丹江口水库水质变化特征与评价

丹江口水库水质变化特征与评价

obs-keyer-currentgrids是中国在过去几年中对水资源进行调整的一个伟大的战略基础工程。从生态环境的角度来看，这不仅是一个流域中的水调节项目，也是一个规模大的生态环境项目。近期水源地丹江口水库跨越鄂、豫、陕三省,总干渠将从河南省南阳市淅川县陶岔为渠首向北引水,以缓解京、津、华北地区水资源危机,为京、津及河南、河北沿线城市生活、工业增加供水6.4×1010m3,增供农业供水3.0×1010m3,将大大改善用水区生态环境和投资条件,推动我国中部地区的经济发展,因此输水水质安全保障极其重要,对水源供水质量的要求既要有相对的高标准,又要有长期的稳定。有关水库水土保持、水环境质量现状等已经有较多的报道,而对库区水质进行系统、详细的分析和评价还不多见,因此本文根据2000~2001年监测数据,对丹江口水库水体中主要营养盐变化特征进行分析与评价,目的在于获取水质变化特征,为系统研究丹江口水库的生态环境及其对水库水质的影响提供科学依据。1丹江东南角水利工程概况丹江口水利枢纽位于丹江汇入汉江干流的汇口以下0.8km处,是由汉江与支流丹江2个库区组成的并联水库,库区位于北亚热带与暖温带过渡区域(N106°12′~111°26′,E31°24′~34°11′),流域面积9.52×104km2,多年平均径流量4.09×1010m3,是1座具防洪、发电、灌溉等综合效益的大型水利工程,1968年丹江口水利枢纽蓄水运行时,正常蓄水位157m,总库容174.5×108m3,其中汉江库区库容94×108m3,库面积380km2;丹江库区库容80.5×108m3,库面积365km2。洪水期,汉江水量倒流丹江库区。2个库区沿程宽、窄相间的库形特征明显,其中汉江库区内郧县、老均县两库段最宽达2.8~4.3km,最窄仅370m;丹江库区淅川、李官桥两库段最宽达3.5~10.0km,最窄仅248m。区域内气候温和湿润,多年平均气温12.2℃,多年平均降水量987mm,年内分配不均,5~10月占全年的80%,且多以暴雨形式出现。水沙量也主要集中在5~10月汛期内,多年平均径流量379×108m3,其中5~10月占全年水量的78.3%;多年平均输沙量1.15×108t,5~10月占全年的95%。2监测断面位置以丹江口水库入库干流(汉江)、支流(丹江)和大坝围成的区域及汉江的襄樊站为水质评价范围,选取断面包括入库控制断面白河站、白河省界断面、夹河口断面、丹江口站(坝上和坝下断面)、凉水河站、襄樊站(白家湾、襄阳、湖北制药厂、小清河、唐白河断面)和引丹干渠清泉沟站;各监测断面编号依次为1~12,位置分布见图1。依据CJ3020-93生活饮用水水源水质标准(以下简称CJ3020-93)和GB3838-2002地表水环境质量标准(以下简称GB3838-2002)分析和评价pH值、悬浮物(SS)、总硬度、溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(CODMn)、氨氮(NH3-N)、硝酸盐氮(NO3-N)、亚硝酸盐氮(NO2-N)、总磷(T-P)等指标。