河流富营养化评价标准

河流富营养化评价标准
能够反映湖泊水库营养状态的变量很多 ,但只部分指标可被用于湖库营养状态的评价 ,而且不同国家和地区所选取的指标各不相同 ,其中总磷(TP)、总氮(TN)和叶绿素 a均为必选指标 ,虽然 TP和 TN中只有部分形式能够为藻类所吸收利用 ,但目前国际上大多是采用 TP和 TN指标 ,而不是选用可利用性总磷或者可利用性总氮等指标 ,这是由于营养盐的可利用态与不可利用态之间存在着复杂的转化关系。

而其它指标如透明度、溶解氧 (DO)、化学需氧量 (COD)和 pH 等只是在一些国家和地区被应用。

河道型水库营养状态评价指标的选取应遵循以下几个原则: ( 1)是水库富营养化控制的关键性因素; (2)与藻类生长具有明确的机理性关系; (3)指标相对稳定 ,不易受到其它因素的影响; (4)具有富营养化的早期预警功能 ,为水库富营养化控制提供支持。

基于上述原则 ,对现有指标在河道型水库的适用性进行分析.认为总磷是我国大部分河道型水库的限制性要素 ,是水库富营养化控制的关键因子. 氮不仅是某些水库富营养化的控制性要素,而且是河口以及海岸带水体藻类的关键限制因子,为了体现水库对河口的影响及控制作用 ,在制定河道型水库的营养状态标准时应考虑氮元素.叶绿素a能够反映水库中藻类生物量的大小 ,虽然含量受到藻类种类的影响 ,容易在评价时造成一定的偏差 ,仍然是水体富营养化程度的一个重要表征指标. 因此 ,认为总磷、总氮和叶绿素 a仍然是河道型水库的
营养状态评价的关键指标。

透明度也是一个常用的湖泊水库营养状态评价指标 ,这是因为在一般的湖泊水库中 ,透明度变化主要源于水体中悬浮的藻类数量的差异 ,因此 ,它能够很好表征湖库的富营养化程度 ,甚至有人认为透明度是识别湖泊、水库营养状态趋势的最好变量. 但河道型水库与一般的湖泊水库不一样 ,其透明度指标受河流流速、泥沙含量的影响较大 ,与真正意义上的湖泊水库中的透明度不同.以三峡水库为例 , 1年中出现富营养化敏感时期分别是 3～6月和 9～10月 ,而两个时期的透明度存在显著差异 , 9～10月为汛后期 ,平均透明度为0.54 m, 3～6月为汛前期 ,平均透明度为1.76m,原因在于汛期泥沙含量的影响作用 ,使得透明度作为河道型水库的营养状态评价指标中具有一定局限性.因此 ,作者认
为透明度适用于河道型水库春季敏感时期的营养状态评价 ,此时水体透明度受泥沙含量影响作用较少 ,大小主要取决于藻类数量
的差异。

目前 ,关于 COD与富营养化的关系还不明确 ,虽然一些研究发现二者存在较好的相关性 ,但作用机理尚不明晰.而 DO在富营养化发生过程中一直发生动态变化 ,很难作为预警性指标.因此 ,认为这两个指标不适合作为河道型水库的营养状态评价指标.
综上所述 ,河道型水库营养状态指标采用总氮、总磷、叶绿素 a、透明度等 4个指标比较适宜 ,其中透明度仅适用于3月～6月期间的营养状态评价。

指标分级标准值的确定方法：
河道型水库的营养状态指标分级标准值的确定方法主要包括以下 3种方法：
（1）统计学分析方法
该法是对河道型水库的营养物浓度进行统计分析 ,将一定概率下的营养指标值作为标准值. 具体分析步骤如下: (1)在富营养化敏感时期 ,对河道型水库不同类型敏感区进行评价指标取样和监测 ,包括 TN、 TP、叶绿素 a和透明度 ,样品数量要满足统计学分析的要求; (2)以不同类型敏感区为单位 ,对监测样点的 TP、TN、叶绿素 a和透明度结果分别进行统计分析 ,参照美国的营养物基准值制定方法 ,将 25%分布概率的对应值设为该指标的贫营养级别标准值 , 50%分布概率的对应值作为中营养与富营养级别间的标准值 , 75%分布概率的对应值作为中富营养与重富营养级别间的标准值.该法具有简单易行的特点 ,缺点是
由于以分布统计为基础 ,结果容易受到样品数目大小的影响 ,而且要求样品之间关联性小 ,对于小型的河道型水库 ,可以通过对生态区内多个河道型水库的调查值进行统计分析 ,从而得到准确的结果。

