三峡工程库区巫山段干支流水质变化分析研究

ENVIRONMENTALSCIENCEANDMANAGEMENTVol󰀁35No󰀁5May2010

文章编号:1674-6139(2010)05-0122-04

三峡工程库区巫山段干支流水质变化分析研究

刘学斌,刘晓霭,傅道林

(重庆市巫山县环境监测站,重庆巫山404700)

摘󰀁要:文章采用巫山县环境监测站2002年到2008年监测资料,对三峡工程蓄水后库区巫山段水质进行了评价与分析。结果表明:蓄水后三峡库区长江干流巫山段总体水质良好;未受到重金属、石油类和挥发性酚类物质污染;总氮和总磷指标偏高;水体处于中营养状态水平。蓄水后一级支流总磷、总氮指标升高,水质类别上升,水质有恶化的趋势;水流变缓,气候条件和营养盐浓度适宜,在一级支流回水敏感区的部分河段爆发了󰀁水华󰀁,富营养化的潜在风险升高。在营养水平和气候条件相当的情况下,支流回水区常爆发󰀁水华󰀁而干流未出现󰀁水华󰀁现象,说明水动力条件是发生水体富营养化的主要诱发因子。关键词:三峡库区;水质评价;富营养化;巫山段中图分类号:X52

文献标识码:A

AnalysisonWaterQualityVariationoftheMainstreamandTributariesinWushanSection,ThreeGorgesReservoirRegion

LiuXuebin,LiuXiao󰀁a,iFuDaolin

(EnvironmentalmonitoringstationofWushan,Wushan404700,China)

Abstract:Inthispaper,ananalysiswasconductedforthewaterqualityconditionintheWushansectionintheThreeGorges

ReservoirRegionusingmonitoringdatafrom2002-2008󰀁Resultsindicatethatwaterqualityinthemainstreamissatisfactoryingenera,landisnotpollutedbyheavymetals,petroleumpollutantsandVolatilephenols.TNandTPhaveahigherconcentration.Waterqualityconditionintributariesbecomesdeteriorationduringmipoundmen.tAlgaebloomsappearinsomeareasunderavaila-blehydrodynamic,clmiateandnutrientconditions.

Keywords:threegorgesreservoirregion;waterqualityassessmen;teutrophication;Wushansection

前言

三峡水库蓄水后,库区水位提高、水流减缓、水体扩散能力减弱、库湾和支流污染物的滞留时间延长,水域环境发生巨大变化,水生生物群落也随之发生了根本性改变

[1]

1󰀁研究区概况

巫山县位于重庆东部,长江三峡腹地,县城距三峡大坝124km,距重庆市480km。境内有长江三峡中的巫峡和大宁河小三峡等著名峡谷风景区;全县幅员面积2956󰀁78km,其中山地80󰀁95%,丘陵18󰀁79%;属于典型的亚热带季风气候,四季分明,光照充足。本县地面水系属长江水系,长江自西向东,横穿县境中部及巫山山脉,形成巫峡;境内汇入长江且流域面积在100km以上的支流9条,呈树枝状遍布全境;有五条较大的一级支流,其中大宁河流域面积343󰀁5km,过境流程54󰀁9km,多年平均流量98󰀁4m/s,为本县最大的长江支流水系。全县主要

3

2

22

。特别是受水库回水顶托,部分

支流污染加重,局部水域已出现富营养化现象。巫山位于三峡水库腹心地带,有长江干流的国控断面和典型的一级支流,本文通过三峡水库巫山段蓄水前2002年的监测数据和蓄水后近五年的水质监测数据,分析了三峡水库蓄水后对库区巫山段水质的影响,为库区水污染防治和综合治理提供参考。

