童 俊

(上海市供水调度监测中心，上海 200002)

金泽水库位于上海市青浦区金泽镇西、太浦河北岸，占地面积约2.7 km2，其中水面积为1.92 km2，总库容约9.1×106m3，应急备用库容约5.25×106m3，可满足2～3 d的应急水量需求。2016年12月29日，金泽水库正式投入使用，日供水规模约3.51×106m3。近年来，随着太湖流域水环境综合治理以及引江济太的实施，太浦河及其上游东太湖来水水质总体较好。但金泽水库太浦河取水口位于开放式、流动性、多功能水域，受东太湖来水、支流汇入和潮汐影响，取水口所在太浦河河段水量及来水组成不断变化。1998年—2017年，黄浦江上游地区发生的影响供水安全的主要突发污染事件共计106次[1]，其中有明确污染物的记录包括：石油类74次、挥发酚4次、浮萍4次、致嗅味物质4次、锑3次、船载化学品倾翻6次、死猪1次等。石油类突发污染次数最多，占69.8%。金泽水库上游来水可能存在的问题：太浦河干流航运繁忙，存在突发水污染风险；流域产业结构复杂，新型污染物累积风险逐步显现；受东太湖藻类数量上升影响，太浦河藻类数量明显增加；金泽水库刚建成，水质特征规律尚不明确等。

本文通过对金泽水库及上游来水的监测调查，研究其水质特征与变化规律，探索影响金泽水库水质的关键指标与主要特征污染物，为金泽水库安全运行提出技术支撑。

1 材料与方法

1.1 水质监测点设置

太浦河干流设置太浦闸下、平望大桥、黎里东大桥、芦墟大桥、金泽水文站、金泽水库取水口这6个监测断面；金泽水库内设置引水河道入库桥、库中央栈桥、水库出水这3个监测断面。以上断面监测数据时段为2017.10—2019.3，指标与频次如表1所示，数据来源于上海市供水调度监测中心。

在太浦河南岸支流厍港、 京杭运河(南支)、 老运河、牛头河、西浒荡和北岸支流京杭运河(北支)、北窑港各布设1个监测断面，分别为南岸的厍港大桥、平西大桥、雪湖桥、玛瑙庵大桥、梅潭港大桥5个监测断面，北岸科林大桥、北窑港预警站2个监测断面。以上断面监测数据时段为2018.1—2018.12，监测指标与频次如表1所示，数据由太湖局水文水资源监测中心提供。所采集水样均为落潮水。太浦河干、支流监测断面位置，如图1所示。

表1 金泽水库及其上游来水水质水量监测点位、指标与水量测验方法Tab.1 Water Quality and Quantity Monitoring Point, Indexes and Water Flow Test Method for Jinze Reservoir and Upstream Water

图1 金泽水库上游来水监测断面分布Fig.1 Monitoring Section Distribution Map for Upstream Water of Jinze Reservoir

1.2 水量监测点设置

水量监测指标包括水位(或假定水位)、流量和大断面测量，共设9个人工水量监测断面(表1)。

1.3 水质、水量自动监测站

太浦河口、金泽水文站设有水质、水量自动监测站，支流北窑港断面设有水位、流量指标在线监测装置(表1)。

2 结果与讨论

2.1 太浦河干流水质特征分析

依据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)，本文对太浦河干流、支流及金泽水库各断面开展了水质监测分析评价。根据文献报道，不同地表水的特征评价因子有所不同：如尹海龙等[2]提出了综合污染评价法；蒋增辉等[3]提出用氨氮(NH3)和高锰酸盐指数两项指标进行分类评价；胡波等[4]提出采用溶解氧、高锰酸盐指数、汞等11项指标作为黄浦江上游水质的特征评价因子。本文通过对整个检测周期内GB 3838—2002中的29项指标进行分析，发现pH值长期稳定在7.3～8.0，汞、锰等金属检出浓度均在国标限值的一半以下，砷浓度为限值的1/50，硫酸根和氯离子浓度为标准限值的1/5，挥发酚与氰化物未检出，铬、铅、铜、锌等金属均为未检出或微检出，上述监测指标检出浓度较低且无明显变化规律。总氮作为地表水29项指标之一，监测周期内除太浦闸下外，其他各监测点均值在1.5 mg/L以上，金泽水源地作为河流型水源地，总氮不参评水质类别，但可以表征水质变化规律。因此，本文选择溶解氧(DO)、高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)、石油类、阴离子表面活性剂(ABS)、粪大肠菌群、氟离子(F-)、铁(Fe)等检出率较高且对水质有影响明显的11项指标进行水质类别评价。

