仙女湖富营养化特征与水环境容量核算

当前，湖泊水体 富 营 养 化 是 全 球 性 的 生 态 学 问 题［１］，我国面临 的 形 势 更 为 严 峻。 由 富 营 养 化 产 生 的次生效应及其他环境因子的变化往往能导致水生 生态系统发生剧烈而深刻的变化。湖库水体富营养 化的最直接原因是 营 养 盐 输 入 的 增 加 和 积 蓄，其 中 氮 、磷 影 响 最 显 著 ，控 制 湖 库 水 体 富 营 养 化 的 关 键 在 于流域污染的防治；而 科 学 制 定 污 染 防 治 措 施 的 重 要依据是特征污 染 物 的 水 环 境 容 量。 因 此，水 体 富 营养化评价和水环境容量核算已逐渐成为水环境管 理的一项重要手段 。 ［２］ 目前我国湖泊富营养化 评 价 方 法 主 要 有 单 一 参 数 法 、营 养 状 态 指 数 法 （卡 尔 森 营 养状态指数（ＴＳＩ）、修 正 的 营 养 状 态 指 数、综 合 营 养 状态指数（ＴＬＩ））、灰色聚 类 分 析 法、模 糊 评 价 法、灰 色评价法和 Ｔｏｐｓｉｓ评价法 。 ［２～４］
图 １ 仙 女 湖 流 域 核 心 区 概 图 （左 ）和 水 质 常 规 监 测 点 分 布 图 （右 ） Ｆｉｇ．１ Ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ Ｌａｋｅ Ｘｉａｎｎｖ Ｂａｓｉｎ （Ｌｅｆｔ）ａｎｄ Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ｓｉｔｅｓ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｑｕａｌｉｔｙ （Ｒｉｇｈｔ）
第 ８ 期 张 萌 ，等 ：仙 女 湖 富 营 养 化 特 征 与 水 环 境 容 量 核 算
１ 材料与方法
１．１ 研 究 区 概 况 仙女 湖 是 拦 截 袁 河 蓄 水 而 成 的 人 工 湖，作 为 新
余市境内的一座较 大 型 山 地 丘 陵 型 深 水 水 库，系 赣 江 一 级 支 流 袁 河 流 域 ，以 发 电 、渔 业 、风 景 旅 游 为 主 ， 兼顾防洪 灌 溉 等 综 合 利 用 的 枢 纽 工 程。 仙 女 湖 是 １ ６００多年前东晋 史 官 干 宝 所 著 古 籍 《搜 神 记 》中 记 述 “仙 女 下 凡 ”传 说 的 发 祥 地 ，水 质 优 良 ，为 我 国 新 能 源城的重要水源地，供 应 着 新 余 市 及 袁 河 中 游 每 年 百万人 口 的 生 活 生 产 用 水，年 供 给 农 灌 用 水 约 １× １０８ ｍ３，工业 用 水 ８×１０７ ｍ３，２０１３ 年 纳 入 国 家 水 质 良好湖泊生态环境保护名录。作为江西省重要的工 业城市，仙女湖长期 面 临 巨 大 的 环 境 压 力 和 保 护 代 价。尤其近１０ａ，随着 上 游 及 其 湖 区 周 边 社 会 经 济 的 快 速 发 展 ，外 来 污 染 物 输 入 增 加 ，湖 区 网 箱 养 殖 业 蓬 勃 发 展 ，仙 女 湖 区 的 水 体 整 体 环 境 受 到 极 大 影 响 ， 加速了湖区水质下 降，湖 泊 水 环 境 功 能 区 的 严 格 管 理及水质目标管理迫在眉睫。
（１．江西省环境保护科学研究院，江西 南昌 ３３００２９；２．河南师范大学，河南 新乡 ４５３００７； ３．南昌大学化学与环境工程学院，江西 南昌 ３３００３１）
摘 要：以典型的亚热带大型水库———江西省仙女湖为例，于 ２０１１～２０１３ 年 季 节 性 监 测 了 仙 女 湖 水 体 理 化 指 标 。 采用综合营养状态指数法对其富营养化状态进行 了 评 价，并 采 用 沃 伦 威 德 尔 模 型 （Ｖｏｌｌｅｎｗｅｉｄｅｒ）和 狄 龙 模 型 （Ｄｉｌ－ ｌｏｎ）计算了 ＣＯＤ、ＮＨ３－Ｎ、ＴＮ 和 ＴＰ 的水环境容量。结果表明：仙女湖水质总体 处 于 地 表 水ＩＩ类 ～ＩＩＩ类 标 准，ＴＮ ０．３２～０．９１ｍｇ／Ｌ、平均０．５９ ｍｇ／Ｌ，ＮＨ３－Ｎ ０．０１２～０．５９ ｍｇ／Ｌ、平 均 ０．３１ ｍｇ／Ｌ，ＴＰ ０．０１７～０．０８０ ｍｇ／Ｌ、平 均 ０．０２８ ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤＭｎ１．６１～５．５９ ｍｇ／Ｌ、平 均 ２．