收稿日期:2009-12-09

作者简介:刘学斌(1970-),男,工程师,长期从事环境监测工作。

以第一产业和第三产业为主,目前没有规模化的产生废水的工业企业。

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刘学斌等󰀁三峡工程库区巫山段干支流水质变化分析研究

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2󰀁材料与方法

本文采用2002年的监测数据和2004年-2008年的监测数据分别作为蓄水前后的监测资料,来分析蓄水后库区巫山段水环境营养盐变化趋势及综合营养状态水平。长江干流设置培石国控断面,也是重庆市的出境断面。监测频率为每月上旬监测一次。一级支流回水区监测断面设在回水区中段,监测频率为每年的2~10月上旬监测一次。评价标准执行󰀁地表水环境质量标准󰀁(GB3838-2002)。评价参数选取水温、pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、汞、铅、挥发酚、石油类、总磷、

蓄水前2002年

水温pH溶解氧高锰酸盐指数生化需氧量氨氮挥发酚汞石油类铅总磷总氮󰀁水质评价

17󰀁47󰀁849󰀁191󰀁941󰀁360󰀁300*0󰀁002*0󰀁00005*0󰀁1*0󰀁0050󰀁0730󰀁898󰀁

2004年17󰀁38󰀁138󰀁371󰀁980󰀁830󰀁140*0󰀁002*0󰀁00005*0󰀁1*0󰀁0050󰀁0971󰀁450󰀁

总氮(仅限湖库类)、透明度、叶绿素a共14项。三峡水库是典型的河流型水库和人工调控水库,干流由于上游水流量较大,水体交换能力较强;一级支流

上游来水较小,回水区水体基本处于持续静止状态。本文中长江干流的水质按河流评价,一级支流回水区的水质按湖库评价。富营养化水平采用中国环境监测总站推荐的󰀁湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定󰀁中的水体综合营养状态指数法(TLl)进行评价

[2]

。

3󰀁水质评价与分析

3󰀁1󰀁库区长江干流巫山段水质评价分析

蓄水后

2005年18󰀁58󰀁248󰀁232󰀁140󰀁900󰀁128*0󰀁002

2006年18󰀁48󰀁207󰀁611󰀁940󰀁970󰀁120*0󰀁002*0󰀁00005*0󰀁1*0󰀁0050󰀁1211󰀁480󰀂

2007年18󰀁18󰀁237󰀁732󰀁011󰀁070󰀁106*0󰀁002*0󰀁00005*0󰀁1*0󰀁0050󰀁0791󰀁562󰀁

2008年18󰀁08󰀁197󰀁512󰀁261󰀁280󰀁106*0󰀁002*0󰀁00005*0󰀁1*0󰀁0050󰀁0841󰀁696󰀁

表1󰀁长江干流巫山段培石断面水质监测统计及评价结果表

*0󰀁00005*0󰀁1*0󰀁0050󰀁1171󰀁512󰀂

󰀁󰀁(注:*表示该项目的方法检出限,󰀁表示该项监测指标不参与水质类别评价。)

3󰀁1󰀁1󰀁长江干流巫山段水质类别评价

长江干流巫山段培石断面水质监测统计及评价结果见表1。评价标准执行󰀁地表水环境质量标准(GB3838-2002)󰀁。2004年-2008年的评价结果表明:汞、铅、挥发酚、石油类低于方法检出限;水温、pH值、溶解氧、五日生化需氧量、氨氮监测指标为󰀁类;高锰酸盐指数指标为󰀁或󰀁类;总磷监测指标为󰀁或󰀁类。总体来看:蓄水五年来长江干流巫山段水质为󰀁类或󰀁类水质,󰀁类水质占60%,󰀁类水质占40%,总磷指标决定了水质类别。3󰀁1󰀁2󰀁监测指标趋势分析

三峡库区巫山段培石断面总体水质良好,但总磷、总氮浓度却普遍比较高。近五年来的监测数据统计表明:蓄水后巫山段培石断面重金属、石油类和挥发性酚类物质低于方法检出限,说明目前长江干流巫山段未受到重金属、石油类和挥发性酚类物质

