随着人类社会经济发展，全球性水污染问题日趋严重，富营养化现象已成为世界性难题.近30年来，中国江河湖库水体富营养化发展速度加快，全国富营养状态湖泊(水库)比例达到53.8%(中华人民共和国环境保护部，2011).中国是水资源短缺国家，南方地区河流和湖泊严重退化(如太湖、巢湖等)，水质性缺水更加突出，水库调水和蓄水对缓解城市供水矛盾将起到至关重要的作用(韩博平，2010).我国水库富营养化现象日趋普遍(韩博平等，2003；王孟等，2004；江涛等，2005；张峥，2005；刘景红等，2005；苏玉萍等，2008；韩博平等，2006；郑丙辉等，2006；吴挺峰等，2009; 王丽平等，2013)，如何缓解和减轻水库富营养化问题已经成为刻不容缓的任务.

新安江水库不仅是长江三角洲地区著名的风景名胜区，也是该地区重要的饮用水水源地和渔业生产基地，更是钱塘江水源涵养区(吕唤春等，2002).近年来随着当地经济的迅速发展，库区局部地区开始出现富营养化和藻类异常增殖现象，严重影响水体透明度和引发水体异味，出现生态系统健康及水生态安全异常等问题，引起各界学者的广泛关注(严力蛟等，2001；韩晓霞等，2013).目前对新安江水库水质及生态问题已经从渔业养殖(刘其根，2005；刘其根等，2010)、污染源分析(吕唤春等， 2002，2003a；余员龙等，2010)、浮游植物群落(吴志旭等，2012；盛海燕等，2014)、浮游动物群落(李共国和虞左明， 2002a，2002b)、叶绿素变化(刘英等，2003；吕唤春等，2003b；高玉蓉等，2012)等多方面进行了研究.但在全球气候变化的大背景下，水文气象过程对水体理化特征和浮游植物生长的影响已成为水生态学研究的热点问题(O′Reilly et al., 2003; Smol et al., 2005; Winder and Sommer， 2012).本文在分析近10年新安江水库水质变化规律的基础上，从水文和气象因子角度对千岛湖水质的影响进行探讨，为保护水库饮用水安全和健康的生态系统提供科学依据.

新安江水库，位于浙江西部与安徽南部交界的淳安县境内(E118°20′~119°20′，N29°11′~30°02′)，是1959年新安江水电站大坝建成蓄水后形成的深水型水库，其流域总面积11850 km²，其中库(湖)区面积达573 km²，库容量为178亿m³，平均水深达34 m，湖中面积2.5 km²以上岛屿有1078个，又名千岛湖(吴志旭等，2012；盛海燕等，2014).该区域属亚热带季风湿润气候带，年均气温17.12 ℃，无霜期达260 d，年均降雨量1487 mm.该水库兼有发电、防洪、旅游、养殖、航运、饮用水源及工农业用水等多种功能，在城市饮用水安全日益紧张的趋势下，该水库饮用水源的功能将更显突出.

根据新安江水库的地理形状，共设置12个采样点(图 1)，分别位于不同区域(Kimmel and Groeger， 1984)，其中街口、威坪林场、小金山、百亩畈和航头岛属于河流区，茅头尖、三潭岛和排岭水厂属于过 渡区，崂山出口、西园、毛竹源和大坝属于湖泊区.从2009年1月—2012年12月每月采样1次.2003—2008年之间的水质监测数据由淳安县环境保护监测站提供，气象和水文数据由淳安县气象局和淳安县水利局提供.

图 1(Fig. 1)

图 1 新安江水库采样点示意图 Fig. 1 Distribution of sampling sites in Xin′anjiang Reservoir

常规理化监测项目包括：水温、塞氏透明度(SD)、pH、溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(COD_Mn)、生化需氧量(BOD)、总氮(TN)、氨氮(NH₄⁺-N)、总磷(TP)和叶绿素a.透明度采用塞氏圆盘法现场测定，水温、溶解氧、pH采用加拿大RBR公司生产的XR-620多参数水质仪现场测定，其余理化项目采集后4 h内在实验室测定.理化分析方法按照《水和废水监测分析方法》进行(国家环境保护总局，2002).叶绿素浓度的测定采用改进的反复冻融、丙酮浸提测定(林少君等，2005).

