南水北調來水對密云水庫水質及水生生物的影響

曹鯤鵬，劉 巖，李亞楠

(1.北京市智慧水務發展研究院，北京 100036；2.北京市密云水庫管理處，北京 101512)

0 引言

南水北調來水調入密云水庫調蓄工程于2013年9月開工建設, 起點為團城湖調節池，通過京密引水渠反向引水，經6級泵站提升輸水至懷柔水庫，經雁棲泵站加壓后，由京密引水渠輸至白河電站下游調節池，再由溪翁莊泵站加壓后將來水送入密云水庫。輸水線路總長約103 km，總揚程132.85 m[1]。2015年9月11日，南水北調水正式進入密云水庫，至2020年9月南水停止向密云水庫反向引水，南水北調來水共進入密云水庫5.16億 m3。源水區丹江口水庫水與密云水庫水進行水質匯兌，由于兩種水源水質化學特征存在差異，而且隨著南水不斷入庫，密云水庫水位逐漸抬升,消落帶面積增大,匯兌之后，密云水庫水生態存在重構風險。因此，南水入庫后，進行匯水區及整個庫區的水質、水生態調查監測，明確水庫水環境變化，對指導密云水庫水質安全管理調度具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 樣品采集方案

按照SL219-2013《水環境監測規范》[2]采樣點布設原則，密云水庫庫區水質監測站點分布如圖1所示，為白河主壩、庫西、套里、恒河、庫東、金溝、水九進口與潮河主壩，2015年9月南水北調水入庫后增設節制閘采樣點。水生植物監測斷面為大關橋、辛莊橋、石匣村、燕落村。

1.2 水質分析方法

每月用有機玻璃采樣器對庫區8站點表中底層進行樣品采集(金溝只采集表層樣品)，低溫保存并在48 h內進行分析檢測。樣品采集過程有嚴格的質量控制。

溶解氧的分析方法為電化學探頭法HJ506-2009；總氮的測定為堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法 HJ 636-2012；氨氮的測定為納氏試劑比色法HJ535-2009；總磷的測定為鉬酸銨分光光度法GB11893-1989；高錳酸鹽指數的測定為GB11892-1989。樣品檢測分析過程有嚴格的質量控制。

1.3 藻類分析方法

浮游藻類定性標本用浮游生物網采集，在表層至0.5 m深處以20～30 cm/s的速度作∞形巡回緩慢拖動約1～3 min，把樣品放入塑料瓶中，進行浮游藻類定性分析。定量標本用有機玻璃采樣器取上、中、下三層混合水樣，取1L作為定量樣品，立即加入15 ml魯哥氏液固定，水樣直接靜置沉淀 24～ 36 h后，用虹吸管抽掉上清液，余下 20～25 ml 沉淀物轉入 30 ml定量瓶中，進行浮游藻類定量分析。

浮游藻類的定量與定性分析參照《淡水微型生物圖譜》、《水和廢水監測分析方法(第四版)》及《內陸水域浮游植物監測技術規程SL733-2016》[3]完成。

1.4 水生植物調查方法

水生植物調查參照《水生生物調查技術規范DB11/T 1721-2020》[4]完成。

1.5 數據處理與分析

采用Excel 2013進行數據處理與分析，采用Excel 2013、Origin、ArcGIS軟件作圖。

2 結果評價

2.1 節制閘水質

2015-2020年，節制閘總氮值一直低于密云水庫庫區，基本符合地表水III類標準?？偭字党?018年低于庫區外，其余年份均較庫區總磷值偏高，符合地表水II類標準。2017-2018年高錳酸鹽指數低于庫區，其余年份高于庫區，符合地表水II類標準。氨氮含量與庫區相當，符合地表水II類標準[5](見圖2)。

2.2 南水入庫對密云水庫水質的影響

南水入庫之前，潮河和白河是密云水庫兩大主要入庫河流；南水北調水入庫之后，南水水源通過京密引水渠進入水庫成為第三大入庫水渠。2015年8月底庫區水位133.3 m,蓄水量8.50億 m3,水面面積74.09 km2。2020年12月底庫區水位148.3 m,蓄水量24.74億 m3,水面面積139.81 km2。截止到2020年底南水入庫后庫區歷史最高水位是149.7 m,對應的蓄水量為26.8億 m3,水面面積146.07 km2。2019年9月-2020年底南水共計向密云水庫調蓄5.36億 m3。