污染。总磷年平均浓度在0󰀁079mg/l~0󰀁121mg/l之间,总氮年平均浓度在1󰀁45mg/l~1󰀁70mg/l之间。

图1、图2显示蓄水后长江干流巫山段溶解氧逐年呈下降趋势,与蓄水后流速减缓,导致水体的复氧能力下降有关。高锰酸盐指数和五日生化需氧量变化比较稳定,说明干流受有机物污染较轻。氨氮呈下降趋势,与流速减缓、水中悬浮物下降相关。总氮监测指标逐年上升,2008年总氮指标较2002年蓄水前上升了88󰀁9%。图3显示总磷在蓄水初期上升,后又下降,然后趋于平稳,变化趋势不太明朗。总氮和总磷蓄水后上升,是由于沿岸大量农田被淹,岸边污染物和城镇生活污水进入水体,而成库后水体交换能力大为下降,污染物滞留时间延长,导致营养盐在水体中积聚所致。

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图4󰀁蓄水前后培石断面总氮月际变化图

图1󰀁蓄水前后培石断面氧平衡指标年际变化图

图5󰀁蓄水前后培石断面总磷月际变化图

的条件。但对蓄水后五年来培石断面的监测数据分

图2󰀁蓄水前后培石断面总氮和氨氮年际变化图

析,长江培石断面的综合营养状态指数在33󰀁1~48󰀁5之间变化,该断面的综合营养级别为中营养状态水平,并未出现藻类疯长的󰀁水华󰀁现象。说明总磷总氮浓度偏高不是库区发生富营养化的最主要的诱发条件。

3󰀁2󰀁库区巫山段一级支流回水区水质评价分析3󰀁2󰀁1󰀁一级支流回水区水质总体概况

库区巫山段一级支流回水区水质评价标准执行󰀁地表水环境质量标准(GB3838-2002)󰀁。评价结果表明:汞、铅、挥发酚、石油类低于方法检出限;水温、pH值、溶解氧、五日生化需氧量、氨氮、高锰酸盐指数监测指标为󰀁类;总磷和总氮指标为󰀁类、󰀁类或󰀁类。对蓄水五年来库区巫山段五条一级支流回水区监测断面的水质评价统计,󰀁类水质占16󰀁7%,󰀁类水质占69󰀁4%,󰀁类水质占13󰀁9%,一级支流回水区水质类别由总磷和总氮指标决定。总体来看:蓄水后,一级支流回水区受干流江水倒灌,总氮和总磷监测指标升高,水质类别上升,水质有恶化的趋势。

3󰀁2󰀁2󰀁总氮和总磷趋势分析

以大宁河为例来分析蓄水后巫山段一级支流总氮和总磷的变化趋势。大宁河回水区从上游至下游共设置大昌、双龙和龙门三个监测断面。2005年-2008年监测数据统计表明:大昌断面TP浓度为

图3󰀁蓄水前后培石断面总磷年际变化图

图4和图5显示长江干流蓄水前总氮和总磷月际变化不太明显,而蓄水后的总氮和总磷的峰值出现在每年的5月份至9月份,这是由于这段时间三

峡库区降雨充沛,三峡水库正处于低水位期,地表径流增大,上游江水流量大,携带大量的泥沙所致。3.1.3󰀁综合营养状态水平分析

目前,国际上一般认为当水体中总磷和总氮的浓度分别达到0󰀁02mg/l和0󰀁20mg/l时,从营养盐单因子考虑,就有可能发生藻类疯长的󰀁水华󰀁现象。而培石断面的总磷浓度已常年超过了国际上确定的爆发水华的临界总磷浓度值的4倍左右;总氮浓度已常年超过了国际上确定的爆发水华的临界总氮浓度值的7倍左右。也就是说,从营养盐单因子角度考虑,巫山培石段常年都具备发生富营养化󰀁124󰀁[3]