按GB 3838—2002对特定项80项进行检测分析，监测周期内均未出现超标现象。锑作为集中式生活饮用水地表水源地特定项目，虽然国家规定每年检测1次，但是根据朱慧峰[5]的研究，在过去的十多年中发生过多次锑污染事件，仅2017年就发生了4起锑污染事件。锑作为有毒重金属，对人体具有累计毒性和致癌性，饮用水标准中限值为0.005 mg/L，黄浦江上游水域中锑的本底较高，因此，将锑作为关注的指标开展研究。

2.1.1 各监测点水质类别

通过对金泽水库上游6个断面及库内3个断面开展为期一年半(2017.10～2019.3，18次采样)的水质监测，计算各监测点11项指标的平均值和极值，按单因子评价法分析得出相应的水质类别(表2)。由表2可知，金泽水库上游来水中，太浦闸下、平望大桥、黎里东大桥、水库出水均值均能达到Ⅲ类水标准，其他几个监测点均值在Ⅲ类～Ⅳ类，极值Ⅳ类。同时，对GB 3838—2002中的29项指标用综合污染指数法[6-7]计算综合污染指数。该指数法对全指标(水温除外)进行评价，计算如式(1)。

(1)

其中：PA——综合污染指数；

Pi=Cx/C0——i项因子的单因子污染指数，Cx为实测值，C0为Ⅱ类水质标准限值。

Pi按指数大小分5级，分别为清洁(0～0.3)、微清洁(0.3～0.5)、轻污染(0.5～0.8)、中污染(0.8～1.0)、重污染(>1.0)。太浦闸下与水库出水均值属于微清洁，其他各点均值与极值属于轻污染到中污染，这与11项指标的评价结果基本一致。

2.1.2 干流水质特征因子

本文在2.1.1的基础上，以GB 3838—2002中Ⅲ类限值作为判断标准，将筛选出的各监测点11项水质指标中的超标项和预警项作为水质特征因子，其中超过Ⅲ类限值即为超标项，达III标准限值80%即为预警项。表3为金泽水库及上游来水水质特征污染因子筛选情况。

由表3可知，决定水库上游来水和水库水质类别定级的特征污染因子(超标项)有：石油类、粪大肠菌群、 ABS、化学需氧量、氟化物和铁。预警项作为潜在的特征污染因子，主要有：高锰酸盐指数、BOD5、粪大肠菌群、铁、化学需氧量、ABS和锑。各监测点的超标项与预警项虽不尽相同，但总体具有较高的重合度。综上所述，太浦河干流的水质特征污染因子有：石油类、粪大肠菌群、ABS、化学需氧量、氟化物、铁、高锰酸盐指数、BOD5、锑这9项。此结果与以往的特征指标[5]部分不同，溶解氧、汞、氨氮、总磷等不再是特征因子，同时，增加了铁和锑作为特征因子。从18次监测结果看，超标项基本发生在秋冬季，11月—次年2月。石油类作为最主要的超标因子，在监测周期内，约二分之一频次(80/162)超标，值得关注。

2.1.3 干流水质季节性变化规律

为摸清沿程断面水质随时间变化的情况，本文对太浦河干流各断面代表性水质指标进行了季节性变化规律分析，包括：综合污染指数、高锰酸盐指数、氨氮、总氮、石油类和粪大肠菌群等。

