丹江口水庫(kù)水質(zhì)變化特征與評(píng)價(jià)

丹江口水庫(kù)水質(zhì)變化特征與評(píng)價(jià)

obs-keyer-currentgrids是中國(guó)在過(guò)去幾年中對(duì)水資源進(jìn)行調(diào)整的一個(gè)偉大的戰(zhàn)略基礎(chǔ)工程。從生態(tài)環(huán)境的角度來(lái)看，這不僅是一個(gè)流域中的水調(diào)節(jié)項(xiàng)目，也是一個(gè)規(guī)模大的生態(tài)環(huán)境項(xiàng)目。近期水源地丹江口水庫(kù)跨越鄂、豫、陜?nèi)?總干渠將從河南省南陽(yáng)市淅川縣陶岔為渠首向北引水,以緩解京、津、華北地區(qū)水資源危機(jī),為京、津及河南、河北沿線城市生活、工業(yè)增加供水6.4×1010m3,增供農(nóng)業(yè)供水3.0×1010m3,將大大改善用水區(qū)生態(tài)環(huán)境和投資條件,推動(dòng)我國(guó)中部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,因此輸水水質(zhì)安全保障極其重要,對(duì)水源供水質(zhì)量的要求既要有相對(duì)的高標(biāo)準(zhǔn),又要有長(zhǎng)期的穩(wěn)定。有關(guān)水庫(kù)水土保持、水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀等已經(jīng)有較多的報(bào)道,而對(duì)庫(kù)區(qū)水質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)、詳細(xì)的分析和評(píng)價(jià)還不多見,因此本文根據(jù)2000~2001年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)丹江口水庫(kù)水體中主要營(yíng)養(yǎng)鹽變化特征進(jìn)行分析與評(píng)價(jià),目的在于獲取水質(zhì)變化特征,為系統(tǒng)研究丹江口水庫(kù)的生態(tài)環(huán)境及其對(duì)水庫(kù)水質(zhì)的影響提供科學(xué)依據(jù)。1丹江東南角水利工程概況丹江口水利樞紐位于丹江匯入漢江干流的匯口以下0.8km處,是由漢江與支流丹江2個(gè)庫(kù)區(qū)組成的并聯(lián)水庫(kù),庫(kù)區(qū)位于北亞熱帶與暖溫帶過(guò)渡區(qū)域(N106°12′~111°26′,E31°24′~34°11′),流域面積9.52×104km2,多年平均徑流量4.09×1010m3,是1座具防洪、發(fā)電、灌溉等綜合效益的大型水利工程,1968年丹江口水利樞紐蓄水運(yùn)行時(shí),正常蓄水位157m,總庫(kù)容174.5×108m3,其中漢江庫(kù)區(qū)庫(kù)容94×108m3,庫(kù)面積380km2;丹江庫(kù)區(qū)庫(kù)容80.5×108m3,庫(kù)面積365km2。洪水期,漢江水量倒流丹江庫(kù)區(qū)。2個(gè)庫(kù)區(qū)沿程寬、窄相間的庫(kù)形特征明顯,其中漢江庫(kù)區(qū)內(nèi)鄖縣、老均縣兩庫(kù)段最寬達(dá)2.8~4.3km,最窄僅370m;丹江庫(kù)區(qū)淅川、李官橋兩庫(kù)段最寬達(dá)3.5~10.0km,最窄僅248m。區(qū)域內(nèi)氣候溫和濕潤(rùn),多年平均氣溫12.2℃,多年平均降水量987mm,年內(nèi)分配不均,5~10月占全年的80%,且多以暴雨形式出現(xiàn)。水沙量也主要集中在5~10月汛期內(nèi),多年平均徑流量379×108m3,其中5~10月占全年水量的78.3%;多年平均輸沙量1.15×108t,5~10月占全年的95%。2監(jiān)測(cè)斷面位置以丹江口水庫(kù)入庫(kù)干流(漢江)、支流(丹江)和大壩圍成的區(qū)域及漢江的襄樊站為水質(zhì)評(píng)價(jià)范圍,選取斷面包括入庫(kù)控制斷面白河站、白河省界斷面、夾河口斷面、丹江口站(壩上和壩下斷面)、涼水河站、襄樊站(白家灣、襄陽(yáng)、湖北制藥廠、小清河、唐白河斷面)和引丹干渠清泉溝站;各監(jiān)測(cè)斷面編號(hào)依次為1~12,位置分布見圖1。依據(jù)CJ3020-93生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱CJ3020-93)和GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱GB3838-2002)分析和評(píng)價(jià)pH值、懸浮物(SS)、總硬度、溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、氨氮(NH3-N)、硝酸鹽氮(NO3-N)、亞硝酸鹽氮(NO2-N)、總磷(T-P)等指標(biāo)。