松花湖水庫水質(zhì)和富營養(yǎng)化狀況分析

松花湖水庫水質(zhì)和富營養(yǎng)化狀況分析

水體富營養(yǎng)化是指在人類活動(dòng)的影響下，氮、磷等養(yǎng)分大量進(jìn)入湖泊、水庫和海灣等緩流水體，導(dǎo)致藻類和其他浮游生物迅速繁殖并惡化水質(zhì)。天然水體中的藻類以硅藻、綠藻為主,隨著富營養(yǎng)化的發(fā)展,最后變成以藍(lán)藻為主,藍(lán)藻的大量出現(xiàn)是水體富營養(yǎng)化的征兆。水面覆蓋藍(lán)藻的現(xiàn)象,在湖泊中稱為水華,在海洋中則叫做赤潮。大量藻類被分解時(shí)消耗水中氧氣,溶解氧濃度降低到—定程度就造成魚類死亡;有些浮游生物(如藍(lán)藻)產(chǎn)生的生物毒素也會(huì)使其他生物死亡。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城鎮(zhèn)人口不斷增加,工業(yè)廢水、生活污水的排放量日益增長(zhǎng),大量營養(yǎng)物不斷流入湖泊,使得我國湖泊的富營養(yǎng)化狀況十分嚴(yán)重。針對(duì)松花湖的富營養(yǎng)化狀況曾有過報(bào)道,為了更科學(xué)全面的評(píng)價(jià)松花湖現(xiàn)狀,筆者利用2001~2005年的松花湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料,就松花湖的富營養(yǎng)化問題及其現(xiàn)狀進(jìn)行分析,為開展富營養(yǎng)化防治和進(jìn)一步研究提供基礎(chǔ)資料。1松花湖的概況1.1社會(huì)概況概況松花湖是1942年修建豐滿電廠大壩后形成的山谷型人工湖泊。位于吉林市松花江上游25km處,地理位置126°45′~127°38′E,43°07′~43°50′N。湖區(qū)流域面積42500km2,回水全長(zhǎng)180km,湖面最寬為5km,最大水深80m,平均水深30~40m,年入庫徑流約137億m3,最大庫容量108億m3,大壩設(shè)計(jì)高程266m,死水位242m,校核洪水位266.5m。松花湖匯集了大小河流40余條,最大的補(bǔ)給水源為松花江干流,其次為輝發(fā)河、蛟河、漂河、木萁河、石槽河(即螞蟻河)。據(jù)研究松花湖是處于溫帶地區(qū)的大型深水湖。1.2社會(huì)概況湖區(qū)有17個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),932個(gè)自然屯,總?cè)丝?0.1萬。工業(yè)以鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)為主,主要是采石、制磚行業(yè)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以糧食為主,湖區(qū)共有耕地4.25萬hm2,占湖區(qū)總面積的10.3%。湖區(qū)旅游業(yè)發(fā)展很快,1988年被列為國家級(jí)重點(diǎn)風(fēng)景名勝區(qū),湖區(qū)有五虎島等10個(gè)景區(qū),棒槌島等18個(gè)景點(diǎn)以及豐滿等4個(gè)旅游村鎮(zhèn)。每年可接待70萬游客。松花湖具有發(fā)電、農(nóng)灌、防洪、漁業(yè)、旅游、航運(yùn)等多種功能,同時(shí)又是吉林市、長(zhǎng)春市、哈爾濱市及下游沿松花江兩岸近千萬人民生產(chǎn)生活的水源地,在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活中占有特殊重要位置。2松花湖水質(zhì)分析2.1硫醛、銅廢水、鎘、銅、總氰化物及總氮含量監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有水溫、透明度、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、揮發(fā)酚、總氰化物、總砷、總汞、六價(jià)鉻、總鉛、總鎘、石油類、硫化物、總磷、總氮,共計(jì)18項(xiàng)。底質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有總砷、總汞、總鉛、總鉻、總鎘;水生監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有底硒生物、浮游生物和葉綠素a。2.2規(guī)定方法采用國家環(huán)境保護(hù)局科技標(biāo)準(zhǔn)司編制的《水環(huán)境分析方法標(biāo)準(zhǔn)工作手冊(cè)》中規(guī)定方法。底棲生物、浮游生物和葉綠素a的分析方法采用國家環(huán)境保護(hù)局編制的《環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中第4冊(cè)生物監(jiān)測(cè)(水環(huán)境)部分中有關(guān)方法。2.3湖體斷面位置松花湖采樣斷面為5個(gè),按上游至下游順序排列,即輝發(fā)河口、樺樹林、小荒地、沙石滸、豐滿,其中樺樹林、沙石滸、豐滿為湖體斷面;輝發(fā)河、小荒地分別為輝發(fā)河和蛟河的入湖口斷面。