摘要：密云水库的污染物主要来自水土流失、畜禽与水产养殖废弃物、居民点生活垃圾与污水、化肥流失、网箱养鱼的残饵与粪便、水库沉积物的释放等。总氮、总磷等无机污染物质主要来自潮河流域，化学需氧量、生化需氧量等有机污染物主要来自白河流域，污染负荷主要来自汛期。1980—2002年，密云水库的总氮浓度偏高，总磷浓度较低。总氮、化学需氧量、叶绿素具有随年代而增加的趋势。溶解氧和透明度比较高，细菌、大肠杆菌、微囊藻毒素水平较低。20世纪90年代以前，密云水库的水质属于中营养状况，90年代以后总氮水平、TSI。等指标达到或接近富营养化标准。2002年首次暴发大面积蓝藻水华。
关键词：水质;密云水库
密云水库地处北京市东北部，横跨白河和潮河两条河流，建成于1960年，是华北最大的水库，最大库容43.75亿m3，最大水深43.5 m，最大水面面积188 km2，主要功能是防洪、灌溉、发电和养鱼等，为北京市、天津市和河北省服务。随着北京城市化和经济的快速发展，水资源短缺的局面日益加重，因此，密云水库于1981年开始专为北京市供水¨J，且生活用水比重逐年上升悼j。1997 年，官厅水库因严重富营养化而失去饮用水功能‘3|，密云水库成为北京市唯一的地表饮用水源，被誉为“北京生命之水”。开展密云水库水质研究，对水质保护具有重要的意义。
1 密云水库的污染物来源
密云水库的污染物主要来源于降水径流携带的营养物质、网箱养鱼的残饵与粪便、水库沉积物的释放等。
1.1降水径流
密云水库的污染物主要是通过降水径流(包括入库河流和水库周围坡地径流)带来的。由于北京市和河北省对密云水库上游地区的点源污染采取了严格控制措施，因此，非点源污染已成为影响密云水库水质的主要污染源，包括水土流失、畜禽与水产养殖废弃物、居民点生活垃圾与污水、化肥流失等。
水土流失是最重要、最直接的非点源污染源，同时也是其他非点源污染物流失的载体。以密云县为例，因径流流失的氮和磷分别占全县流失总量的91.3%和77.3%M1。水土流失主要来自坡耕地和裸露的荒坡∞o。农业和农村污染源中以畜禽养殖业的排放量最高，如潮河流域92.9%的化学需氧量(COD)、64.4%的总氮和87.3%的总磷来自畜禽养殖M J。密云水库上游密云县辖区畜禽养殖流失的总氮和总磷相当于化肥流失量的 15.2倍和9.6倍H o。
密云水库的污染物具有明显的地域分异特征，总氮、总磷等无机污染物质主要来自潮河流域哺，¨10]，这与潮河流域农业集约化程度高有关‘61;而COD、五日生化需氧量(BOD，)等有机污染物主要来自白河流域18’9 J，以往文献的解释是与水土流失有关，但基于近年来的调查，其原因可能与村庄坐落于白河沿岸、旅游点多，生活污水直接排入河道有关。
密云水库的总氮入库负荷年际变动为633.7 —3 755.08 Ida[9，11J，总磷入库负荷年际变动为11 。103.6 t/a[9，11—3‘，进入密云水库的总氮和总磷负荷与年径流量呈正相关。密云水库的污染物入库负荷主要来自汛期旧，9]。据王晓燕等‘71研究，夏季氮和磷的流失量占全年流失总量的60%以上。苏保林等。1u通过模拟研究表明，在1997— 2002年问的平水年和丰水年的汛期，总氮和总磷的入库负荷分别占全年总负荷的51.6%～ 79.1%和53.9%～84.2%，其中丰水年汛期所占比例最大;而在枯水年的汛期，总氮和总磷的入库负荷比例较低，分别占全年总负荷的26.6%～ 36.3%和23.3%～34.9%。
磷主要以泥沙的形式被降水径流迁移带走，溶解态极少¨4|。不同土地利用类型随降水径流流失的吸附态磷占总磷的90%以上¨引。
1.2网箱养鱼