3分析與討論3.1水質(zhì)指標(biāo)對(duì)水質(zhì)的影響根據(jù)12個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)指標(biāo)(表1),2000~2001年期間氣溫和水溫變化不大,均在15.4~19.0℃之間變動(dòng)(唐白河口和小清河口較高);丹江口水庫(kù)水體pH值的變化范圍在7.9~8.8之間,其中壩下最高,究其原因可能為壩下水文監(jiān)測(cè)斷面為黃家港水文測(cè)流斷面,位于湖北省丹江口市公路橋下首,距湖北省丹江口市大壩6km,右岸上游有安樂河匯入,丹江口市化肥、化工、電鍍和生活污水的流入使得壩下斷面水體pH值增高,增高的pH值通過(guò)改變物質(zhì)的帶電狀態(tài)和微生物細(xì)胞內(nèi)各類酶空間結(jié)構(gòu),進(jìn)而影響到微生物的正常生理活動(dòng)(最適pH值在中性附近,即pH值=6.5~7.5),進(jìn)一步影響水體自凈程度;電導(dǎo)率是反映液體傳導(dǎo)電流的能力,可溶性離子越多,電導(dǎo)率越大,楊浩文等對(duì)肇慶星湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)和分析后,得出電導(dǎo)率與總氮和總磷有一定的正相關(guān)關(guān)系,可以在一定程度上反映水體的營(yíng)養(yǎng)水平,丹江口水庫(kù)水體資料表明,電導(dǎo)率在291.7~631.6μs/cm之間,唐白河口和小清河口較高,間接地反映了其他指標(biāo)在這2個(gè)斷面的變化趨勢(shì)?？傆捕染陀?00mg/L,遠(yuǎn)小于CJ3020-93Ⅰ類限值350mg/L,對(duì)水質(zhì)影響不大。一般來(lái)說(shuō),正常水體中溶解氧的飽和濃度約為9.0mg/L,白河、白家灣、白河省界3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面DO濃度基本處于飽和狀態(tài),其次為壩下、襄陽(yáng)和清泉溝,均符合GB3838-2002Ⅰ類限值,只有小清河口和唐白河口較低,最低值為2001年小清河口的3.8mg/L,低于Ⅲ類限值5mg/L(圖2a),極大地影響了水體中耗氧生物的生長(zhǎng)及生物降解污染物的速度。懸浮物(SS)降低水質(zhì)透光度,使水質(zhì)混濁,影響水生生物的呼吸和代謝作用,對(duì)水體生態(tài)系統(tǒng)的影響不可忽視。SS變化曲線如圖2b,最高峰要數(shù)2000年白河斷面的970.5mg/L,對(duì)其貢獻(xiàn)最大的為6月和7月,這2個(gè)月為白河的洪水期,流量分別為1200和2580m3/s,水位高達(dá)176.8m,前5個(gè)月流量最高為220m3/s,干旱的狀態(tài)和流量的突增,使得大量泥沙流入水體,SS由5月的7.0mg/L上升至6月的10927.8mg/L,類似的狀況出現(xiàn)在2001年的7月和10月;到白河省界監(jiān)測(cè)斷面,浮游泥沙的沉淀使SS逐漸減少,至壩上斷面時(shí)已降至1.7mg/L;其次為唐白河口斷面的185.7mg/L,主要來(lái)自于7月的997mg/L,但其他指標(biāo)沒有相應(yīng)增大,可能與泥沙具有吸附磷等有害物質(zhì)的功能有關(guān)。3.2符合保障指標(biāo)的變化CODMn是量度水體中有機(jī)污染物的一個(gè)重要指標(biāo)(圖2c)。2年期間,小清河口的CODMn均為最高,2000和2001年分別為30.47和49.58mg/L,貢獻(xiàn)最大的均為5月份的75.6和77.1mg/L,參考其他指標(biāo)的變化,如銅和總砷在這個(gè)階段的大幅度增加,可以推斷出,CODMn的增加不僅與汛期降雨產(chǎn)生的地表徑流有關(guān),大部分直接和間接來(lái)自于生活污水和工業(yè)廢水的排放,同時(shí)導(dǎo)致小清河口斷面其他指標(biāo)大幅度地增加;其余斷面CODMn在1.57~2.59mg/L范圍內(nèi)變動(dòng),符合GB3838-2002Ⅰ和Ⅱ類。3.30年總磷濃度突增磷是有機(jī)物中的一種主要元素,在微生物生長(zhǎng)的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中僅次于氮。過(guò)多的磷排入水體,將引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化,是藻類生長(zhǎng)旺盛,從而破壞水體耗氧和復(fù)氧的平衡,水質(zhì)惡化,同時(shí)藻類的死亡將釋放藻毒素,進(jìn)一步污染水體,GB3838-2002Ⅱ類限值規(guī)定一般水體總磷濃度應(yīng)低于0.1mg/L,對(duì)非流動(dòng)水體(湖泊、水庫(kù)等)則為0.025mg/L。