(1)综合污染指数

表3 金泽水库及上游来水水质特征污染因子筛选Tab.3 Screening of Water Pollution Factors for Jinze Reservoir and Upstream Water

太浦闸下(2次高于0.5)、金泽水库出水(1次高于0.5)，基本处于微清洁；黎里东综合污染指数最高，基本处于轻污染以上(9次轻污染，3次重污染)，水库出水较低；从时间序列上看，冬季(2017.12、2018.2、2019.1)综合染指数呈普遍较高趋势。

(2)高锰酸盐指数

除个别月份(2017.12、2018.1、2018.2)，其他月份大多处于Ⅱ类水平，太浦闸下除2018.12处于较高浓度，其他月份都较低，金泽水文站、水库取水，在整个监测周期内居于较高趋势；从时间序列上看，冬春季(2017.12、2018.1、2018.5、2018.12、2019.1、2019.3)普遍呈较高趋势。

(3)氨氮

除个别月份(2018.2、2019.1)，其他月份氨氮大多处于Ⅱ类水平，在整个监测周期内太浦闸下都较低，平望大桥、芦墟大桥处于普遍较高浓度水平；从时间序列上看，冬春季(2018.2、2019.1)呈较高趋势。

(4)总氮

在整个监测周期内，总氮处于较高浓度范围，太浦闸下、平望大桥冬季个别月份较低；其他点位均处于较高浓度范围，远高于湖库型水总氮Ⅲ类限值(Ⅲ类水体标准限值为1.00 mg/L)。

(5)石油类

在整个监测周期内，石油类超标率较高，太浦闸下、平望大桥处于较低浓度水平(低于Ⅲ类水体限值0.05 mg/L)；金泽取水口、金泽水文站、芦墟大桥呈较高浓度范围，特别是金泽取水口处，最大检出浓度超过了0.07 mg/L。

(6)粪大肠菌群

在整个监测周期内，平望大桥、黎里东大桥处于普遍较高浓度水平；从时间序列上看，冬春季(2017.12—2018.2、2018.12—2019.1)呈较高趋势，均超过地表水Ⅲ类标准限值1×104个/L。

2.1.4 干流沿程各水质指标变化情况

在掌握金泽水库上游来水的季节性变化规律基础上，对太浦河干流沿程代表性水质变化特征进行分析，对于深入了解金泽水库上游来水特征污染物的空间分布规律具有重要意义。本文根据18次水质监测结果，按照干流监测断面数据统计其平均值，考察了各水质参数随干流沿程断面的空间变化情况。

图2 金泽水库上游来水干流沿程水质指标空间变化规律Fig.2 Spatial Variation of Water Quality Indexes along Main Upstream of Jinze Reservoir

由表2、图2可知如下。

(1)太浦河干流6个监测点位，各指标均值按单指标评价，太浦闸下、平望大桥、金泽水库出水属于Ⅲ类，其他各点均值在Ⅳ类，极值全部在Ⅳ类。

(2)就综合污染指数而言，太浦闸最低，从平望大桥监测点起开始有较大幅度增长，至金泽水库取水口都处于轻污染水平以上，全程只有太浦闸下、引水河入口和金泽水库出水属于微清洁水平。

(3)各水质参数在太浦闸下均较好，溶解氧从黎里东有较大下降，至金泽水库取水口达到最低。

(4)高锰酸盐指数、氨氮、BOD5、石油类、粪大肠菌群在平望大桥有大幅上升，至金泽取水口维持在较高水平，说明在该区间水质较差；现场调查京杭大运河南北支、老运河等船舶及附近加油站码头较多，可能是导致石油类超标的主要原因。

