丹江口库区典型支流氮、磷空间分布特征与富营养化评估_陈昊.pdf

第 42 卷第 2 期2023 年 3 月Vol.42No.2Mar.2023JOURNAL OF HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY（NATURAL SCIENCE）河南理工大学学报（自然科学版）丹江口库区典型支流氮、磷空间分布特征与富营养化评估陈昊，陈艺晏，金英淑（河南理工大学 应急管理学院，河南 焦作 454000）摘要：为了探究丹江口库区不同支流水体氮、磷营养盐质量浓度的差异及其营养状态，于 2019年 10月对丹库和汉库的 6条主要支流老灌河、淇河、滔河、神定河、泗河和官山河等流域水生态环境进行调查研究。结果表明：（1）老灌河、淇河、滔河、神定河、泗河、官山河水体中 TN平均质量浓度分别为 7.62，10.08，7.40，11.58，8.34，6.81 mg/L，TP 平均质量浓度分别为 0.08，0.40，0.02，0.29，0.05，0.05 mg/L；（2）老灌河、淇河、滔河、神定河、泗河、官山河综合富营养指数分别为 70.39，79.43，67.35，79.23，69.68，71.10，库区各典型入库支流均处于不同程度的富营养化状态，其中，老灌河、淇河、神定河与官山河处于重度富营养化状态，滔河和泗河处于中度富营养化状态；（3）淇河和神定河水体中氮磷质量浓度明显高于其他支流的，未来应作为库区水环境综合治理的重点流域。关键词：丹江口水库；氮素；磷素；富营养化中图分类号：X171文献标志码：A文章编号：1673-9787（2023）2-62-9Spatial distribution characteristics and eutrophication assessment of nitrogenphosphorus of typical tributaries in Danjiangkou Reservoir AreaCHEN Hao，CHEN Yiyan，JIN Yingshu（School of Emergency Management，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，Henan，China）Abstract：In order to explore the differences of nitrogen and phosphorus concentrations and their nutritional status in different tributary water bodies in the Danjiangkou Reservoir Area，the water ecological environment of 6 main tributaries in Danjiangkou Reseviror Area（Laoguan River，Qi River，Tao River，Shending River，Si River and Guanshan River）was investigated in October，2019.The results showed that：（1）The average concentrations of TN in Laoguan River，Qi River，Tao River，Shending River，Si River and Guanshan River were 7.62，10.08，7.40，11.58，8.34，6.81 mg/L，respectively，and the average concentrations of TP were 0.08，0.40，0.02，0.29，0.05，0.05 mg/L，respectively；（2）The comprehensive eutrophication indexes of 陈昊，陈艺晏，金英淑.丹江口库区典型支流氮、磷空间分布特征与富营养化评估 J.河南理工大学学报（自然科学版），2023，42（2）：62-70.doi：10.16186/ki.1673-9787.2022010035CHEN H，CHEN Y Y，JIN Y S.Spatial distribution characteristics and eutrophication assessment of nitrogenphosphorus of typical tributaries in Danjiangkou Reservoir Area J.Journal of Henan Polytechnic University（Natural Science），2023，42（2）：62-70.doi：10.16186/ki.1673-9787.2022010035收稿日期：2022-01-12；修回日期：2022-02-21基金项目：国家社会科学基金资助项目（20BJY043）；教育部人文社会科学基金资助项目（17YJCZH217）；河南理工大学创新型科研团队科研项目（T2018-4）第一作者简介：陈昊（1979），男，河南永城人，博士，副教授，主要从事风险管理方面的教学和研究工作。Email：通讯作者简介：金英淑（1972），女，朝鲜族，吉林延边人，博士，主要从事应急管理、风险管理方面的教学和研究工作。