采用EXCEL 2003软件对所有数据进行统计计算和分析，采用Spss 19.0软件进行聚类分析和多因子相关分析，采用单因素方差分析(one-way ANOVA)比较不同数据组间的差异.

水库营养状态评价采用综合营养状态指数法，评价指标有叶绿素a(chla)、总氮(TN)、总磷(TP)、透明度(SD)和高锰酸盐指数(COD_Mn)(中国环境监测总站，2001).加权综合营养状态指数为：

随着水温的季节性变化(图 2a)，各水质指标均出现相应变化.pH值在夏秋季(5—9月)达到最高，冬季最低(11—12月)(图 2b).DO在春季(3—5月)达到最高，秋冬季最低(9—12月)(图 2c).总磷(TP)浓度较低在0.0028~0.028 mg · L^-1，春季(4—6月)明显高于冬季(12—2月)(图 2d).总氮(TN)浓度值在0.52~1.39 mg · L^-1，高值一般出现在4月份，低值出现在11月和2月(图 2e).氨氮(NH₄⁺-N)浓度值在0.011~0.130 mg · L^-1，和总氮变化类似，高值出现在4—7月，低值出现在12—2月(图 2f).透明度(SD)的季节变化与其它指标相反，冬季(12—2月)明显高于夏季(5—8月)，变化范围在237~673 cm之间(图 2g).叶绿素a浓度一般在春夏季(4—7月)达到高值，冬季(12—2月)最低，变化范围在1.21~18.1 μg · L^-1(图 2h).高锰酸盐指数(COD_Mn)夏秋季节(5—10月)达到最高，冬季最低(1—3月)，值在1.06~2.06 mg · L^-1之间(图 2i).生化需氧量(BOD)变化规律与高锰酸盐指数类似，夏秋季节高，冬季低，变化范围在0.318～0.870 mg · L^-1之间(图 2j).对每个指标不同月份进行单因素方差分析，得出水温、pH、溶解氧、总磷、氨氮、透明度、高锰酸盐指数和叶绿素a浓度均存在显著季节变化(p＜0.01，df=119)，但总氮和生化需氧量季节变化不显著(TN：p>0.05，df=119；BOD：p>0.05，df=85).

图 2(Fig. 2)

图 2 新安江水库2003—2012年逐月水质变化 Fig. 2 Monthly variation of water quality in Xin′anjiang Reservoir during 2003—2012

新安江水库近10年各水质指标年际变化略有不同，叶绿素a浓度、总磷、总氮、生化需氧量和pH存在显著的年际变化(Chla，TP，TN，pH：p＜0.01，df=119；BOD：p＜0.01，df=85).总氮浓度从2003年开始缓慢上升至2007年开始逐步下降，后5年均值比前5年均值高0.07 mg · L^-1；叶绿素a浓度一直保持上升趋势，至2012年略有下降，后5年均值比前五年增加近一倍；生化需氧量下降趋势明显.

对12个点位10年各指标月均值进行空间异质性分析，发现水温的空间差异不显著，pH、SD、Chl-a、DO、COD_Mn、BOD、TN、TP、NH₄⁺-N的空间差异均达到显著水平(p＜0.01，df=119)(图 3).除pH和DO未表现出上下游差异外，TP、TN、Chl-a、COD_Mn、BOD、TNH₄⁺-N 均表现出从河流区至过渡区和湖泊区逐渐降低的趋势，而SD则表现出从河流区至过渡区和湖泊区逐渐增大的趋势.

根据各水质指标对12个点位进行聚类分析，结果见图 4.12个点位可分成3大类，街口、百亩畈和威坪林场属河流区，水质最差；第二大类是西园和小金山，水质比第一大类稍好第三大类是过渡区和湖泊区各点位，与前面两大类相比水质最好.第二类中西园点位属于湖泊区但其水质比其它湖泊区点位差，因为其位于县城周边，受周围人类活动影响较大(韩晓霞等，2013).第三大类中航头岛属于河流区但其水质相比于其它河流区点位水质最好，说明航头岛所在的东北湖区水质优于西南和西北湖区.