密云水库网箱养鱼始于1984年，至1988年已发展到4.7 hm2，1993年网箱养鱼规模最大，达到6.67 hm2(1]。据郝芳华等¨引研究，网箱养鱼对密云水库总磷和总氮负荷的贡献率分别为 20.8%和10.O%。林道辉等。1刊研究表明，网箱养鱼面积达到2.67 hm2时对密云水库总磷和总氮的贡献率分别为47.3%和16.9%。由此可见，网箱养鱼对密云水库污染物负荷的贡献很大，并已造成局部水体污染。为此，北京市于1994年开始对网箱养鱼进行限制。又因2002年暴发蓝藻“水华”，自2003年起全面取消网箱养鱼。
1.3沉积物释放
根据贾海峰¨1研究，仅网箱养鱼累计沉积到密云水库水底的总磷和总氮分别为206 t和 268 to沉积物不断向水体释放营养物质，从而影响水库水体水质。沉积物营养物质的释放是一个比较复杂的过程，受到多种因素的影响。王晓燕等【1引通过试验发现，沉积物的含磷量对磷释放影响不大，而pH增高、水土比例增大则有利于磷的释放。徐清等u引研究表明，上覆水厌氧环境、pH 和温度升高，同样有利于沉积物磷的释放。
沉积物释放的表现是，网箱养鱼区水体的 COD、BOD、氨氮、总氮和总磷浓度随着深度的增加而提高。1j。从沉积物上覆水到界面水，直至沉积物空隙水，总磷的浓度也依次升高Ⅲj。
关卓今等旧“研究表明，密云水库沉积物年释放氮的范围在10.1—24.5 g/m2之问。徐清等旧2J 通过静态模拟实验法和沉积物间隙水扩散法，估算出密云水库总磷的释放负荷分别为11.34 t/a 和11.56 t/a，占水库总磷负荷的27%以上。密云水库富营养化进展的主导因素仍然是外源物质，内源作用仍处于自净范围之内。
此外，大气降尘也是密云水库的外源污染源之一。虽然大气降尘量少，但降尘带来的各种元素能否引起水库水质变化，应引起注意。23|。
2影响密云水库水质的主要污染物及其分布
2.1氮及其分布
密云水库水体的总氮浓度比较高，全年平均值约为1.0 mg/L。硝态氮对总氮的贡献率最高，其时空分布与总氮相似Ⅲo。总氮浓度的水平分布是库西的白河流域小于库东的潮河流域，这与潮河流域农业集约化程度高有关。在丰水期由库东和库西分别向库中递减，在枯水期则变化比较复杂。垂直分布总体上表现出上层高、中层低、底层高的趋势‘25I。
沉积物的总氮含量在水平分布上的表现是库西>库中>库东，在垂直分布上总体表现为随着深度的增加而降低，但在不同的监测点和不同的深度也有波动旧]。
2.2磷及其分布
在不同的监测时问，密云水库水体的总磷浓度水平分布不同¨3’24’26’27]，这说明影响总磷的因素比较复杂。但是，密云水库内湖水体的总磷浓度最高，起因于多年的网箱养鱼心7|;表层水靠近白河入口处的西北角也有一高磷区，也可能与网箱养鱼有关¨引。总磷浓度垂直变化的总体趋势是自上而下逐渐升高，表层、中层和底层的总磷浓度范围分别为0.01～0.03 mg/L、0.01～0.05 mg/L和0.01～0.06 mg/L，但不同的观测点表现是不同的，如在河流人口处因水体搅动而造成总磷的垂直变化不大协J。关于丰水期和枯水期的总磷变化，葛晓立等Ⅲ3和王静等嘲1的研究结果截然相反，其原因还有待于进一步研究。
密云水库沉积物中磷的存在形态以无机磷为主，有机磷较少。无机磷和有机磷分别占总磷的 76.88%～95.09%和4.91%～23.12%。无机磷中Ca.P含量最高，占总磷的41.18%～53.73%;可溶性磷含量最低，占总磷的0.53%～ 2.13%_28I。沉积物总磷含量与Ca.P和闭蓄态磷密切相关，相关系数分别为0.921和0.956;与无机磷和可溶性磷也有比较好的相关性，相关系数分别为0.798和0.723;与A1一P、Fe—P和总有机碳相关性较差，相关系数分别为0.470、0.275和 0.64412…。由此说明，密云水库的总磷来源与北方石灰性土壤的水土流失有关。