3分析与讨论3.1水质指标对水质的影响根据12个监测断面的水质指标(表1),2000~2001年期间气温和水温变化不大,均在15.4~19.0℃之间变动(唐白河口和小清河口较高);丹江口水库水体pH值的变化范围在7.9~8.8之间,其中坝下最高,究其原因可能为坝下水文监测断面为黄家港水文测流断面,位于湖北省丹江口市公路桥下首,距湖北省丹江口市大坝6km,右岸上游有安乐河汇入,丹江口市化肥、化工、电镀和生活污水的流入使得坝下断面水体pH值增高,增高的pH值通过改变物质的带电状态和微生物细胞内各类酶空间结构,进而影响到微生物的正常生理活动(最适pH值在中性附近,即pH值=6.5~7.5),进一步影响水体自净程度;电导率是反映液体传导电流的能力,可溶性离子越多,电导率越大,杨浩文等对肇庆星湖水质监测和分析后,得出电导率与总氮和总磷有一定的正相关关系,可以在一定程度上反映水体的营养水平,丹江口水库水体资料表明,电导率在291.7~631.6μs/cm之间,唐白河口和小清河口较高,间接地反映了其他指标在这2个断面的变化趋势。总硬度均低于200mg/L,远小于CJ3020-93Ⅰ类限值350mg/L,对水质影响不大。一般来说,正常水体中溶解氧的饱和浓度约为9.0mg/L,白河、白家湾、白河省界3个监测断面DO浓度基本处于饱和状态,其次为坝下、襄阳和清泉沟,均符合GB3838-2002Ⅰ类限值,只有小清河口和唐白河口较低,最低值为2001年小清河口的3.8mg/L,低于Ⅲ类限值5mg/L(图2a),极大地影响了水体中耗氧生物的生长及生物降解污染物的速度。悬浮物(SS)降低水质透光度,使水质混浊,影响水生生物的呼吸和代谢作用,对水体生态系统的影响不可忽视。SS变化曲线如图2b,最高峰要数2000年白河断面的970.5mg/L,对其贡献最大的为6月和7月,这2个月为白河的洪水期,流量分别为1200和2580m3/s,水位高达176.8m,前5个月流量最高为220m3/s,干旱的状态和流量的突增,使得大量泥沙流入水体,SS由5月的7.0mg/L上升至6月的10927.8mg/L,类似的状况出现在2001年的7月和10月;到白河省界监测断面,浮游泥沙的沉淀使SS逐渐减少,至坝上断面时已降至1.7mg/L;其次为唐白河口断面的185.7mg/L,主要来自于7月的997mg/L,但其他指标没有相应增大,可能与泥沙具有吸附磷等有害物质的功能有关。3.2符合保障指标的变化CODMn是量度水体中有机污染物的一个重要指标(图2c)。2年期间,小清河口的CODMn均为最高,2000和2001年分别为30.47和49.58mg/L,贡献最大的均为5月份的75.6和77.1mg/L,参考其他指标的变化,如铜和总砷在这个阶段的大幅度增加,可以推断出,CODMn的增加不仅与汛期降雨产生的地表径流有关,大部分直接和间接来自于生活污水和工业废水的排放,同时导致小清河口断面其他指标大幅度地增加;其余断面CODMn在1.57~2.59mg/L范围内变动,符合GB3838-2002Ⅰ和Ⅱ类。3.30年总磷浓度突增磷是有机物中的一种主要元素,在微生物生长的重要营养物质中仅次于氮。过多的磷排入水体,将引起水体的富营养化,是藻类生长旺盛,从而破坏水体耗氧和复氧的平衡,水质恶化,同时藻类的死亡将释放藻毒素,进一步污染水体,GB3838-2002Ⅱ类限值规定一般水体总磷浓度应低于0.1mg/L,对非流动水体(湖泊、水库等)则为0.025mg/L。图2d显示,2000年白河至湖北制药厂断面总磷浓度均符合一般水体浓度要求,只有坝上和凉水河低于湖、库Ⅱ类限值,白河省界和湖北制药厂总磷浓度均为0.09mg/L,可能与该区域内洗涤剂的使用、磷矿厂的污染、居民生活污水的排放和农业施肥有关;2001年白河和白河省界总磷浓度低于2000年,其余均高于或等同于上年(缺失数据除外);小清河口和唐白河口2000年总磷浓度突增,与表1悬浮物、电导率和图2NH3-N等指标变化趋势相一致,这与两断面纳污状况有关。