(5)就金泽库区水质空间变化而言，经水库停留后出水各参数都有不同程度的改善。

(6)太浦河干流(金泽水库上游)各断面2018年蓝藻数量及叶绿素a含量，从太浦闸下至金泽水库取水口各断面蓝藻数量逐渐下降，太浦闸下最高，金泽水库取水口最低，降幅为69.8%；各断面2018年叶绿素a含量与蓝藻数量高低关系大体一致，以太浦闸下叶绿素a含量最高，为23.7 μg/L，金泽水库取水口最低，为7.0 μg/L。各支流汇入未见明显带入，说明金泽水库及上游来水中的藻类与叶绿素a主要来自东太湖(太浦闸下)。因此，东太湖来水水质是影响金泽水库及上游来水水质的一个重要因素。

2.2 太浦河支流水质特征分析

2.2.1 各监测点年度均值与极值

太浦河支流各水质监测点如图1所示。2018年，挥发酚仅平西大桥有3次未达到Ⅲ类，其余断面各测次均能达到或者优于Ⅲ类，化学需氧量偶尔有Ⅳ类，因此，主要对支流溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、石油类、锑和总氮等主要水质指标展开分析。2018年，太浦河7条支流各主要水质指标年度均值浓度、极值及水质类别评价(总氮不参评)如表4所示。

表4 2018年太浦河支流各断面水质指标浓度年度均值与极值 (单位：mg/L)Tab.4 Mean and Extreme Values of Water Quality Indexes at Taipu River Tributaries in 2018 (Unit: mg/L)

由表4可知：太浦河7条支流中按均值分析，南岸5个监测断面，厍港大桥、平西大桥和梅潭港大桥水质类别为Ⅲ类，雪湖桥为Ⅳ类(超标指标为石油类)；玛瑙庵大桥为Ⅴ类(超标指标为氨氮)；北岸科林大桥和北窑港预警站水质均为Ⅲ类。按支流各断面浓度极值分析，以北窑港预警站水质较好，超标指标较少；其他监测点不同程度超标的指标有：溶解氧、高锰酸盐、氨氮、总磷和石油类，平西大桥、科林大桥、雪湖桥和玛瑙庵大桥水质均较差，各主要水质指标均严重超标。在各项水质指标中，以溶解氧超标最为严重，其中，科林大桥年内溶解氧最小，为1.8 mg/L，超标率为40.4%；高锰酸盐指数以平西大桥年内最大，为9.35 mg/L，超标率为26.26%；氨氮以玛瑙庵大桥年内最大，为9.72 mg/L，超标率为69.7%；总磷以平西大桥年内最大，为0.568 mg/L，超标率为27.27%；石油类以雪湖桥年内最大，为0.23 mg/L，超标率为57.58%。支流各断面锑年均浓度均低于0.005 0 mg/L的标准限值，以雪湖桥最高，厍港大桥最低；大运河南岸支流平西大桥与梅潭港之间，锑维持在较高浓度范围，这个趋势与朱慧峰[5]对于黄浦江上游水源地锑的2017年分布规律一致，但浓度值与超标次数较2017年大幅下降。

2.3 水文特征对水质变化的影响分析

2.3.1 水量及支流汇入对水质的影响

根据太浦河南岸5个、北岸2个支流监测站点在干流落潮期的瞬时流量监测值，估算支流月平均流量，分析2018年太浦河干支流水量变化过程，并对沿程水量平衡进行初步估算，结果如图3所示。由图3可知进出入太浦河的水量与流向。

图3 2018年太浦河干支流水量平衡初步分析结果示意Fig.3 Schematic Diagram of Water Quantity Balance at Main and Tributaries of Taipu River in 2018

太浦河南北岸7条支流，主要指标变化趋势如图4所示。

图4 2018年金泽水库上游来水干支流水质指标沿程变化规律Fig.4 Spatial Variation of Water Quality Indexes along Upstream of Jinze Reservoir in 2018

(1)太浦闸下至平望大桥段

厍港(厍港大桥)、京杭运河南支(平西大桥)在此段汇入，干流水质变差明显。平西大桥的氨氮、总氮、总磷、锑浓度均较高，厍港大桥锑浓度略高于太浦闸下，低于平望大桥。结合与水质同步监测的流量、流向监测数据，南岸厍港大桥均为入太浦河，平西大桥以入太浦河为主。平西大桥及厍港大桥水质均差于太浦闸下，其共同作用是太浦闸下至平望大桥段水质变差的原因。

