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近十年来青草沙水库取水口水质变化趋势分析

来源:用户上传      作者:朱宜平

  关键词:长江;青草沙水库;取水口;水质变化趋势
  0引言
  长江口区域是我国最重要的经济、金融、科技和文化中心,人口密度大,优质原水需求量大.2011年6月青草沙水源地建成通水以来,平均每日供应优质原水近500万t,改变了上海市主要依靠黄浦江取水的历史,成为上海市55%左右优质原水供应地,对上海市供水水质安全保障和城市可持续发展具有重要意义.青草沙水源地是上海战略水源地之一,各方对青草沙水源地水质高度关注[1-3].青草沙水库地处长江口南支北港,采用非咸潮期通过上游泵闸从长江江心取水、下游水闸向长江放水、输水泵闸向上海市区供水的运行模式,故库内水质受取水口长江来水影响较大.
  与此同时,近年来长江上、中、下游各类调控调蓄和调水等水利设施的建设,对流域水文水情造成了一定影响.周建军等[4]研究表明,2003―2013年三峡水库蓄水后长江入海泥沙(大通站)相比1990年前减少了72%;娄保锋等[5]对长江干流2000年以来上中下游4个主要断面分析表明,长江干流年输沙量整体呈大幅下降趋势.2016年以来,随着“共抓大保护,不搞大开发”成为长江经济带发展基调以及《长江经济带生态环境保护规划》正式印发实施,长江流域生态环境也在向好的方面发展.张昀哲等[6]对长江入海前最后一个控制断面―徐六泾断面的2009―2018年氮(TN)、总磷(TP)进行分析发现,TN和TP入海通量主要受上游来水影响,且年际有缓慢下降的趋势.董文逊等[7]对长江干流12个主要水质监测控制断面2008―2018年月度数据分析发现,长江干流水质在不断好转并呈现出持续好转或逐渐稳定的趋势.陈善荣等[8]对长江干流水质变化分析发现,2016年以来政府管理措施极大地改善了长江流域总体水质,也促进了长江干流水质进一步好转.
  当前有关长江口水质变化趋势的研究[9-11]多基于国家生态环境监测网、相关科学研究专项调查来开展,数据频次为每月1次或数次.本文基于青草沙水库自2010年以来取水口的高频率日监测数据,全面分析了2010―2019年青草沙水库取水口水质变化趋势,旨在系统了解青草沙水库取水口水质发展和长江口水质变化趋势,以期为青草沙水库及其他长江口水源地长期运行提供参考.
  1材料和方法
  1.1 研究区域
  青草沙水库取水口(31°29′28.34″N,121°32′45.69″E)位于长江北港(图1),由取水闸门和取水泵站组成.非咸潮期水库水位低于长江潮位时,采用水闸自流取水;咸潮期取水口盐度未超过饮用水标准且水库水位高于长江潮位时,采用泵站引流取水.
  该区域属于亚热带季风气候,四季分明,3―5月为春季、6―8月为夏季、9―11月为秋季、12―2月为冬季.
  1.2 研究方法
  水质数据源于上海城投原水有限公司实验室.每日9点于取水口区域水深5m以内利用水质采样器取水样,垂向混合良好.其中,部分水样采用便携式仪器现场测定水温、浊度、溶解氧(DO)、pH值和电导率指标,剩余水样存放在采样瓶中,冷藏后于20min内送至化验室对相关指标进行分析,包括氨氮(NH4+-N)、氯化物、硝酸盐氮(NO3C-N)、高锰酸盐指数(CODMn)、总磷(TP)、总硬度和永久硬度,样本总量定为N,具体监测方法见表1.
  2结果与分析
  2.1 年际变化趋势
  2010年以来,青草沙水源地取水口水温、浊度、溶解氧、pH值、氨氮、硝酸盐氮、总磷、高锰酸盐指数、总硬度、永久硬度、电导率、氯化物这12个指标的年际变化情况如图2所示.
  2.1.1水温
  2010―2019年,水温年际变化不大(图2(a)).10年间,实测年内最低水温为3.8℃,最高为33.0℃(表2).其中,青草沙水源地取水口水温多处于10~25℃,占比56.1%;高于25℃和低于10℃的情况占比分别为25.5%和18.4%(N为3264).取水口水温变化较小有利于水库水温的稳定.
  2.1.2浊度
  2010―2019年,浊度呈现比较明显的年际差异(图2(a)).10年间,实测年内最小浊度为6NTU,最大浊度为460NTU(表3).其中,2017―2019年中位值分别为43、46、40NTU,相较之前明显偏低,表明这3年来水有变清的趋势.10年间,取水口浊度多处于30~80NTU,占比62.2%;浊度为80NTU以上的占比19.5%(N为3270).这表明青草沙水库是来水浊度较高的水库,水库自净过程中需要更注重水力停留时间.
  2.1.3溶解氧
  2010―2019年,溶解氧浓度总体较高且年际变化不大(图2(b)).10年间,实测年内最小浓度值为5.2mg/L,最大值为13.9mg/L(表4),来水溶解氧浓度没有低于5.0mg/L(地表水Ⅲ类标准限值)的情况,共测得8次为5.0~6.0mg/L(6.0mg/L为地表水Ⅱ类标准限值),有81%(N为3263)超过了7.5mg/L(地表水Ⅰ类标准限值),这说明因取水口水体流动性好、污染物少,溶解氧比较充足.
  2.1.4pH值
  2010―2019年,取水口的来水pH值总体偏高且年际变化不大(图2(b)).10年间,实测年内最小pH值为7.3,最大为8.7(表5);pH值小于8.0的情况占比仅为8.6%(N为3268),尤其是2016―2019年,每年低于8.0的情况占比不足5%;而超过8.3的情况占比仅为6.9%;2015―2019年,每年高于8.3的情况占比也不足5%,这表明80%以上的上游来水的pH值稳定在8.0~8.3.
  2.1.5氨氮
  2010―2019年,青草沙取水口氨氮浓度变化幅度在逐年缩小,年最大值也呈下降趋势(图2(c)).除2010年外,其余9年实测浓度最高值均在0.50mg/L(地表水Ⅱ类标准限值)以下(表6).10年间,取水口氨氮浓度在0.15mg/L以下(地表水Ⅰ类标准限值)的天数占比86.6%(N为3264),特别是2016―2020年,0.15mg/L以下的天数高达同期样本量的95.7%,说明2016年以来上游来水氨氮均处于较低浓度.

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