2.2.1 時間變化

分析2015-2020年庫區各監測斷面重要水質指標的時間變化趨勢，可以看出：

pH值在7.2～8.9之間波動，有效的數據范圍為7.7～8.8 mg/L，每年的中位數在8.4～8.5 mg/L。2015年箱體最短，全年pH值變化幅度最小，穩定性最好；2020年箱體最長，全年pH值變化幅度最大，穩定性最差。2015-2020年pH值變化幅度不大。

溶解氧在6.2～15.4 mg/L之間波動，有效的數據范圍為6.2～14.0 mg/L，2019年溶解氧>14.0 mg/L的為異常值，每年的中位數在8.1～9.5 mg/L。2016年箱體最短，全年溶解氧變化幅度最小，穩定性最好；2018年箱體最長，全年溶解氧變化幅度最大，穩定性最差。2015-2018年溶解氧含量呈逐年上升趨勢，2018年之后有輕微的下降趨勢[6]。

高錳酸鹽指數有效的數據范圍為6.2～14.0 mg/L，每年的中位數在2.4～3.4 mg/L。2020年箱體最短，全年高錳酸鹽指數變化幅度最小，穩定性最好；2016年箱體最長，全年高錳酸鹽指數變化幅度最大，穩定性最差。2015-2016年高錳酸鹽指數含量呈逐年上升趨勢，2016年之后呈下降趨勢。

氨氮有效的數據范圍為0.025～0.22 mg/L，每年的中位數在0.1～0.2 mg/L。2019年箱體最短，全年氨氮變化幅度最小，穩定性最好；2016、2018年箱體最長，全年氨氮變化幅度最大，穩定性最差。2015-2018年氨氮含量呈逐年上升趨勢，2018年之后有輕微的下降趨勢。

總氮有效的數據范圍為0.4～2.5 mg/L，每年的中位數在0.5～1.5 mg/L。2019年箱體最短，全年總氮變化幅度最小，穩定性最好；2018年箱體最長，全年總氮變化幅度最大，穩定性最差。2015-2020年總氮含量呈逐年上升趨勢。

高錳酸鹽指數、氨氮、總氮、總磷在南水入庫后均呈先升高再下降的趨勢。高錳酸鹽指數在2.7～3.1 mg/L之間波動，2015-2016年上升明顯，2016-2019年相對比較平穩，2019-2020年逐漸下降。氨氮在0.1～0.2 mg/L之間波動，上升趨勢持續到2018年，之后呈下降趨勢?？偟?.6～1.6 mg/L之間波動，上升趨勢持續到2019年，之后呈下降趨勢。分析可能原因：密云水庫調蓄工程是利用原有京密引水渠，又新建9級加壓泵站和22 km輸水管道，輸水線路總長約103 km，輸水里程很長，且長期積水，又有工程建設，從而南水入庫初期氮含量上升，之后南水不斷匯入密云水庫，同時上游河流來水量增多，庫區水位從2015年的133 m上升至2019年的149 m，庫區水面面積由74.09 km2增加到146.07 km2，出現了大面積的新淹沒區，其中包括農田、林地，含有豐富的有機質和氮磷營養物質，導致了庫區氮元素含量的持續上升，2019年之后庫水位保持在146 m以上，消落帶2 m左右，庫區蓄水量較大，且變化幅度較小，水體自凈能力較強，淹沒區氮磷營養鹽向水體的轉移減少，導致了庫區氮元素含量的下降[9]。

總體來說，各監測項目(除總氮外)年均值均符合地表水II類標準，總氮均>III類。見圖3[10]。

2.2.2 空間變化

分析2015-2020年各監測斷面重要水質指標的空間變化趨勢，可以看出：

各監測斷面pH、溶解氧、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷均為汛期最高，非汛期最低；金溝汛期氨氮偏高，非汛期偏低；各監測斷面總氮非汛期最高，汛期最低。

pH、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷含量變化趨勢相近，表現為庫東、金溝淺水區域較高，其余深水區域較高；溶解氧變化趨勢相反，淺水區域偏低，深水區域偏高；總氮含量庫西、套里最高，白河主壩次之，其余斷面最低且含量接近。見圖4。

2.3 南水入庫后密云水庫富營養化狀態

2015-2020年密云水庫各監測富營養化狀態指數值在 36～43之間，均為中營養水平，富營養化狀態呈逐年改善趨勢。其中2015-2019年庫東、金溝兩斷面評分高于其他斷面，表明庫東、金溝淺水區域發生水華的概率大于深水區域，2020年庫區各斷面評分值趨于一致。