Email：O S I D第 2 期陈昊，等：丹江口库区典型支流氮、磷空间分布特征与富营养化评估Laoguan River，Qi River，Tao River，Shending River，Si River，and Guanshan River were 70.39，79.43，67.35，79.23，69.68，71.10，respectively.The study found that the typical inflow tributaries were all at different degrees of eutrophication.Among them，Laoguanhe，Qihe，Shendinghe and Guanshan rivers were in a state of severe eutrophication，and Taohe and Sihe were in a state of moderate eutrophication；（3）The nitrogen and phosphorus levels in the Qi River and Shending River were significantly higher than those of other tributaries，and they should be the key basins for comprehensive water environment management in the reservoir area in the future.Key words：Danjiangkou Reservoir；nitrogen；phosphorus；eutrophication0引言水体富营养化严重威胁着全球水安全，研究表明，全球 70%的湖泊、水库处于不同程度富营养化状态1。水体富营养化是指水体氮、磷等营养元素大量富集引起藻类等浮游生物异常增殖、水体溶解氧减少、水质恶化、鱼类及其他生物大量死亡的现象2。因此，水体中氮、磷等营养元素是水生生态系统中浮游植物生长和防治的重要生源要素。现有研究表明，水体中氮磷质量浓度过高时，会促进水生生态系统浮游生物生长，特别是水动力条件较差环境中更易3，如学者关于三峡库区水体富营养化的研究表明，水库各支流受到水库水位顶托，支流水位抬高，流速变缓，水体扩散与交换能力减弱，造成各种污染物的扩散、交换，水体自净能力严重下降，富营养化，为藻类生长和水华暴发提供了有利条件。同时，由于水库支流的开放性特征，支流水体富营养化程度呈明显的地域、区域分异特点，水库支流水体氮磷质量浓度及其富营养状况对库区水环境质量和生态安全具有直接影响4。丹江口水库作为我国最大的饮用水水源保护区，也是我国南水北调 3 条调水线中唯一向京津冀豫等沿线城市提供饮用水的水源水库，其水质状况直接关系到水库下游和南水北调沿线城市居民的用水安全。丹江口水库建成后，学者们围绕水库水文、水质和水生生物等方面开展了广泛的调查研究，主要集中在水库水文特征及影响因素5、水体养分特征及富营养评估6-7、消落带土壤养分释放及风险8、流域不同土地利用类型的养分输入贡献9和水土流失综合治理措施10等方面，也有关于大气沉降对库区水体水质的影响11研究。丹江口水库周边多为丘陵垄岗区，流域内土地利用类型丰富，工业企业较多，工业污水、村镇生活污水、农业地表径流、畜禽养殖废水等肆意排放，水库周边生活垃圾和农作物秸秆形成的固体废弃物构成了水库营养盐污染的主要来源，库区汇水支流营养盐超标成为影响库区水质安全的最主要问题12。2004年，丹江口库区流域 42个评价河段中，20 个属于水质达标河段，占 45.5%；22个属于水质未达标河段，占 54.5%13。为有效控制丹江口水库各支流营养盐的输入，采取了末端治理、源头控制、过程减排、水生态修复等一系列库区富营养化防治技术与措施，保障丹江口水库水质安全。2014 年 12 月 12 日，南水北调中线工程正式通水，采取一系列水环境治理措施后库区各支流水质状况及其风险状况尚未见报道，鉴于此，本文通过丹江口水库的丹库主要支流（老灌河、淇河、滔河）和汉库主要支流（神定河、泗河、官山河）等典型支流的水质调查数据，分析库区不同支流氮磷等营养盐空间分布特征，评估不同支流水体富营养状况与差异，以期为丹江口库区各支流流域采取进一步的针对性水环境管理措施提供科学依据。1研究区域与方法1.1研究区域概况丹江口水库位于我国中部汉江和丹江交汇处，由湖北境内的汉库和河南境内的丹库构成。库区属于典型的北亚热带季风气候，年平均气温1516，多年平均降雨量约 1 000 mm，超过 80%的降雨集中发生在季风季节的 610 月。丹江口水库入库支流众多，各支流水质状况直接关系到库区水质安全，距水库距离较近或可直接入库的支流水质状况对库区水质的影响更加明显。丹江口库区直接入库支流主要包括老灌河、淇河、滔河、神定河、泗河和官山河（表 1），本文根据流域水体中的污染物主要来源差异，将库区各支流划分为 3种类型：（1）城镇污染型。该类型支流水体的污染来源主要为城市工业废水和生活污水，如632023 年第 42 卷河南理工大学学报（自然科学版）神定河是丹江口库区典型的城镇污染型河流14。（2）农业污染型。该类型支流主要包括淇河和官山河，其污染物来源主要为自然村落的生活污水和农业面源污染15-16。（3）城镇+农业复合污染型。该类型支流主要包括老灌河、滔河和泗河，其污染物来源主要是城镇生活污水、村落分散型污水和农业面源污染17。1.2采样点设置由于丹江口库区丰水期为 69月，枯水期为12月次年 3月，其余时间为平水期5，且调查样点较多，工作量较大，为了兼顾枯水期和丰水期支流水质对库区水体影响的代表性，选择平水期（2019 年 10 月）开展各支流水质调查研究。为考察丹江口水库各典型入库支流营养盐的空间变化特征，本研究根据各典型支流的长度和地理特征，从河口至河流末端等距依次布设采样点（图 1）。其中，老灌河从河口至河流末端共布设 7 个监测点，依 次 为 LGH01，LGH02，LGH03，LGH04，LGH05，LGH06，LGH07；淇河从河口至河流末端共布设 5 个监测点，依次为 QH01，QH02，QH03，QH04，QH05；滔河从河口至河流末端共布设 5 个监测点，依次为 TH01，TH02，TH03，TH04，TH05；神定河从河口至河流末端共布设 5 个监测点，依次 为 SDH01，SDH02，SDH03，SDH04，SDH05；泗河从河口至河流末端共布设 6 个监测