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刘学斌等󰀁三峡工程库区巫山段干支流水质变化分析研究

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0󰀁022mg/l~0󰀁031mg/l之间,TN浓度在0󰀁83mg/l~1󰀁14mg/l之间;双龙断面TP浓度为0󰀁031mg/l~0󰀁046mg/l之间,TN浓度在0󰀁93mg/l~1󰀁35mg/l之间;龙门断面TP浓度为0󰀁060mg/l~0󰀁092mg/l之间,TN浓度在1󰀁30mg/l~1󰀁68mg/l之间。图4、图5显示大宁河各断面总氮浓度呈逐年上升趋势,这是由于受长江干流江水倒灌及非点源含氮污染进入水体所致。双龙和龙门断面总磷呈下降趋势,是由于蓄水初期库周含磷污染物进入水体和干流江水倒灌的影响,随着三峡水库的高低水位的交替,导致总磷呈下降趋势,这与干流中总磷的变化趋势相类似。而大昌断面总磷浓度呈上升趋势,这是因为在2006年三期蓄水前大昌断面距回水末端约500米,上游来水较大,受回水影响较小;三期蓄水后,大昌形成了约12km的一个内陆湖泊,受下游回水顶托,同时该区域大量农田被淹,氮、磷营养盐进入水体,导致氮、磷指标逐年上升。从空间位置来看,大宁河回水区从上游至下游总氮和总磷逐步上升。图8、图9显示蓄水后大宁河总氮和总磷的月际变化规律与长江干流不完全一致,总磷与总氮的峰值有时不一定出现在低水位运行的降雨充沛期,这是由于支流回水区发生󰀁水华󰀁时总氮和总磷指标异常升高所致。

图9󰀁大宁河大昌断面总氮月际变化图

2

图8󰀁大宁河大昌断面总磷月际变化图

3.2.3󰀁综合营养状态水平分析

蓄水后,库区巫山段各一级支流的流速急剧降

低,各项水文要素均发生了很大变化,而这些水文要素的变化相应地会带来水环境要素的改变,甚至在支流回水区造成持续的静止状态,水体交换能力弱,内源污染物的释放,干流总氮、总磷进入干支流混合区,导致水体中营养盐指标上升,给为干支流混合区域水体的富营养化创造了更加有利的条件。水流变缓、光照和营养盐浓度适宜,适合藻类生长的环境条件,致使巫山县境内的一级支流回水敏感区部分河段出现了富营养化现象。2004年3月神女溪回水区第一次爆发了严重的甲藻󰀁水华󰀁,优势种为裸甲藻,综合营养状态指数最高达到108󰀁8,属重度富营养;2007年12月底至2008年1月中旬在大宁河约2km长的河段回水区爆发了微囊藻󰀁水华󰀁,优势种为铜绿微囊

图6󰀁大宁河总磷时空变化图

藻,综合营养状态指数最高达到107󰀁7,属重度富营养;此次水华发生的时间较长,并且气温较低,说明库区一级支流回水敏感区富营养化的成因和规律还有待更深入的研究。2004年-2008年期间,其它一级支流部分河段先后也出现了以甲藻、实球藻、小球藻和铜绿微囊藻为优势种的󰀁水华󰀁。蓄水五年来,一级支流不同时段爆发󰀁水华󰀁的优势种也在发生变化。在一级支流下游河段的回水区,营养水平和气候条件与干流相当,支流回水区常爆发󰀁水华󰀁而干流未出现󰀁水华󰀁现象,说明水动力条件是发生水体富营养化的

图7󰀁大宁河总氮时空变化图

主要诱发因子

[3]

。(下转第128页)

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孟宪春等󰀁碱性过硫酸钾法测定总氮常见问题与解决办法

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4󰀁2󰀁分析方法和使用器具造成的误差

测定氨氮的纳氏试剂法,测定总氮的碱性过硫酸钾法,都有方法误差,两者的误差不可能恰好完全一致。使用的量器、比色管、比色皿等各种器皿都会有程度不同的误差。特别是总氮和氨氮的比色测定,采用的是紫外和可见两种不同光区的光,造成的误差就更大。