８５ ｍｇ／Ｌ，Ｃｈｌ－ａ ０．３７～０．９５μｇ／Ｌ、平 均 ０．５６μｇ／Ｌ。 从 湖 区 上 游 到 下游，各指标尤其是总氮、总磷、透明度和氨氮呈现明显的趋优变化特征，除 ＴＰ 出现ＩＩＩ类水质外，其余指标多年持 续处于ＩＩ类水质状态；从单因子状态指数来看，采用透明度评价的营养状态最高，大部分湖区持续处于 轻 度 富 营 养 状态；ＴＮ 和 ＴＰ 评 价 的 营 养 状 态 次 之 ，处 于 中 营 养 水 平。 仙 女 湖 ＣＯＤ、ＮＨ３－Ｎ、ＴＮ 和 ＴＰ 水 环 境 容 量 分 别 为 ２１ ２０８．０、３ ５２８．８、４ ９９１．２和２４８．１ｔ／ａ，分别 剩 余 容 量 比 率 ５６．８８％、６８．２５％、６２．８９％ 和 １３．６７％，影 响 仙 女 湖 水 环境容量最突出的环境因子为 ＴＰ。同时，基于对水环境容量影响因素的分析，最后提 出 了 提 高 仙 女 湖 区 水 环 境 容 量的建设性方案。
然而，目 前 有 关 水 资 源 丰 沛 的 江 西 水 系 的 富 营 养 化 评 估 、水 环 境 容 量 研 究 仍 然 相 对 较 少 ，曾 有 学 者 对鄱阳湖流域内的 鄱 阳 湖 富 营 养 化、五 大 河 流 以 及 袁河的水环境容量进行了部分研 究 ，但 ［６，７，１０］ 对 江 西 省水域面积大 于 ２０ｋｍ２ 的 大 中 型 湖 库 富 营 养 化 评 估和水环境容量研究鲜有报道。本研究目的是对江 西 省 大 型 人 工 湖 库 ——— 仙 女 湖 的 富 营 养 化 状 态 进 行 综合评估和水环境容量进行核定并分析主要影响因 素，旨在为仙女湖入 湖 污 染 负 荷 的 削 减 和 重 要 生 态 功能区的水质保护提供支撑。
量约为２．９２×１０８ ｍ３，４～９ 月 占 全 年 ６８．５％，采 用 （１９６９年１ 月 ）。 库 区 平 均 水 深 约 １２ ｍ，最 深 处 达
总 库容８．９×１０８ ｍ３计算得到的滞留时间为３个月， ３３．４ｍ。仙女湖多年平均水温 ２６．８℃，多 年 平 均 入
径流深 ９００ ｍｍ，径 流 模 数 为 ２８．４８ Ｌ／（ｓ·ｋｍ２）。 湖水量如表１所示。据４０ａ运行 调 度资 料 表 明，仙
关 键 词 ：仙 女 湖 ；富 营 养 化 ；综 合 评 价 ；水 环 境 容 量 ；水 质 目 标 中 图 分 类 号 ：Ｘ５２４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００４－８２２７（２０１５）０８－１３９５－１０ ＤＯＩ：１０．１１８７０／ｃｊｌｙｚｙｙｈｊ２０１５０８０１９
收 稿 日 期 ：２０１４－０９－２３；修 回 日 期 ：２０１５－０２－１１ 基金项目：国家水体污染控制与治理 科 技 重 大 专 项 子 课 题 （２０１２ＺＸ０７５０１－００１－０６）；国 家 自 然 科 学 基 金 （Ｃ０３０６０４）；江 西 省 青 年 科 学 基 金
（２０１１４ＢＡＢ２１３００４）；江 西 省 社 会 发 展 支 撑 计 划 项 目 （２０１３３ＢＢＧ７０００１） 作 者 简 介 ：张 萌 （１９８３～ ），男 ，副 研 究 员 ，博 士 ，主 要 研 究 方 向 为 湖 沼 学 、水 环 境 科 学 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｏｍｄｅｓｈｉｙｅ＠１２６．ｃｏｍ ＊通讯作者 Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｚｕｇｅｎ２００２＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ
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高程），多年 平 均 蓄 水 量 ３．２×１０８ ｍ３，水 面 面 积 约 最低水位一般不低于海拔６４ｍ，在 非 常 时 期 可 抵 御
５０ｋｍ２，湖中分布着 ２５ 个 湖 湾，近 百 座 岛 屿。 仙 女 最高洪 水 水 位 海 拔 ７６ ｍ，历 年 来 绝 对 最 高 水 位
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湖多年平 均 径 流 量 为 １１０．９４ ｍ３／ｓ，月 平 均 径 流 总 ７１．８５ ｍ （１９８２ 年 ６ 月 ），绝 对 最 低 水 位 ６３．８ ｍ