底質(zhì)和水生生物只監(jiān)測(cè)湖體斷面。監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)見圖1。2.4監(jiān)測(cè)頻率3松花湖富營養(yǎng)化效果與分析評(píng)價(jià)3.1文獻(xiàn)分析方法松花湖的富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)遵從國家環(huán)境監(jiān)測(cè)總站頒發(fā)的文件要求,選擇湖泊富營養(yǎng)化狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)為葉綠素a(chla)、總磷(TP)、總氮(TN)、透明度(SD)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)5項(xiàng)指標(biāo)為評(píng)價(jià)因子。營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式為:湖泊(水庫)富營養(yǎng)化狀況評(píng)價(jià)方法為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法,計(jì)算公式為:式中,TLI(∑)為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重;TLI(j)為代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。以chla作為基準(zhǔn)參數(shù),則第j種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計(jì)算公式為:式中,rij為第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)chla的相關(guān)系數(shù);m為評(píng)價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)。中國湖泊(水庫)的chla與其他參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系rij及r2ij見表1。湖泊營養(yǎng)狀態(tài)分為貧營養(yǎng)(TLI<30)、中營養(yǎng)(30≤TLI≤50)、輕度富營養(yǎng)(50<TLI≤60)、中度富營養(yǎng)(60<TLI≤70)、重度富營養(yǎng)(TLI>70)5個(gè)等級(jí)。3.2年平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果松花湖豐滿、沙石滸、小荒地、樺樹林和輝發(fā)河5個(gè)斷面中5項(xiàng)的年平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。采用中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站推薦的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià),用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算,得到松花湖水體中各斷面的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù),結(jié)果見表3。4結(jié)論和討論4.1污水廢水來源及富營養(yǎng)化程度從表2可知,CODMn指標(biāo)全湖5年年均值5.898mg/L,接近國家Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)。其中輝發(fā)河、樺樹林?jǐn)嗝婢^國家Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn),總體是越往上游越高,說明污染源主要來自輝發(fā)河。TP指標(biāo)全湖5年年均值為0.0712mg/L,超過國家Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)。其中輝發(fā)河、樺樹林、小荒地超過國家Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn),總體越往上游越高,說明入湖支流帶進(jìn)大量污水,主要污染源來自輝發(fā)河。TN指標(biāo)全湖5年年均值1.548mg/L,全湖及各斷面5年年均值均超過國家Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)。最高值出現(xiàn)在小荒地,說明入湖支流帶進(jìn)大量污水;降水沖刷周坡耕地,造成大量表層徑流,形成大面積面源;湖區(qū)旅游業(yè)發(fā)展和人群排棄的污染物等原因所造成。