千岛湖流域入库河流与水库水质时空差异研究
千岛湖流域入库河流与水库水质时空差异研究
千岛湖，这座位于浙江省杭州市淳安县境内的大型人工湖泊，不仅是国家一级水资源保护区，更是长三角地区重要的饮用水源地。然而，随着流域开发强度的增加，如何保障饮用水源安全成为头等大事。本文基于2022年千岛湖13条主要入库河流自动水质监测数据以及千岛湖不同库区水质自动监测站监测数据，比较不同库区与相应河流的水质差异，阐明千岛湖受入库河流的营养盐输入强度影响，为流域污染控制提供科学参考。
千岛湖概况
千岛湖是典型的山谷特大型水库，设计水位108m，库区面积573km2，库容量178亿m3，平均水深31m，换水周期约2年。千岛湖流域总面积11452 km2，其中，安徽省黄山市境内面积5 856 km2，宣城市绩溪县境内面积880 km2，约占流域总面积的60%，流域地貌以山地丘陵为主，植被覆盖率80%以上，多年平均降雨量1733 mm。截至2020年，千岛湖流域户籍人口212万人。
监测点位
此次监测的13条河流分别为新安江、东源港、武强溪、云源港、七都源、梓桐源、郁川溪、枫林港、商家源、清平源、浪川溪、六都源、上梧溪，13条河流覆盖千岛湖入库水量的85%以上。在千岛湖库区设置5个监测点位，分别为小金山、三潭岛、大坝前、航头岛、茅头尖，如图1所示。其中小金山代表西北库区，航头岛代表东北库区，茅头尖代表西南库区，三潭岛和大坝前代表东南库区。监测点位信息见表1。
样品采集与分析
5个水库监测点位为国控断面，设有水质自动监测站，13个河流监测点位参照国家水质自动监测站的标准设有水质自动监测站，所有水质自动监测站由第三方运维单位开展标准化运维，并稳定运行1年以上。主要监测指标包含水温、pH值、溶解氧、电导率、浊度、高锰酸盐指数、氨氮、总氮、总磷、总有机碳及流速流量等，每4小时监测一次。其中高锰酸盐指数采用高锰酸钾氧化分光光度法测定，氨氮采用水杨酸分光光度法测定，总氮采用过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，总磷采用钼酸铵分光光度法测定。
采用自动监测数据可以弥补人工采样频次不足的问题，能实时监测水质变化，捕捉到流域降雨、农业施肥、河道水利施工等过程带来的影响。
数据处理
数据全部来自水质自动监测站数据采集平台，通过SPSS19.0软件进行数据统计分析，通过Mi-crosoft Excel工作表进行绘图。
结果与讨论
河流与水库水质年变化情况
河流与水库各主要指标月度变化情况见图2。
水库高锰酸盐指数年平均浓度为1.3±0.3 mg/L，要明显高于河流，且夏季明显高于其他季节，最高值出现在7月（1.8 mg/L），可能是水库夏季藻类生物量明显增加，向水体引入了大量的有机质。河流除冬季相对较低外，其他月份比较稳定。
水库和河流氨氮浓度都很低，在检出限附近，表明生活污水的排放影响较小。
河流总磷年平均浓度为0.020±0.003 mg/L，要明显高于水库，总磷以颗粒态为主，经过沉降和水体自净，库体总磷浓度明显降低，河流和水库月度变化情况基本一致，河流最高值出现在6月（0.027mg/L），主要受汛期降雨带来的水土流失影响，水库最高值也出现在6月（0.014mg/L），除受人湖河流水质影响外，也受藻类生物量增加的影响。