(2)平望大桥至黎里东大桥段

从平望大桥至黎里东大桥段共有3条支流汇入，分别是京杭运河北支(科林大桥)、老运河(雪湖桥)和牛头河(玛瑙庵大桥)，干流各项水质指标均有不同程度的变差。科林大桥、雪湖桥、玛瑙庵大桥断面水质均明显差于干流，雪湖桥和玛瑙庵大桥锑浓度均远高于干流,科林大桥锑浓度与干流基本持平，对干流锑浓度影响较小；结合与水质同步监测的流量、流向监测数据，科林大桥、雪湖桥均为入太浦河，玛瑙庵大桥断面来水主要为西侧雪湖来水和附近工厂排水，一般情况下以出太浦河为主，对太浦河水质影响较小，太浦河水位低于玛瑙庵桥水位时就会严重影响太浦河水质。平望大桥至黎里东大桥段水质变差是老运河和京杭运河北支共同作用的结果。太浦河雪湖桥区域的锑浓度明显增加，可能与位于该区域范围内(盛泽、天凝、王江泾和平望等镇)的纺织产业密切相关。

(3)黎里东大桥至金泽段

从黎里东大桥至金泽段共有2条支流汇入，分别是西浒荡(梅潭港大桥)和北窑港(北窑港预警站)。从黎里东大桥至芦墟大桥段高锰酸盐指数、氨氮和总氮浓度基本保持稳定，溶解氧和总磷有所好转；芦墟大桥至金泽断面溶解氧、高锰酸盐指数、总磷均基本稳定。结合与水质同步监测的流量、流向监测数据，梅潭港和北窑港均为入太浦河，梅潭港氨氮和总氮浓度均差于干流，锑浓度远高于干流断面，总磷浓度优于黎里东大桥，北窑港预警站氨氮和总磷、锑均优于干流黎里东大桥。因此，西浒荡的汇入是此段水质变差的主要原因。

通过干流沿程水质变化趋势可见，太浦闸下至金泽断面干流断面各主要水质指标均有不同程度的变差。因此，推定支流较差水质的汇入是干流水质变差的另一个重要原因。

2.3.2 入河污染物通量对水质的影响

太浦河干流太浦闸下、平望大桥及金泽设有自动监测站，可较为精确计算其流量及下泄量，结合水质监测数据，可计算得到干流太浦闸下、平望大桥及金泽沿程支流的入河污染物通量。采用瞬时浓度与代表时段平均流量之积的方法计算每周通过相应断面污染物通量，再逐周累加得到通过各断面的年度污染物通量。

太浦河干支流污染物通量计算如式(2)。

(2)

其中：W——通过某断面的污染物通量，mg；

Cn——第n周通过该断面污染物浓度，mg/L；

Qn——第n周通过该断面的水量，L。

2018年，太浦闸下、平望大桥和金泽断面的高锰酸盐指数、氨氮及锑的入河污染物通量如表5所示。

由表5可知，高锰酸盐指数和锑的入河通量，太浦闸下至平望大桥段的入河通量占太浦闸下至金泽段总入河通量的42.7%和43.8%，平望大桥至金泽段入河通量占总入河通量的57.3%和56.2%。太浦闸下至平望大桥入河污染物通量较高与平西大桥水质较差有关；氨氮以平望大桥至金泽段为主，占总入河通量的70.7%，与玛瑙庵大桥、科林大桥和梅潭港大桥氨氮浓度较其他支流明显偏高有关。太浦闸下高锰酸盐指数通量占金泽通量的40.7%，氨氮占10.8%，锑占28%。因此，氨氮受支流汇入影响较大，锑次之，高锰酸盐指数受支流汇入影响最小，但绝对增加量锑和高锰酸盐指数都比较大(分别为13.53万t、1.85万t)。因此,污染物通量也是影响干流水质因素的原因之一。