图 3(Fig. 3)

图 3 新安江水库2003—2012年空间水质变化趋势 Fig. 3 Spatial variation of water quality in Xin′anjiang Reservoir during 2003—2012

图 4(Fig. 4)

图 4 新安江水库点位聚类分析图 Fig. 4 Cluster analysis of sites in Xin′anjiang Reservoir

新安江水库近10年综合营养状态指数略有上升(图 5a)，前五年均值为27.6，后五年均值为29.7.根据湖泊(水库)富营养化评价等级，2003—2009、2012年均值小于30，新安江水库水体属于贫营养状态，2010年和2011年年均值大于30，属中营养状态.单个参数TLI指标中，总氮指数最高(月均指数范围在39~68之 间)，50%左右的时间属于轻度富营养状态；总磷和高锰酸盐指数较低(月均指数范围在7~29之间)，属于贫营养状态；叶绿素a和透明度随季节变化变化较大(冬季月均指数较低：小于30，夏季较高：在30~50之间)，极个别月份街口叶绿素a和透明度指数超过50，达到轻度富营养状态.

综合营养状态指数存在显著空间差异，多年平均综合营养状态指数呈现出河流区至湖泊区逐渐下降的趋势(图 5b).河流区5个点位(街口、威坪林场、百亩畈、航头岛和小金山)的TLI值均大于30，水体属中营养状态，过渡区和湖泊区则属贫营养状态.

图 5(Fig. 5)

图 5 新安江水库2003—2012年综合营养状态指数时空变化趋势 Fig. 5 TLI of temporal and spatial variations in Xin′anjiang Reservoir during 2003—2012

新安江水库从成库至2012年间，年均气温波动较大，年均气温值范围在16.6~18.3 ℃之间，最大相差1.7 ℃.从2003—2012年间，年均气温处于显著下降过程(图 6a)(r=0.669，p＜0.05，df=9)，2007年年均气温比2012年年均气温高1.25℃.

图 6(Fig. 6)

图 6 新安江水库2003—2012年气温和降雨量变化趋势及多年月均降雨量 Fig. 6 Temperature and rainfall variation，multi-year average monthly rainfall in Xin′anjiang Reservoir during 2003—2012

新安江水库近50年间多年平均降雨量为1487 mm，年降雨量年际变化较大，变化范围在1025～2111 mm之间.从2003—2012年间，年均降雨量处于显著上升过程(图 6b)(r=0.67，p＜0.05，df=9)，2004年属枯水年，2005~2007、2009年属偏枯年，2003年和2011年属平水年，2010年和2012年属偏丰年.2003—2012年期间，年均降雨量和气温呈显著负相关(r=0.6303，p＜0.05，df=9).

新安江水库多年月平均降雨量见图 6c，从1月份开始降雨量逐月增加，至6月份达到最大值，后逐步下降至12月份达最低值.4—6月份是丰水期，10月份至次年1月份是枯水期新安江水库月均入库流量和出库流量基本趋势相似，一般丰水期高于枯水期，但月均入库流量极值大于出库流量(图 7a).月均入库流量大于1500 m³ · s^-1的3次高值2次出现在6月份，1次出现在7月份.年均出入库流量基本持平，2004年年均流量最低，为97 m³ · s^-1.出入库流量与当时的降雨量关系密切，根据降雨量与出入库流量的关系图(图 8)可知，月均出入库流量与月降雨量之间存在显著正相关(入库流量与降雨量：r=0.8746，p＜0.01，df=119；出库流量与降雨量：r=0.5073，p＜0.01，df=119).