4󰀁3󰀁分析手法和数据处理过程产生的误差

分析人员在使用器皿、量具、仪器时由于习惯的不同,虽然没有违反操作规程也会产生细微的差别

[4]

证实验的准确度;(3)试剂的正确配制决定方法灵敏度,注意掌握试剂配制技巧和试剂的保存方式;(4)反应条件的控制,如避免交叉污染,消解压力、温度的控制,比色时的注意事项等。以保证测定在最佳的条件下进行。(5)试剂的检验,试剂中含有氮对空白值有影响,使用前要检验以消除影响。

总氮测定值小于氨氮测定值的问题,从四个方面进行了论证,误差产生的原因主要是客观原因造成的,人为只能将误差控制在合理范围之内。实验室分析中出现氨氮测定值大于总氮的问题,只要符合环境样品分析的质量控制和质量保证要求并在合理的范围内,分析数据就应该是准确可信的。

参考文献:

[1]国家环保总局.GB11894-89水质-总氮的测定-碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[S].北京:中国标准出版社,1989.

[2]]国家环保总局.水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法[M].第四版.北京:中国环境科学出版社,2002:254-257.

[3]任妍冰,曹雷,杨慧林,等.碱性过硫酸钾紫外光度法测定水中总氮时影响空白值的因素[J].江苏环境科技,2008,21(1):50.

[4]黄慧坤.环境样品监测中总氮低于氨氮的原因[J].云南环境科学,2004:23(增刊):219-220.

;数据处理中,不同的校正曲线,虽然都经过统

计检验合格,也不能保证曲线与曲线之间的关系就全部吻合。4󰀁4󰀁其他误差

样品的采集、实验室环境、样品的浊度等也有不同的差异,同样会产生误差。只不过这三项可以很好地进行人为控制,在此不做深入地阐述。

5󰀁结论

由实验和讨论可知,碱性过硫酸钾紫外光度法测定总氮,应注意和解决五个方面的问题:(1)对无氨水的检验和控制可以降低空白值,提高实验室的精密度;(2)应注意主要试剂的性状,购买合格的试剂,条件不允许时要对过硫酸钾进行提纯操作,以保

(上接第125页)

4󰀁结论

对蓄水五年来的水质监测资料进行整理分析,获得主要结论如下:(1)蓄水后三峡库区长江干流巫山段总体水质良好,长江干流未受到重金属、石油类和挥发性酚类有机物污染。总氮和总磷指标偏高,总磷年平均浓度在0󰀁079mg/l~0󰀁121mg/l之间,总氮年平均浓度在1󰀁45mg/l~1󰀁70mg/l之间。长江干流巫山段培石断面的综合营养状态级别为中营养状态。(2)蓄水后大宁河等一级支流的总磷、总氮指标升高,水质类别上升,水质有恶化的趋势。各一级支流水流变缓,光照和营养盐浓度适宜,适合藻类生长的环境条件,在一级支流回水敏感区的部分河段爆发了󰀁水华󰀁,富营养化的潜在风险升高。󰀁128󰀁(3)三峡水库建成以后长江干流和一级支流的水流条件都发生很大变化,一级支流由于上游来水很小,回水区水体基本处于持续静止状态。在营养水平和气候条件相当的情况下,支流下游回水区常爆发󰀁水华󰀁而干流未出现󰀁水华󰀁现象,说明水动力条件是发生水体富营养化的主要诱发因子。

参考文献:

[1]蔡庆华,胡征宇.三峡水库富营养化问题与对策研究[J].水生生物学报,2006.30(1):7-11.

[2]中国环境监测总站.湖泊水库富营养化评价方法及分级技术规定[M].北京:中国环境科学出版社,2001.

[3]李锦秀,廖文根.三峡库区富营养化主要诱导因子分析[J].科技导报,2003(2):49-52.