛地 区待开发的集自然和人文景观为一体的现代旅游居住胜地。该镇境内人文地貌独 特，四舍山和钱崮山闻名遐迩；1 8 公里海岸线，蜿蜒回环；3 处港湾，风光旖旎， 适合浅海养殖条件；自然浴场，沙质细腻，大有开发潜力；皋虞古城、古汉墓群、 丁戈庄大汶口文化遗址、西周墓群等多处古迹，可修复开发为旅游景点。地热资 源得天独厚，面大量广，水质清澈，含硫量低，水温最高达9 3 ，含有3 0 种化 学元素，对各种疾病有着显著疗效。这里原有5 处省、市级疗养院，加上新建的 国家石油物探局培训中心、中国银行山东分行金融研修学校、邮电公寓等三家度 假村，配有全国最大的室内温泉游泳馆等多处娱乐健身场所，构成了一个规模宏 大、环境幽雅、设备和功能齐全的疗养、度假区。 龙泉镇位于山东半岛东南部，在素有“青岛后院”之称的即墨市东郊，东涉 黄海，南依崂山，北与华山国际乡村俱乐部毗邻，总面积1 0 8 5 平方公里。辖6 5 个行政村，人口5 6 万，耕地6 9 万亩， 积达1 0 万多亩，农作物以玉米、花生、 山丘面积1 2 万亩。全镇农作物种植面 小麦、地瓜等农产品为主；龙泉镇还是 青岛市重要的蔬菜、瓜果生产基地之一，主要种植番茄、黄瓜、辣椒、西瓜等多 种蔬菜瓜果；在植树造林事业中，龙泉镇成材林与经济林并举，近几年来，全镇 成材林栽植近二百万株，经济林达一万亩。养殖业也已形成规模，主要从事鸡、 猪、鸭等良种家禽的养殖。 青岛王圈水库水环境立体监测与现状评价 3 王圈水库水质与底质的立体监测 在充分掌握王圈水库水源地的自然地理、水库工程概况、库区环境现状和社 会经济现状等资料的基础上，对水库水体进行布点监测，同时采集代表性水样和 沉积物样，以确定水库水质与沉积物质量的季节性变化特征。 3 1 样品的采集与分析 3 1 1 监测与采样点位 3 1 1 1 水质采样点与采样垂线布置 监测点的布置直接关系到监测结果的可靠性和实用性，它必须符合合理性原 则、整体性原则、代表性原则、可行性原则和经济性原则。表3 1 ，3 2 分别为 水环境监测规范中水库采样垂线及采样点的布设要求，根据规范，结合青岛 市王圈水库实际形态特征，进行布点。 为了全面分析王圈水库水体环境特征，在库区设置6 个监测断面( a f ) ， 其中断面a 、b 、d 、e 设置3 条采样垂线，断面c 及f 设置1 条采样垂线，如 图3 1 所示。此外在水库的主要入库河流莲阴河入库口设置断面g 。采样垂线全 部采用g p s 准备定位，具体坐标见表3 3 。 表3 1 水库采样垂线布设 表3 2 采样点布设 水环境监测规范指出，水库采样垂线上采样点的布置按表3