河流总氮年平均浓度为1.35±0.32mg/L，要明显高于水库，总氮以溶解态为主，河流最高值出现在2月（1.86mg/L），主要受流域农业化肥影响，汛期冲击过后，在秋季浓度迅速下降。水库总氮总体较为稳定，夏季浓度相对较低，可能是高温促进反硝化作用，消耗了水库中的氮素。
河流与水库水质相关性分析
将河流与水库各项指标进行相关性分析，见图3。
结果表明河流与水库总磷指标呈显著正相关（Plt;0.05），磷的外源输入能迅速影响千岛湖库体，而总磷又是千岛湖主要的水质定类指标，消减流域磷的输入对千岛湖水质保持和提升具有重要的意义。
河流和水库氨氮浓度很低，在检出限附近，相关性不显著。总氮和高锰酸盐指数相关性也不显著，可能原因是除外源输入外，还受藻类、水位、水温、水库换水周期等多因素影响，水库总氮、高锰酸盐指数的变化对于流域河流浓度变化的响应存在一定的滞后性。
河流与水库水质分区变化情况
为科学系统分析流域外源输入对水库的影响，对千岛湖进行分区，河流按人湖口位置与水库进行对应分区，水质结果见表2。
西北库区对应河流总磷、总氮约为水库的1.5和2.1倍，水库高锰酸盐指数和氨氮约为对应河流的1.9、1.3倍。东北库区对应河流氨氮、总磷、总氮约为水库的2.5、1.6和1.4倍，水库高锰酸盐指数约为对应河流的1.4倍。西南库区对应河流氨氮、总磷、总氮约为水库的1.5、1.9和2.0倍，水库高锰酸盐指数约为对应河流的1.4倍。东南库区对应河流氨氮、总磷、总氮约为水库的1.0、3.5和2.3倍，水库高锰酸盐指数约为对应河流的1.7倍。上述结果表明，流域来水水质明显劣于对应的库区，千岛湖流域除新安江外，其余淳安县境内河流大都较小，处于两山夹一河的形态，河流两边农业种植多，山体陡坡多，地表径流入河流程短，河流自净能力小，降雨会大大增加营养盐输入。
库区营养盐时空变化情况
千岛湖主要营养盐指标存在明显的时空变化。（见图4）
千岛湖主要入境河流为西北库区的新安江，出库断面为东南库区的大坝前，东南库区水质要明显好于西北库区，主要原因是新安江占西北库区流域来水的85%左右，新安江上游有将近200万人口，土地开发强度要高于其他流域，增加了西北库区的污染负荷。
总磷呈现春夏季高于秋冬的现象，除汛期颗粒态磷的输入外，藻类等浮游植物的大量生长对总磷的影响很大，空间格局上从西北库区到东南库区递减。
总氮呈现冬春季节高于夏秋的现象，一是与农业生产活动密切相关，春耕时大量使用化肥会导致大量溶解性氮进入水库，外源控制是水库水体氮污染控制的根本策略，二是夏季高温促进反硝化作用，消耗了水库中的氮。空间格局上，东北库区浓度最高，西南库区浓度最低。
高锰酸盐指数夏季高于其他季节，主要受藻类等浮游植物生长影响，在空间格局上，西北库区最高，东北库区最低。
结论
千岛湖主要13条入库河流氨氮、总磷、总氮等平均浓度均高于水库，相对应库区产生较大的影响，可见流域营养盐输入是千岛湖营养盐的主要来源，对于千岛湖营养盐的控制，需将重点放在流域面源治理上。千岛湖营养盐指标呈现明显的季节变化特征和空间分布差异。总氮冬春季高，主要受农业种植施肥影响；总磷春夏季高，主要受降雨和藻类生物量影响；高锰酸盐指数夏季高，主要受藻类增殖带来的有机质影响。在空间分布上呈现自西北向东南污染物浓度逐渐降低的规律。总的来说，西北库区受上游新安江影响，整体水质最差，需加强区域联动，共保水质。东南库区经过长时间沉降和自净，整体水质最好，同时需要注意东北库区总氮高值，反映东北方向淳安县境内东源港等流域面源治理任重道远。
本文原文来自fx361.com