氮是微生物生长的重要营养元素,水中有机化合物中,以氮化合物为最不稳定,易受微生物作用,成为简单的无机氮化合物。无氧时,氨为最终产物;有氧存在时,则逐步转变为NO2-N、NO3-N。有机氮化合物逐渐转变为氨、NO2-N、NO3-N的情况,表示了水净化程度。水中存在NH3-N,则表示水中的有机氮正在分解,NH3-N很高,则表示不久前曾受过严重污染。图2显示,小清河口和唐白河口主要营养盐NH3-N、NO3-N、NO2-N、T-P、CODMn等浓度比其他断面高(图2e~g),污染程度较大。长江流域襄樊监测站包括5个断面:襄樊市襄阳白家湾、襄阳水文测流(位于襄樊市铁路大桥上首)、湖北制药厂(湖北制药厂下首)、小清河口(襄樊市小清河入汉江口)和唐白河口(襄樊市张湾唐白河入汉江口),监测河段全长26km,河段两岸为湖北省襄樊市,工业较发达,绝大部分排污在襄阳水文站测流断面和湖北制药厂断面之间汇入,湖北制药厂断面左岸受小清河、唐白河影响,右岸上游紧挨湖北制药厂排污口,左右两岸各形成1条污染带,小清河口聚集了樊城的大部分污水,唐白河口上游是襄阳县工业区,主要有化肥厂、化工厂。两断面NH3-N含量高于NO3-N和亚硝酸盐,是点源氮污染的主要形态,来自于城市污水和工业废水排水中主要的矿质氮。NH3-N最高为2001年小清河口的4.21mg/L,溶解氧为3.8mg/L,NO3-N和NO2-N分别为0.81和0.16mg/L,缺氧状态使得硝化作用极弱;其次为2000年的3.08和3.57mg/L,而NO3-N含量却高于2001年,原因为溶解氧的浓度几乎为2001年的2倍,硝化作用增强。其余断面NO2-N含量较稳定,在0.01~0.03mg/L之间变动,NH3-N在0.02~0.42mg/L之间,NO3-N在0.98~1.21mg/L之间,大部分高于NH3-N和NO2-N浓度,说明在有氧的状态下,硝化作用较强,NO3-N污染主要来自于非点源,如降雨对农田水土的淋溶和冲刷,土壤中矿化释放的NH4+-N以及肥料胺,很快被氧化为NO3-N,含量可占氮总量的80%;指标均符合CJ3020-93Ⅰ类限值。4形态、微生物指标和营养盐负荷通过对2000~2001年丹江口水库水质,尤其是营养盐的变化特征进行分析和评价,得到如下结果:(1)整体水质的变化特征2年间气温和水温变化不大,均在15.4~19.0℃之间变动;pH值为中性偏碱,变化范围为7.9~8.8,坝下最高,可能与丹江口市化肥、化工和电镀废水的流入有关;电导率处于291.7~631.6之间;总硬度远小于CJ3020-93生活饮用水水源水质Ⅰ类限值;小清河口和唐白河口DO浓度较低,其中2001年小清河口低于Ⅲ类限值,其余断面均符合GB3838-2002地表水环境质量标准Ⅰ类限值;SS浓度最高值为2000年白河断面的970.5mg/L,贡献最大的为6月和7月洪水期,2001年的7月和10月有类似的状况。唐白河口2000年7月SS浓度为997mg/L,但其他指标没有相应增大。(2)有机污染负荷2000~2001年间小清河口的CODMn均为最高值分别为30.47和49.58mg/L,贡献最大的均为5月份;其余断面CODMn在1.57~2.59mg/L范围内变动,符合GB3838-2002地表水环境质量标准Ⅰ和Ⅱ类。(3)营养盐负荷的变动2000年白河至湖北制药厂断面总磷浓度均符合一般水体浓度要求,2001年白河和白河省界总磷浓度低于2000年,其余均高于或