图 7(Fig. 7)

图 7 新安江水库2003—2012年流量变化趋势 Fig. 7 Flow variation in Xin′anjiang Reservoir during 2003—2012

图 8(Fig. 8)

图 8 新安江水库月降雨量与月出入库流量关系 Fig. 8 Flow variation in Xin′anjiang Reservoir during 2003—2012

水文气象因子对水体理化指标有直接或间接的影响.对2003—2012年每月的水文气象与水体理化因子进行相关性分析，结果表明降雨量与出入库流量、溶解氧、总磷、氨氮浓度呈显著正相关，与透明度呈显著负相关.气温与水温、pH、高锰酸盐指数、生化需氧量、总磷和叶绿素a呈显著正相关，与透明度呈显著负相关.出库流量与溶解氧、总磷和叶绿素a、氨氮、总氮呈显著正相关，与透明度呈显著负相关.入库流量与溶解氧、氨氮、总磷呈显著正相关，与透明度呈显著负相关.

表1(Table 1)

表1 新安江水库水文气象因子及水质指标间的相关系数 Table 1 Correlation coefficients between hydrological，meteorological factors and water quality indexes in Xin′anjiang Reservoir

表1 新安江水库水文气象因子及水质指标间的相关系数 Table 1 Correlation coefficients between hydrological，meteorological factors and water quality indexes in Xin′anjiang Reservoir 气温 出库流量 入库流量 水温 pH DO CODMn BOD NH4+-N TP TN SD Chla 降雨量 0.148 0.507* * 0.875* * -0.033 0.146 0.248* * -0.103 -0.005 0.203* 0.245* * 0.133 -0.276* * 0.137 气温   0.045 0.118 0.0879* * 0.494* * -0.146 0.520* * 0.379* * 0.298* * 0.277* * 0.139 -0.523* * 0.435* * 出库流量     0.633* * -0.127 0.118 0.410* * 0.000 -0.007 0.225* 0.308* * 0.226* -0.367* * 0.306* * 入库流量       -0.053 0.133 0.268* * -0.091 -0.048 0.235* * 0.278* * 0.130 -0.257* * 0.118 水温         0.398* * -0.481* * 0.583* * 0.373* * 0.130 0.122 0.029 -0.407* * 0.326* * pH           0.120 0.373* * 0.070 0.309* * 0.298* * -0.013 -0.408* * 0.333* * DO             -0.235* * -0.137 0.180* 0.162 0.107 -0.116 0.250* * CODMn               0.368* * 0.320* * 0.239* * 0.128 -0.342* * 0.282* * BOD                 0.116 0.174 -0.305* * -0.237* 0.007 NH4+-N                   0.289* * 0.230* -0.323* * 0.238* * TP                     0.264* * -0.441* * 0.214* TN                       -0.173 0.238* * SD                         -0.566* * 注：* p＜0.05，** p＜0.01.

根据近10年新安江水库水质指标的分析结果，发现除叶绿素a以外，各水质指标10年间保持基本稳定.但叶绿素a浓度在近10年间增加趋势明显(图 2h)，并导致综合营养状态指数上升，是目前该水库最值得关注的问题(吴志旭等，2012；韩晓霞等，2013).氮磷是水体发生富营养化的主导因子(杨东方等，2007)，氮磷的增加再加上适宜的温度和光照、流动缓慢的水体可能会导致浮游植物的生长即叶绿素a浓度增加，浮游植物的增加同时又会影响水体透明度，这是一个相互影响的复杂过程.新安江水库丰水期(4—6月份)叶绿素a浓度与总氮和总磷存在极显著正相关(图 9)(TN：r=0.4126，p＜0.01，df=359；TP：r=0.4198，p＜0.01，df=359)，枯水期则不相关(p>0.05，df=359)，说明丰水期降雨带入的营养盐对浮游植物的生长起到促进作用，符合上述规律.

图 9(Fig. 9)

图 9 新安江水库丰水期TP、TN浓度与叶绿素a的关系 Fig. 9 Relationship between TP，TN and chlorophyll a concentration in Xin′anjiang Reservoir during flooding season