chla指標(biāo)全湖5年均值為3.966mg/m3,全湖及各斷面5年年均值均超過國家Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn),總體是越往下游越低。SD指標(biāo)全湖5年年均值1.266m,超過國家Ⅱ類水體標(biāo)準(zhǔn),越往下游透明度越好,由于中下游湖水較深、湖面較寬、水體流速較緩等原因使固體懸浮物含量降低(沉降)。上游的透明度較差是由于揮發(fā)河以及湖上游的其他幾條河流帶來的大量泥沙和污染物所致。從表3中可知,在這5個(gè)富營養(yǎng)化分因子中,總氮的污染指標(biāo)最重,其次是SD、TP以及CODMn指數(shù),最輕的是chla。松花湖的富營養(yǎng)化程度從上游輝發(fā)河到豐滿基本呈下降趨勢(shì),其中輝發(fā)河斷面達(dá)到輕度富營養(yǎng)化程度,可見輝發(fā)河作為第一大支流,從上游帶來很多污染物,使其斷面的5種污染物指標(biāo)遠(yuǎn)高于其他斷面。對(duì)5個(gè)斷面的富營養(yǎng)化結(jié)果平均,得到全湖的富營養(yǎng)化指數(shù)為49.17,對(duì)照標(biāo)準(zhǔn),松花湖的富營養(yǎng)化總體處于中營養(yǎng)階段。雖然松花湖的污染不是十分嚴(yán)重。但由于它是深水湖泊,與過水性湖泊不同,其一年之間隨著水溫的變化,在冬季前后會(huì)出現(xiàn)2次湖水全層混合。水溫躍層的形成會(huì)阻止躍層上下間湖水的混合,而使其下層水體中的溶氧量減少,但溶氧量減少的程度會(huì)根據(jù)湖水的富營養(yǎng)化程度、水溫以及湖水的循環(huán)狀況有所不同。據(jù)研究報(bào)道,在冬季停滯期結(jié)束即早春湖的上層水溫處于1℃以下的低溫時(shí),水溫4℃的湖底附近有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出無氧的狀態(tài),這是因?yàn)楹脷庑约?xì)菌的代謝作用所致。由于無氧化狀態(tài)使?fàn)I養(yǎng)鹽在底層積蓄,因此在春季全循環(huán)之后有可能發(fā)生浮游藻類的增殖,使湖水的富營養(yǎng)化水平迅速提高。4.2污水和微生物從調(diào)查情況看,松花湖入水除松花江干流外主要有輝發(fā)河與蛟河2大支流。其中松花江干流水質(zhì)尚可,大都在Ⅱ類水體以內(nèi)。輝發(fā)河污染最為嚴(yán)重,注入松花湖的水質(zhì)全部超過Ⅳ類,每年約有20000t化學(xué)耗氧量排入湖內(nèi)。蛟河的污染程度次之,入湖水質(zhì)介于Ⅲ類至Ⅳ類水體之間,每年約有6600t化學(xué)耗氧量排入湖內(nèi)。上游支流每年入湖污水量約2000萬t以上,對(duì)湖水污染負(fù)擔(dān)率達(dá)67.5%左右。正是這些不斷流入的污水,造成了松花湖水質(zhì)污染的加重和促進(jìn)了富營養(yǎng)化的進(jìn)程。近湖區(qū)農(nóng)田每年施用化肥近3萬t,農(nóng)藥近900t。據(jù)有關(guān)方面測(cè)算,化肥的利用率僅為35%左右,因此約有60%以上的化肥滲入地下或隨地表徑流進(jìn)入湖水,造成湖水總氮污染。至于農(nóng)藥的利用率則更低,造成湖水總磷污染。目前湖區(qū)被占用綠地約占總林地面積的6.2%,并且每年增加農(nóng)田約100hm2,湖區(qū)的賓館、飯店、度假村等占用林地70余hm2。由于大量林地被侵占,植被遭受破壞,致使水土流失現(xiàn)象逐年加劇,目前水土流失面積已達(dá)8萬余hm2,松花湖每年的泥沙淤積量已達(dá)562.5萬t。旅游業(yè)的發(fā)展對(duì)松花湖的水體帶來一定影響,近湖區(qū)現(xiàn)有療養(yǎng)院所181家,飯店85家,居民600余戶,這些單位和住戶每年向湖內(nèi)排放生活污水20余萬t,化學(xué)耗氧量約120余t。松花湖上共有燃油機(jī)動(dòng)船舶266艘,其中可載百人的大型游船20余艘,小型快艇20余艘,其余多為中小型游船,這些游船每年向湖中排油約10t左右。另外,每年游人向湖中及湖區(qū)丟棄的垃圾約110t。所有這些污染源都加劇了松花湖富營養(yǎng)化進(jìn)程。所以應(yīng)針對(duì)以上幾方面的污染,采取相應(yīng)對(duì)策和措施,加強(qiáng)保護(hù)松花湖水質(zhì)的力度,避免發(fā)生像太湖等藍(lán)藻暴發(fā)事件,影響人們的生產(chǎn)和生活。4.3水土流失得到控制建議政府加強(qiáng)對(duì)上游輝發(fā)河的污染治理。嚴(yán)格控制松花湖區(qū)旅游船只數(shù)量,現(xiàn)有船只必須限期增設(shè)油水分離裝置,并且建立回收和資源化管理措施。使用農(nóng)家有機(jī)肥和秸桿還田,減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程氮肥過量施放,從而減少經(jīng)過地表徑流或水土流失進(jìn)入松花湖氮的含量,控制富營養(yǎng)化發(fā)生。加快城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施、垃圾集中處理設(shè)施,人、畜、禽糞便的處理設(shè)施建設(shè)。