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北京是一座严重缺水的特大型城市,目前密云水库是北京地区最重要的地表饮用水水源地。然而,随着人口增加和经济发展,水库水污染问题逐渐凸显,水体富营养化已成为其最主要的水污染问题。因此,防治营养物质过量排放、保护密云水库水质已成为保护生态和保障首都人民饮水安全一项迫在眉睫的任务。本文以密云水库上游流域为研究区,通过不同尺度流域水体营养物质监测,利用水文、土地利用和农业生产资料,结合非点源污染调查,定量描述水体营养物质来源,及其经河道向水库迁移过程,从而分析其时空变化特征。主要得出以下结论：
⑴若按照我国地表水环境质量标准基本项目标准限值Ⅱ类标准中有关水库水质的要求,则密云水库上游河流水体TN含量均不达标,50.5％样本的TP含量和10.3％样本的CO DMn含量也超过上述标准所规定的上限含量要求。上游河流各取样断面TN年平均浓度为3.86mg/L,NO3--N年平均浓度为2.58mg/L,NH4+-N年平均浓度为0.110mg/L,TP年平均浓度为0.027mg/L,C O D Mn年平均浓度为2.03mg/L。现阶段入库水体中营养物质已对水库水质达标带来了较大压力,且尤以氮为甚。
⑵进入密云水库营养物质平均40.3％来自点源污染,平均59.7％来自非点源污染。白河流域中,各类营养物质来自点源污染比重平均为36.5％,来自非点源污染的比重平均为63.5％。潮河流域中,各类营养物质来自点源污染的比重平均为51.6％,来自非点源污染的比重平均为48.4％。就不同种类营养物质而言,入库水体中50.1％的TN、49.1％的NO3--N、39.0％的NH4+-N中、26.5％的TP和36.8％的C O D Mn来自点源污染；49.9％的TN、50.9％的NO3--N、61.0％的NH4+-N、73.5％的TP和63.2％的C O DMn来自非点源污染。
⑶各流域水体TP和CODMn浓度均与河道流量呈显著正相关；但是,在河道径流量较大时,TP和CODMn浓度随流量递增速率明显小于流量较小时。就不同水系而言,白河流域各类营养物质占入库总量比重变化于61.3-73.7％之间,平均为70.2％。潮河流域水体各类营养物质占入库总量比重变化于20.6-34.4％之间,平均为25.0％。密云水库周边河流水体各类营养物质占入库总量比重变化于4.2—5.8％之间,平均为4.8％。就不同省区而言,北京市境内水体各类营养物质浓度均低于河北省。北京境内水体各类营养物质占总量比重变化于25.6—34.3％,平均为29.0％；河北境内各类营养物质占总量比重变化于65.7—74.4％,平均为71.0％。
⑷水体营养物质在迁移过程中,水体CODMn浓度随迁移距离增加逐步降低,其年平均浓度(CCOD)与流域面积(S)呈幂函数递减关系:CCOD=9.043S-0.173。自流域自支流至干流,人口密度逐渐增加,水体TN年平均浓度(CTN)也相应增加,其与人口密度(D)呈线性递增关系:CTN=0.0594D+1.219,水体NO3--N浓度也有类似的变化规律。泥沙是P元素在水体的运移过程中的重要迁移载体,TP年平均浓度(CTP)与径流中泥沙年平均含量(Cs)呈线性递增关系:CTP=0.0149Cs+0.0281。各流域TP年平均浓度随耕地占流域总面积比重的增大而呈线性递增,表明耕地面积比重更高的流域,水土流失状况更为严重,河流泥沙含量更高,使得水体TP含量增加。在上述迁移过程中,水体NH4+-N浓度变化不大。
⑸本区中型水库TN表面沉降速率平均为55.7mm/d,TP表面沉降速率为26.0mm/d。上游河道径流进入水库后,TN表面沉降速率显著增加,约为入流前的3倍。而水体中P元素则经历了内源磷快速释放,之后快速沉降的变化过程。水体TN表面沉降速率与表层水温间呈线性递增关系。上述沉降转化过程使水库与上游河流水体营养物质差别较为显著。水库水体TN和NO3--N浓度仅为上游河流的22.6％和21.8％,其NH4+-N和CODMn浓度比上游河流高88.9％和94.2％,仅TP浓度与河流水体相当。上游河道径流进入水库后,水库水体营养物质的空间分布也发生变化。入流前,自接近河流入库断面的部分至水库大坝,水体TP含量逐步降低；入流后,自接近河流入库断面的部分至水库大坝,水体TP含量逐步增高。入流前,自接近河流入库断面的部分至水库大坝,水体NH4+-N含量逐步增加；入流后,水体NH4+-N含量趋于均匀。入流前后水库水体TN和NO3--N浓度空间差异均不显著。
⑹利用不同尺度流域水体营养物质监测资料,揭示了营养物质自支流、干流河道至水库的迁移过程及主要影响因素,但因受观测资料限制,未能反映营养物质自坡面至河道的迁移过程。今后应将坡面和小流域非点源污染监测充分结合,以全面刻画营养物质自坡面经流域沟道至主河道的迁移过程,从而为流域水体污染防治提供充分的科学依据,为流域非点源污染模拟进一步提供理论支持。