（2）营养化指数与营养物指标的回归分析方法
该法是根据叶绿素 a与营养化指数的关系 ,确定叶绿素 a的标准值 ,然后建立河道型水库的叶绿素 a含量与 TP、 T N和透明度的回归关系式 ,然后以叶绿素 a标准值为基准确定其它指标的标准值.具体步骤如下:
(1)对河道型水库的 TN、TP、叶绿素 a和透明度等指标取样监测.
(2)根据《湖泊富营养化调查规范》中修正的营养状态指数 ( TSI
M
)与叶绿素 a
浓度的关系公式及其TSI
M 分级标准,分别计算不同TSI
M
)分标准所对应的叶绿素
a浓度值 ,获取叶绿素 a的分级标准值.
TSI
M
= 10×(2.46 +lnA/ln2.5)
式中:TSI
M
为修正的营养状态指数 ,无量纲单位; A为叶绿素 a浓度值 ,mg·m-3.
表1 TSI
M
的营养化分级标准
（3）营养状态评价指标的阈值分析方法
该法是根据浮游植物密度水平与营养指标的关系 ,分析藻类达到不同水华爆发状态时对营养物的限值要求 ,从而为标准值制定提供依据. 水华爆发根据藻类数量可以分为无爆发、临界爆发和爆发3种状态 ,认为藻类数量小于 500 ×104个·L-1时为无爆发状态 ,介于 (500～10000) × 104个·L-1之间时为临界爆发状态 ,大于 10000×104个·L-1时为爆发状态.分别统计河道型水库在不同爆发状态下的总磷、总氮的浓度分布范围 ,并对最小限值进行分析 ,将其作为
营养状态标准值设定的基本依据.
如果调查期间河道型水体未爆发水华 ,可以根据 N/P 比例关系来间接分析营养物浓度的潜在阈值.理论推算表明 ,浮游植物在代谢中的 N/P 摩尔比为 16∶1,假设 N/P 比大于 16∶1,意味着 P 是藻类爆发的潜在限制性要素 ,如果在其它条件适宜的情况下尚未爆发水华 ,根据此时监测中的P 最大值可以初步判断出指标的潜在阈值.假如 N /P 比小于 16∶ 1,意味着 N 是潜在限制性要素 ,可采用同样方法分析 N 的富营养化潜在阈值。

营养状态综合评价方法：
选取叶绿素 a 、总磷、总氮、透明度(SD)和高锰酸盐指数(COD Mn )5 个单项指
标的浓度值 ,分别计算水体单项指标的营养状态指数(TLI).
TLI(∑)=()j 1j
TLI W m
j •∑= 式中:TLI(∑)为综合营养状态指数;TLI(j)为第 j 种参数的营养状态指数;Wj 为第 j 种参数的营养状态指数的相关权重。

各个指标的营养状态指数计算式：
（1）TLI （chla ） =10（2.5+1.086ln chla ）
（2）TLI （TP ） =10（9.436+1.624lnTP ）
（3）TLI （TN ） =10（5.453+1.694lnTN ）
（4）TLI （SD ） =10（5.118-1.94lnSD ）
（5）TLI （COD ） =10（0.109+2.66lnCOD ）
可由一些评价参数作为基准参数,对其他评价参数进行相关分析后,对相关系数归一化得出相关的权重.
∑==m
j ij ij
r
r W 122j 式中: r ij 为第 j 种参数与基准参数 chla 的相关系数;m 为评价参数的个
数. 采用 0到100 的一系列连续数值对水体营养状态进行分级.
参考国际惯例,chla 取 1.6,10.0,26.0,60.0, 160.0mg/m3分别为贫营养、中营养、轻富营养、中富营养、重富营养的上限表征值。

将TLI计算式与结构方程关系式联立方程组；在参照状态的阈值范围内自动取数，作为模型的数据库，运行模型，得到各变量之间的一组关系值，代入方程组即可解得一组得数，把这组结果作为基准初值
基准值的最终确定还需要考虑专家意见，并且结合流域内水体水文气候人文风俗水体的用途土地利用情况以及对特殊的动植物和生态多样性的保护等因素对基准初值进行调整并最终确定基准值。