圖2d顯示,2000年白河至湖北制藥廠斷面總磷濃度均符合一般水體濃度要求,只有壩上和涼水河低于湖、庫(kù)Ⅱ類限值,白河省界和湖北制藥廠總磷濃度均為0.09mg/L,可能與該區(qū)域內(nèi)洗滌劑的使用、磷礦廠的污染、居民生活污水的排放和農(nóng)業(yè)施肥有關(guān);2001年白河和白河省界總磷濃度低于2000年,其余均高于或等同于上年(缺失數(shù)據(jù)除外);小清河口和唐白河口2000年總磷濃度突增,與表1懸浮物、電導(dǎo)率和圖2NH3-N等指標(biāo)變化趨勢(shì)相一致,這與兩斷面納污狀況有關(guān)。氮是微生物生長(zhǎng)的重要營(yíng)養(yǎng)元素,水中有機(jī)化合物中,以氮化合物為最不穩(wěn)定,易受微生物作用,成為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)氮化合物。無(wú)氧時(shí),氨為最終產(chǎn)物;有氧存在時(shí),則逐步轉(zhuǎn)變?yōu)镹O2-N、NO3-N。有機(jī)氮化合物逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘薄O2-N、NO3-N的情況,表示了水凈化程度。水中存在NH3-N,則表示水中的有機(jī)氮正在分解,NH3-N很高,則表示不久前曾受過(guò)嚴(yán)重污染。圖2顯示,小清河口和唐白河口主要營(yíng)養(yǎng)鹽NH3-N、NO3-N、NO2-N、T-P、CODMn等濃度比其他斷面高(圖2e~g),污染程度較大。長(zhǎng)江流域襄樊監(jiān)測(cè)站包括5個(gè)斷面:襄樊市襄陽(yáng)白家灣、襄陽(yáng)水文測(cè)流(位于襄樊市鐵路大橋上首)、湖北制藥廠(湖北制藥廠下首)、小清河口(襄樊市小清河入漢江口)和唐白河口(襄樊市張灣唐白河入漢江口),監(jiān)測(cè)河段全長(zhǎng)26km,河段兩岸為湖北省襄樊市,工業(yè)較發(fā)達(dá),絕大部分排污在襄陽(yáng)水文站測(cè)流斷面和湖北制藥廠斷面之間匯入,湖北制藥廠斷面左岸受小清河、唐白河影響,右岸上游緊挨湖北制藥廠排污口,左右兩岸各形成1條污染帶,小清河口聚集了樊城的大部分污水,唐白河口上游是襄陽(yáng)縣工業(yè)區(qū),主要有化肥廠、化工廠。兩斷面NH3-N含量高于NO3-N和亞硝酸鹽,是點(diǎn)源氮污染的主要形態(tài),來(lái)自于城市污水和工業(yè)廢水排水中主要的礦質(zhì)氮。NH3-N最高為2001年小清河口的4.21mg/L,溶解氧為3.8mg/L,NO3-N和NO2-N分別為0.81和0.16mg/L,缺氧狀態(tài)使得硝化作用極弱;其次為2000年的3.08和3.57mg/L,而NO3-N含量卻高于2001年,原因?yàn)槿芙庋醯臐舛葞缀鯙?001年的2倍,硝化作用增強(qiáng)。其余斷面NO2-N含量較穩(wěn)定,在0.01~0.03mg/L之間變動(dòng),NH3-N在0.02~0.42mg/L之間,NO3-N在0.98~1.21mg/L之間,大部分高于NH3-N和NO2-N濃度,說(shuō)明在有氧的狀態(tài)下,硝化作用較強(qiáng),NO3-N污染主要來(lái)自于非點(diǎn)源,如降雨對(duì)農(nóng)田水土的淋溶和沖刷,土壤中礦化釋放的NH4+-N以及肥料胺,很快被氧化為NO3-N,含量可占氮總量的80%;指標(biāo)均符合CJ3020-93Ⅰ類限值。4形態(tài)、微生物指標(biāo)和營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷通過(guò)對(duì)2000~2001年丹江口水庫(kù)水質(zhì),尤其是營(yíng)養(yǎng)鹽的變化特征進(jìn)行分析和評(píng)價(jià),得到如下結(jié)果:(1)整體水質(zhì)的變化特征2年間氣溫和水溫變化不大,均在15.4~19.0℃之間變動(dòng);pH值為中性偏堿,變化范圍為7.9~8.8,壩下最高,可能與丹江口市化肥、化工和電鍍廢水的流入有關(guān);電導(dǎo)率處于291.7~631.6之間;總硬度遠(yuǎn)小于CJ3020-93生活飲用水水源水質(zhì)Ⅰ類限值;小清河口和唐白河口DO濃度較低,其中2001年小清河口低于Ⅲ類限值,其余斷面均符合GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ類限值;SS濃度最高值為2000年白河斷面的970.5mg/L,貢獻(xiàn)最大的為6月和7月洪水期,2001年的7月和10月有類似的狀況。唐白河口2000年7月SS濃度為997mg/L,但其他指標(biāo)沒有相應(yīng)增大。(2)有機(jī)污染負(fù)荷2000~2001年間小清河口的CODMn均為最高值分別為30.47和49.58mg/L,貢獻(xiàn)最大的均為5月份;其余斷面CODMn在1.57~2.59mg/L范圍內(nèi)變動(dòng),符合GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ和Ⅱ類。(3)營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷的變動(dòng)2000年白河至湖北制藥廠斷面總磷濃度均符合一般水體濃度要求,2001年白河和白河省界總磷濃度低于2000年,其余均高于或