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长江流域资源与环境
第 ２４ 卷
泊生态环境 保 护 规 划 （２０１３～２０２０ 年 ）》发 布 后，水 质较好的大中型湖 库 的 污 染 控 制 需 求 迫 切，依 据 水 环境容量进行污染物排放总量控制已成为全国湖库 尤其是水 质 较 好 湖 库 水 质 目 标 管 理 的 重 要 技 术 手 段。水环境容量受 多 种 因 素 的 影 响，包 括 水 体 自 然 背 景 值 、水 环 境 功 能 要 求 、污 染 物 质 特 性 及 其 排 污 方 式、入河排污口分 布 特 征、水 功 能 区 设 计 流 量、相 应 设计流量下的设计 流 速、水 体 混 合 程 度 以 及 污 染 物 综合衰减 系 数 等 因 素 ，其 ［５～１１］ 中 水 质 控 制 目 标、功 能区水质现状和设计水文条件对水环境容量的影响 至关重要。自１９２５年 斯 特 里 特 （Ｈ．Ｓｔｒｅｅｔｅｒ）和 费 尔普斯 （Ｅ．Ｐｈｅｌｏｓ）首 次 建 立 Ｓ－Ｐ 模 型 即 一 维 稳 态 河 流 中 的 溶 解 氧 （ＤＯ）－生 化 需 氧 量 （ＢＯＤ）水 质 模 型 以来，水环境容量模 型 建 立 及 应 用 不 断 发 展 并 日 趋 完善，我国 许 多 学 者 对 国 内 多 个 重 要 河 流 （如 香 溪 河）、湖泊（如太湖、巢 湖、滇 池、三 峡 水 库）的 水 环 境 容量进行了系统研究。
“九五”时期，我 国 环 境 管 理 行 政 主 管 部 门 提 出 “要实施污染物排 放 总 量 控 制”，主 要 分 为 目 标 总 量
控制、容量总量控制和行业总量控制３种类 型［５］，重 点 推 行 污 染 物 排 放 目 标 总 量 控 制 制 度 。 “十 一 五 ”期 间，随着我国水污染 形 势 的 恶 化 和 自 然 水 体 环 境 容 量的萎缩，水环境管 理 逐 渐 从 目 标 总 量 控 制 向 容 量 总量控制转变，而且 实 行 以 纳 污 能 力 为 核 心 的 污 染 物容量总量控制与管理势在必行。在实践过程中水 环境容量总量控制被普遍认为是一种有效的水环境 管理模式。水体最 大 允 许 纳 污 量 的 核 算，即 水 环 境 容量核算是污染物 容 量 总 量 控 制 的 科 学 基 础，关 系 到 水 功 能 区 水 质 目 标 的 实 现 。 ［６～８］ 水 环 境 容 量 （Ｗａｔｅｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｃａｐａｃｉｔｙ），有 学 者 也 称 之 为 水 环 境 承 载 力 （Ｗａｔｅｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｃａｒｒｙｉｎｇ Ｃａｐａｃ－ ｉｔｙ，ＷＥＣＣ）［９］，作 为 水 环 境 目 标 管 理 的 基 本 依 据 ，是 水环境规划的主要 约 束 条 件，也 是 水 体 污 染 物 总 量 控制的关键技术支持 。 ［８，１０］ 随 着 我 国 湖 库 环 境 保 护 工 作 日 益 受 到 关 注 ，尤 其 是 国 家 环 保 部 《水 质 较 好 湖
仙女湖地处湿润的中－南亚热带，受东亚季风 强 烈影响。湖库 坝 址 控 制 流 域 面 积 ３ ９００ｋｍ２［１２］，约 占袁河流 域 总 面 积 的 ６０．１３％（图 １）。本 研 究 着 重 研究仙女 湖 流 域 核 心 区，全 部 位 于 新 余 市 境 内 （图 １）。仙女湖的东 西 向 最 长 处 ３０ｋｍ，南 北 向 最 宽 约 １０ｋｍ，属不完全年调节 湖 泊 型 水 库，水 库 淤 积 尚 不 严重 。 ［１２］ 仙女湖多年平均水位高程约６８．７ｍ（黄海
第２４卷 第８期 ２０１５年８月
长江流域资源与环境 Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｂａｓｉｎ
Ｖｏｌ．２４Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２０１５
仙女湖富营养化特征与水环境容量核算
张 萌１，祝 国 荣２，周 慜１，李 惠 民１，陆 友 伟１，３，刘 足 根１＊