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口 洪一平 叶 闽 臧小平
国内外多年的研究结果表明，引起湖泊富营养化的氮、磷等营养物质既可来自城市生活和工业点源，也可来自各类非点源。在农业非点源和城市非点源中，又以农业污染源为主。化肥的使用是最主要的农业氮和磷非点源的来源。 从上游入库的氮、磷负荷与库区内氮、磷负荷比较来看，上游入库的氮、磷负荷要大于库区内的氮、磷负荷，库区产生量与上游入库负荷的比值为，总氮约1:2、总磷约1:5；从库区内的氮、磷贡献率来看，总体上面源产生量要大于点源的产生量，点源与面源的比值，总氮为1:5.5，总磷为1:2.4。 三峡库区氮、磷负荷来源主要是库区上游和库区内非点源产生的，非点源对水体的污染贡献量比点源贡献量大。库区点源产生量中总氮、总磷约占整个库区水体接纳氮、磷总量的1/20。 但库区支流香溪兴山至秭归段和小江开县段的相关资料分析表明，两条支流中的氮、磷负荷量中有约1/2-1/3来自点源。 因此，就三峡水库总体而言，氮、磷污染的控制重点应放在库区上游和库区内面源的控制上，但在受点源影响较大的局部支流库湾则需加强对点源污染的控制。 二、库区泥沙悬移质中氮、磷的赋存形态与潜在活性分析 1.氮、磷的赋存形态 长江水体中有90%以上的氮是以溶解态的形式存在，且又主要以硝酸盐态氮的形式溶于水中(约占总氮量的67.61%)。而水体中有80%以上的磷是以颗粒态的形式存在。水体中泥沙悬移质与磷含量的相关系数为0.99，与总氮的相关系数为0.09。因此，水体中悬移质的含量变化对总磷的影响较大。 从不同泥沙粒径与总氮总磷的关系试验可以看到，随着泥沙粒径的增大，其所包含的氮、磷总体呈逐渐下降趋势。泥沙粒径越小，比表面积越大，其吸附的氮、磷量也越大，故含量越高。 泥沙悬移质中氮的赋存形态分析结果表明，在长江水体各种级配的泥沙悬移质中，氮的有效态含量很低，氨氮仅占其吸附总量的2%。 泥沙悬移质中磷的赋存形态分析结果表明，对于同一颗粒级配粒径的泥沙，其含量分布的规律是，去离子水溶磷含量最小(约占0.30%)，离子交换态磷次之(0.17%～0.58%)，然后是铁磷、闭蓄态磷和残渣磷，而钙磷含量最大(约占50%)，这是由流域特性所决定的。泥沙悬移质中各种形态的有效磷合计量一般占其吸附总量的80%左右。 2.氮、磷的潜在活性分析 由于氮、磷在三峡库区泥沙悬移质中所占的有效态比例相差较大，氮约占2%，磷约占80%，因此，磷的潜在影响远比氮大。磷的潜在活性试验结果表明：江水本身的磷背景对悬移质中磷的释放有抑制作用；江水的pH值变化对悬移质中磷的释放影响较大，pH值降低或升高，都会使磷的释放量增加；随着水体扰动时间的增加，磷的释放量逐步增加，达到24小时后，磷的释放量趋于平衡状态；随着水中钙、铁离子含量的增加，会抑制悬移质中磷的释放。 由于在通常情况下长江干流水中的pH值一般呈中性或弱碱性，由此可知，泥沙悬移质中所能释放的磷量较少，约占总磷量的0.5%～1%。因此，颗粒态的磷大部分将随泥沙运动而不会释放。但在极少数水域(如排污口附近、河汊库湾及厂矿周边等)由于酸碱度、氧化还原电位和溶解氧等条件的变化，可能加剧泥沙中磷的释放。 根据三峡工程泥沙研究与氮、磷形态试验研究结果，初步估算三峡水库运行初期(前22年)具有潜在活性的氮、磷在库中累积量分别为：氮约17万t，磷约377万t。这些具有潜在活性的大量氮、磷营养物质累积在库中，一旦水环境条件适宜，就可能释放出来，增加库区水体的营养物质的负荷。 三、三峡水库水域富营养化潜势分析 大量的调查研究资料表明，富营养化现象主要发生在湖泊、水库的水体中，流动的河流一般很少出现富营养化现象。