新安江水库水质存在显著的空间差异性.总氮、总磷、叶绿素a浓度空间上分布特征均是新安江河流区高于过渡区和湖泊区，透明度也是河流区明显比过渡区和湖泊区低.街口、威坪林场和小金山皆属于新安江下游地区，新安江是水库最主要来水河流，新安江流域占整个水库流域的60%(吴志旭等，2012)，说明新安江营养盐输入对这些点位影响较大，外源输入供给特征明显，这与前人的研究一致(严力蛟等，2001；吕唤春等，2002；吕唤春等， 2003a，2003b，2004；韩晓霞等，2013)，即新安江水库最大的问题仍然是流域问题.因此对于近期处于中营养状态的新安江水库，如何从流域角度来保护新安江水库的生态健康与饮用水安全，是决策部门首先要思考的重要问题.同时须关注西园点位，总磷、总氮、叶绿素a和透明度多年均值紧次于上游点位，因其位于县城附近，周边人类生产活动对其影响较大.从新安江水库内营养盐较高区域也是叶绿素a浓度较高区域可以推断，外源输入和人类活动对新安江水库产生较大影响(韩晓霞等，2013).

根据新安江水库水质月均指标及与水文气象因子的相关性得出，降雨量、气温和出入库流量对水体水质指标影响较大.降雨量对水质的影响表现在丰水期的水质普遍要比枯水期差，因为降雨形成的地表径流带入大量营养盐(Merino-Ibarra et al., 2008)，促进浮游植物生长，同时还携带大量悬浮物导致水体透明度下降，新安江水库符合这一特点.入库流量与下月叶绿素a浓度呈显著正相关(图 10a)(r=0.4922，p＜0.01，df=109)，同样说明入库流量带入较多营养盐入库有利于浮游植物生长，即水文动力学过程对水库浮游植物生长起重要作用.

气温对水库的影响主要表现在气温对水温的影响从而影响水体热力分层，进一步引起水库各种理化过程(溶解氧分布、底泥营养盐释放等)、上下层水流混合和对流等动力学过程发生变化(Merino-Ibarra et al., 2008; Wilhelm & Adrian，2008)，进而影响到水库浮游生物和初级生产力.水温及其季节变化是决定浮游植物群落结构和水生生态系统的主导因子(O′Reilly et al., 2003)，同时也能影响浮游植物生长的有效营养盐.一般而言水温升高有利于浮游植物生长(杨东方等，2007)，新安江水库水温与叶绿素a之间也存在显著正相关(图 10b)(r=0.2742，p＜0.01，df=119).在全球气候变化特别是全球变暖的大背景下，水生态研究人员致力于开展气候变化对水体及初级生产力的研究(Rühland and Smol，2005).气候对浮游植物组成最显著的影响可能是通过改变热分层模式来实现的，如气温升高延长了生长季和垂向混合进程(Rodríguez et al., 2001；Diehl et al., 2002； Smol et al., 2005)，垂向混合过程会改变水体中有效光和营养盐.目前对新安江水库的热力分层进行初步研究发现春季4月份到冬末春初的3月份温跃层随着季节的变化呈现增强-稳定-减弱-消失的周期变化，即春、夏、秋三季分层，冬季混合(刘明亮等，2014)，但是热力分层究竟是如何影响浮游植物生长这一关键问题还未进行深入研究.近10年新安江水库水温年均值呈现出下降趋势，但叶绿素a浓度却是上升的，这与前人提出的温度上升导致浮游植物生物量增加的结论不一致(Padilla-Gamiño and Carpenter， 2007).

图 10(Fig. 10)

图 10 新安江水库入库流量、水温与叶绿素a的关系 Fig. 10 Relationship between inflow，water temperature and chlorophyll a concentration in Xin′anjiang Reservoir

1)2003—2012年间，新安江水库叶绿素a浓度、总磷、总氮、生化需氧量和pH存在显著的年际变化，叶绿素a浓度上升趋势显著.除总氮和生化需氧量外，各指标均存在显著的季节变化，一般丰水期水质比枯水期水质差.新安江水库水质存在显著的空间差异性，表现为河流区水质比过渡区和湖泊区差.

2)综合营养状态指数表明近10年间新安江水库营养状态逐步上升，由贫营养状态向中营养状态转变.多年平均综合营养状态指数存在显著空间差异，呈现出河流区至湖泊区逐渐下降的趋势.

3)新安江水库近10年气象水文条件变化较大，气温下降趋势显著，降雨量上升趋势显著，导致入库和出库流量增加.气温、降雨量和出入库流量对水体理化指标影响较大，气象水文因子是影响新安江水库水质的重要因素.