王晓燕等u副研究表明，密云水库沉积物的总磷和总氮在河流入库处较高，这可能与河流携带的营养物质沉积有关。而刘浏等心引和徐清等心2 o 分别测试了2002年4月和9月采集的沉积物，总磷水平分布特征是库西>库东>库中，这可能与库西山坡陡造成水土流失严重有关。自白河和潮河的入库处向出库口(白河主坝和潮河主坝)沉积物表层的总磷有增加的趋势。造成这种分布的原因可能是，库西和库东的山坡自入口处向出口处的坡度增加，从而导致水土流失增加，因为河流携带的营养物质在河流入库段因流速降低而会大量沉积，不可能通过缓慢的扩散而沉积在出口处。
关于沉积物总磷的垂直分布，多数观测点呈现出自上而下逐渐减少的特点，但其变化规律也不尽相同，甚至有的观测点是表层沉积物的总磷低于下层怛2，2 7I。因此，影响营养物质沉积的因素是多样的、复杂的。
2.3重金属及其分布
葛晓立等旧41对2001年5月(枯水期)和9月 (丰水期)密云水库水体的重金属浓度进行了研究。在水平分布上，铬、镍、镉和汞差异很小，而铅和砷是库西高于库东;在垂直分布上，铁、铅、汞和砷表现为表层小于底层;在季节变化上，枯水期大于丰水期的是铁和铅，枯水期小于丰水期的是镉、汞和砷，枯水期和丰水期差异不明显的是铬和镍。在丰水期镉浓度大于0.01 mg/L，说明存在镉污染的潜在威胁旧4|。
密云水库沉积物中不同重金属的存在形式是不同的，砷、铅、锌以残留态为主，汞以硫化物结合态为主，镉以碳酸盐结合态和残留态为主。大部分重金属元素的含量自下而上呈现逐渐上升的趋势，说明库区的重金属污染在逐年加剧，这与上游的金矿开采和土壤侵蚀造成的水土流失以及点源污染等有关-3J。庄敏等心纠研究表明，密云水库沉积物的总汞含量比较高，平均为102.16斗∥kg，主要以硫化物汞、有机汞和气态汞的形式存在，可溶性无机汞的含量很少。
3密云水库水质动态变化及预测
3.1水质参数的变化
综合以前的研究文献发现，1980—2002 年，密云水库的总氮浓度偏高，年际变动在 0.67～1.28 mg/L之间，随年代而增加，1996 年以后几乎都高于1.0 mg/L，2006年6月高达1.6 mg/L[24’25’3¨3 9|。总磷浓度较低，多数年份变动于0.010～0.025 mg/L之间。最高值出现于 1995年，达到0.089 mg/L;最低值出现于1991 年，仅为0.007 mg/L;2002年6月高达0.07 mg/L[12，”’m4 0I。COD年际变动在1.7。2.9 mg/L之间，具有逐年增加的趋势。最低值出现于1980年和1981年，仅为1.7 mg/L;最高值出现于1994 年，达到2.9 mg/L;次高值出现在2000年，为2.6 mg/L[30’31’34。6’3¨41|。溶解氧(DO)年际变动在 7.01—10.63 mg/L之间，大部分年份大于9.0 mg/L[3¨32，35’36’3¨40|。叶绿素浓度比较低，年际变动在2.0—4.3 jxg/L之间，也具有逐年增加的趋势，1998年和2001年超过4.0 斗g/L。透明度(sD)比较高，大于1.6 m，年际变动在1.82—3.66 m之间‘3¨32，34。6’38，41’42]。细菌和大肠杆菌总数分别处于26～1 360个/mL和8 ～856爪/L之间，水平较低，符合国家对水源水的卫生标准∞0’34，4卜川。此外，王东利等‘451和郑和辉等Ⅲ1分别测定了2002年和2005年密云水库的微囊藻毒素，符合我国饮用水卫生标准。
3.2水生生物动态变化