为了对三峡水库建成后库区局部水体是否会发生富营养化的问题进行较深入的探讨，根据国内典型水库氮、磷及其富营养化情况调查、资料分析，将已发生富营养化现象的相关指标与三峡库区的指标进行类比分析，探讨三峡水库水体富营养化发生的可能性和潜在影响。 1.与典型水库的营养因子比较 将三峡水库干支流典型断面COD、氨氮、亚硝态氮、硝态氮、总氮、总磷等监测值与国内部分已发生富营养化现象的水库有关监测值进行比较发现，三峡水库营养物质负荷较大，特别是氮、磷物质，它们的浓度与国内已发生富营养化现象水库的氮、磷浓度相近，甚至还要偏高。但由于现在所测的浓度是天然河流的浓度，其中总磷很大一部分是来自泥沙中的赋存量，三峡建库后，随着泥沙的沉积等因素影响，总磷浓度将会有所变化，也可能会降低，这将有待于进一步研究。 2.与环境因子的比较 在环境因子中，水温、气温和光照是藻类进行光合作用的必要条件。从国内一些湖泊水库富营养化调查资料来看，水库发生富营养化与气候变化关系很大，气候条件能促成藻类水华的发生。在所调查的水库中，一般发生水华时，基本都是在气候转暖、日照充足的条件下发生的。如天津于桥水库富营养化发生一般都在每年的5～8月份，浙江新安江水库发生水华的时间在5～6月份，湖北陆水水库发生富营养化现象是在2000年3月；另外，汉江中下游20世纪90年代发生三次水华现象均在年初的2～3月份。从这些区域发生水华现象时的气候条件分析来看，气温一般都在10℃～25℃之间。一些国内的研究成果也表明，水体发生水华的最佳气温为10℃～25℃，此时藻类最易迅速生长，低于或高于这气温范围都不易诱发藻类生长。 三峡水库地处中纬度亚热带，库区周围有秦岭、大巴山和巫山等山脉，可阻挡来自西北的冬季寒冷气流入侵。库区气候温暖湿润，四季分明，降水充沛，光照充足，夏热冬暖。库区年平均气温17℃～19%，年平均日照在1330～1550小时之间，日照百分率仅30%～35%。 三峡水库的3-6月份和9-11月份，气温、水温条件应是适宜藻类生长的时期。 3.与水库的形态要素和水文要素的比较 一般发生富营养化的水库同时具备以下特征：水中氮、磷营养物达到一定水平，平均流速小于0.05m/s，水温在10℃～25℃之间，气候温暖、日照充足等。三峡水库建成后，水文情势将发生较大变化，特别是在枯水期，库区上游来水量减少，坝前水位的升高，库区受回水顶托影响的干支流的流速比天然河流情况大为减小。对于长江干流，在正常蓄水位175m情况下即枯水期，当寸滩枯水期流量为3700m3/s时，其断面平均流速仅为0.25m/s，沱口断面平均流速为0.16m/s，比天然情况下枯水期的断面平均流速2m/s小得多；对于支流，在175m水位下，水流速度减少很多，如小江开县段枯水期平均流速由建库前的0.65m/s，降到0.006m/s，而且岸边流速更小，也可能基本不流动，其流速均接近湖泊型水库的流速，因此库区支流回水区的水文条件基本与发生富营养化现象的湖泊水库相似，即具备诱发富营养化的形态要素条件。 综上所述，湖泊、水库发生富营养化主要与水体中的氮、磷等营养物水平、水文条件、气候条件等因素有关。而且富营养化现象的发生是多种因素的组合，缺一不可。经初步分析，三峡库区干流水体以上条件不尽相同，而在有些受回水影响的支流河段，则有可能满足上述条件。如香溪河兴山至秭归段、开县城区段等水域，按富营养化发生的基本条件比较，是发生富营养化的敏感区域。三峡水库建成后，香溪河发生富营养化的敏感时段一般在2～6月份，开县城区段在2～4月份。 四、建议 在开展库区及其上游地区污染治理的过程中，重点加强库区支流敏感区的点源治理；采用星、空、地相结合的监测技术手段，对库区支流库湾的藻类水华现象加强监控；开展以水库生态调度和生态修复工程等措施为主的富营养化综合控制技术研究，为保护三峡水库的水质提供保障。 ■ (作者单位：长江流域水资源保护局) |