營養狀態評價指標包括：葉綠素 a 、透明度、總磷、總氮、高錳酸鹽指數。庫區富營養化評分中總氮貢獻率最高，其次是高錳酸鹽指數，總磷貢獻率偏低，表明總磷是密云水庫水華發生的限制性營養因子。

圖4 2015-2020年庫區斷面各指標空間變化趨勢

圖5 南水入庫后密云水庫富營養化狀態

2.4 南水入庫對密云水庫浮游藻類的影響

密云水庫共記錄浮游植物7門，168種，其中綠藻門物種最為豐富，共72種，硅藻門46，藍藻門21種，金藻門、甲藻門、隱藻門、祼藻門等種類較少；浮游植物種數秋季(9-11月)最高、夏季(6-8月)次之，春季(3-5月)、冬季(12-次年2月)最低。其藻細胞密度季節變化顯著，春季、夏初硅藻細胞密度高，綠藻次之；夏季、秋季綠藻、藍藻細胞密度逐漸升高；2015-2018年冬季硅藻、綠藻細胞密度高，從2019年開始冬季因偽魚腥藻的爆發使得藍藻細胞密度偏高，硅藻、綠藻次之(見圖6)。

南水入庫后，密云水庫浮游植物種類數量有所減少，優勢藻種構成季節變化顯著。南水入庫前優勢種春季優勢為硅藻-金藻，夏季藍藻，秋季藍藻-綠藻，冬季硅藻；南水入庫之后，優勢種春季硅藻，夏、秋季藍藻-綠藻，冬季藍藻-硅藻，其中冬季藍藻優勢種主要是南水入庫后喜涼的偽魚腥藻數量較多，在白河主壩區域更顯著，潮河主壩次之(見圖6)。

圖6 密云水庫2015-2019年藻類浮游植物密度

2.5 南入庫對密云水庫大型水生植物的影響

南水入庫之前，一年中的4-6月以菹草為優勢種，輔以輪葉黑藻、小茨藻，7-9月以狐尾藻為優勢種，馬來眼子菜和金魚草為輔，10-12月，結冰之前，以篦齒眼子菜為優勢種，輔以狐尾藻。

2015年9月，南水北調來水匯入密云水庫，同時，上游河流來水量增多，庫區水位從134 m上升至2019年的149 m，出現了大面積的新淹沒區。庫區岸邊帶的沉水植物、挺水植物以及陸生草本植物全部被淹沒致死。2020年8月和10月，分中心對潮河入庫口(辛莊橋)、白河入庫口(大關橋)、庫北岸邊帶(石匣村、燕落村、董各莊村)進行了水生植物調查工作，發現潮河入庫口和白河入庫口存在大量的水生植物，庫北岸邊帶有狐尾藻、大茨藻零星分布。預計庫岸帶水生植物的大面積恢復還需要多年時間。

3 結語

(1)南水入庫調水初期，密云水庫各水質指標(除pH外)均有所升高；pH呈先下降再升高的趨勢，最低達8.2，到2020年恢復到南水入庫前水平。

(2)各監測斷面pH、溶解氧、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷均為汛期最高，非汛期最低；金溝汛期氨氮偏高，非汛期偏低；各監測斷面總氮非汛期最高，汛期最低。pH、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷含量變化趨勢相近，表現為庫東、金溝淺水區域較高，其余深水區域較高；溶解氧變化趨勢相反，淺水區域偏低，深水區域偏高；總氮含量庫西、套里最高，白河主壩次之，其余斷面最低且含量接近。

(3) 2015-2020年密云水庫各監測富營養化狀態指數值在 36～33之間，均為中營養水平，富營養化狀態呈逐年改善趨勢。庫東、金溝淺水區域發生水華的概率大于深水區域。

(4)浮游植物種數秋季(9-11月)最高、夏季(6-8月)次之，春季(3-5月)、冬季(12-次年2月)最低，其藻細胞密度季節變化顯著。南水入庫后，密云水庫浮游植物種類數量有所減少，優勢藻種構成季節變化顯著。

(5)南水入庫后，庫區岸邊帶的沉水植物、挺水植物以及陸生草本植物全部被淹沒致死，目前發現潮河入庫口和白河入庫口存在大量的水生植物，庫北岸邊帶有狐尾藻、大茨藻零星分布。預計庫岸帶水生植物的大面積恢復還需要多年時間。