密云水库的浮游藻类群落结构为硅藻一绿藻型或绿藻一硅藻型，藻类数量(细胞密度)总体上在不断增长，1973年以来年际变动在33×104～ 565.3×104个/L之间，在2002年达到最大，并以蓝藻占优势，暴发“水华”。蓝藻在温暖季节 (6～10月)数量和所占比例较高，但不同年份最高值出现的时间不同∞0’32。6’38’41堋’47。0|。浮游藻类细胞浓度与水体总磷含量成直线正相关，与透明度和氮/磷比值呈负相关M2|。
浮游动物数量年际变动在287.4—5 098个/ L之间，数量变动很大∞0’32’49’5州，生产力有增加的趋势口2’42’50|。关于底栖动物研究不多，其数量年际变动在2 306～4 123个/m2[30’32，50I。
3.3水质变化动态
根据Thomas和坂本的湖泊营养状况判定标准和Carlson的湖泊营养状态评价指数(TSI)标准，1985年密云水库水质属于中营养状况口…。 1987—1988年，密云水库出现了蓝藻门的颤藻 (Oscillatoria)和微囊藻(Mycrocystis)等水体富营养化的指示种H1，47j。1990年以后，总氮水平(按坂本的湖泊营养状况判定标准)已达到富营养化程度。1994年，COD营养指数(TSI。。。)为54.2，也达到富营养化标准(TSI>53)，以后各年份也接近或达到富营养化程度。2002年1～6月的总磷营养指数(TSITp)高达57～65，也达到了富营养化程度。39|，为2002年密云水库首次暴发大面积蓝藻水华奠定了基础旧9，49I。
密云水库的水质与年径流量密切相关，一般情况下，来水量大的年份水质好，来水少的年份水质差M3|。水库蓄水量大，水体对入库负荷的稀释、缓冲和自净能力强，水质较好¨0|。
网箱养鱼对水质影响很大。密云水库于 1984年开始网箱养鱼，1988年网箱养鱼区就已达到富营养化程度(TSI，，=57.8)，总氮、总磷、 BOD、COD、叶绿素a和浮游藻类、浮游动物、大肠杆菌密度均明显提高，而SD、DO降低，水质明显较库区差旧，4引。2001年，网箱养鱼的内湖区的 TSI，卧TSI。。。和TSI。。都达到富营养化程度，其中 TSITP高达75.3¨“。
3.4水质模拟与预测
陈毓龄等H川建立了密云水库分层水动力生态水质模拟模型，较好地预测了水位、温度、悬浮物、可溶解磷、颗粒磷、总磷、浮游植物和透明度等参数的月平均值。陈永灿等H21和徐清等[131分别建立了密云水库总磷完全混合系统水质模型，以预测不同情景下的水体富营养化情况。王建平等¨叫利用WASP模型、EFDC模型和SWAT模型，建立了密云水库水环境模拟预测集成模型，对水位、总磷、总氮、硝态氮、叶绿素和溶解氧的模拟值与监测数据匹配较好。该模型系统对外界负荷的响应非常灵敏，入库总氮和总磷负荷的下降，能显著改善水库水质，尤其是磷负荷的降低可有效地制约藻类生长，表现为叶绿素浓度显著降低。
另外，针对2002年密云水库的富营养化，董悦安等。521开展了吸附材料、水葫芦种植和机械收藻等对水质影响的试验，也取得了较好的效果。
4结语
密云水库的总氮浓度偏高，但总磷、化学需氧量、叶绿素、细菌、大肠杆菌、微囊藻毒素等水平较低，溶解氧和透明度水平较高。总的来看，密云水库的水质良好，长期保持在国家地表水环境质量标准的Ⅱ类水体水质标准，这归功于对密云水库水源地长期的、持续的保护。但是，密云水库还始终受到富营养化的威胁，因为上游地区的水土流失、化肥过量施用、畜禽水产养殖、居民点生活等非点源污染依然存在。密云水库的总氮、化学需氧量、叶绿素水平还具有逐年增加的趋势，其水质已由20世纪90年代以前的中营养状况向中富营养状况转变，2002年曾暴发大面积蓝藻水华。由此看来，密云水库作为北京市唯一的地表饮用水源，保护库区水源地环境是永恒的主题。——论文作者：王庆锁， 梅旭荣， 张燕卿， 孙东宝， 于一雷
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