表5 太浦河主要干流入河污染物通量及占比Tab.5 Flux and Proportion of Pollutants in Taipu River

2.3.3 降雨、太浦河泵闸调度对水质的影响(以锑为例)

2017年金泽水库建成投入运行以来，干支流发生过多起锑超标事件。根据太湖流域管理局水文局(信息中心)提供的分析资料，2017年—2018年7次太浦河锑浓度异常事件中有6次其前期杭嘉湖区2日累计降雨量达到或超过 50 mm，太浦闸均处于关闸状态。对锑超标时段的天气、泵闸运行情况进行分析，如表6所示。

表6 降雨、太浦河泵闸调度对太浦河水质的影响Tab.6 Influence of Rainfall and Pump & Sluice Gate Operation on Water Quality of Taipu River

对2014年—2017年15次前期杭嘉湖区2日累计降雨量达到或超过50 mm的过程进行分析，有8次杭嘉湖区2日累计降雨量达到或超过50 mm时，太湖与平望水位差不超过0.10 m(-0.04～0.10 m)，这8次过程之后均导致太浦闸倒流而关闸；1次过程引起杭嘉湖区王江泾等站水位接近保证水位而导致太浦闸关闸，因此，仅有6次过程未造成太浦闸关闸。

太浦河锑浓度异常主要原因是杭嘉湖区强降雨造成，强降雨将位于杭嘉湖区的印染企业排放的锑污染物带入太浦河；另一方面，强降雨导致太浦河和杭嘉湖区水位猛涨，引起太浦闸因倒流或区域汛情紧张而关闸，使得带有较高锑浓度的水无法得到太浦闸来水的稀释，从而导致太浦河干流锑浓度异常。因此，降雨、太浦河泵闸调度也是影响金泽水库来水水质的因素之一。杭嘉湖区域2日累计降雨量达到或超过50 mm，因防汛安全要求可能会关闸太浦闸，会导致金泽水库及上游来水锑升高，可将降水量超过50 mm与关闸作为预警指标，开启泵站机组，泵闸联动，进行应急水量调度，保障来水水质。

3 结论与建议

3.1 结论

(1)2017.10—2019.3监测周期内太浦河干流水质为Ⅲ～Ⅳ类，金泽断面水质稳定，金泽水库可稳定达到Ⅲ类水要求。

(2)2018年太浦河支流水质：南岸为从Ⅲ～劣V类，以雪湖桥和玛瑙庵大桥水质最差；北岸为Ⅲ类。

(3)金泽水库及其上游来水特征因子为：石油类、粪大肠菌群、ABS、化学需氧量、氟化物、铁，高锰酸盐指数、BOD5、锑这9项。

(4)金泽水库及其上游来水，受上游来水水量水质、支流汇入水质、污染物通量、东太湖来水水质、降雨、太浦河泵闸调度等因素的影响，水质变化较为明显。

3.2 建议

(1)合理调度，在保障防汛安全的同时，合理调配水量分配，加大上游来水比例。

(2)加大支流的综合治理力度，确保入太浦河的支流水质；控制污染物通量，加大环保产业产能升级改造，确保达到排废标准，有效降低污染物总量；太浦河南岸雪湖桥区域内锑明显增加，可能与该区域的纺织产业排废相关，因此，要加大环保产业产能升级改造。

(3)可将降水量超过50 mm与关闸作为锑预警指标，开启泵站机组，泵闸联动，进行应急水量调度，保障来水水质。

(4)开展水源保护和取水研究，东太湖水质是目前金泽水库上游来水中较为优质的水源，开展东太湖取水研究，确保金泽水库上游来水更优质安全可靠。通过望虞河引长江水入太湖，可以增加太湖枯水期水量，河道入湖水经过湖体的水质净化，有利于提高太湖出水水质；太浦河是太湖下游出口，有利于维持太浦河出水良好水质，也为太浦河向下游供水提供水量保证。