何若英,羅建良,倪宏偉,丁 濤,樓越平,崔 丹

(1.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020;2.對(duì)河口水庫(kù)管理局,浙江 湖州 310006;3.牡丹江水力發(fā)電總廠,黑龍江 牡丹江 157000)

1 問題的提出

對(duì)河口水庫(kù)地處浙北德清縣境內(nèi),東苕溪支流余英溪中游,是一座以防洪為主,結(jié)合供水、灌溉、發(fā)電等綜合利用的大(2)型水庫(kù),壩址以上控制流域面積148.7 km2,庫(kù)容1.469億m3,是德清縣重要的城鄉(xiāng)飲用水水源地,被稱作全縣43萬(wàn)人民的“大水缸”。水庫(kù)現(xiàn)狀日平均供水9萬(wàn)t,供水人口13.8萬(wàn)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅速發(fā)展,水庫(kù)已被《德清縣縣域給水規(guī)劃 (2000—2020)》明確列入城鄉(xiāng)一體化供水的主要水源地,遠(yuǎn)期 (2020年)規(guī)劃供水27.6萬(wàn)t/d,規(guī)劃供水人口為40萬(wàn)。

對(duì)河口水庫(kù)建成運(yùn)行40多年來,隨著社會(huì)發(fā)展、庫(kù)區(qū)人類活動(dòng)加劇和歷年上游來沙淤積,工業(yè)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖、生活、水土流失的點(diǎn)面源污染和庫(kù)區(qū)底泥污染物釋放,都威脅著水源地水質(zhì)安全。2008年水庫(kù)送檢水樣檢測(cè)結(jié)果表明,除總氮外,其余水質(zhì)指標(biāo)年均水質(zhì)均為I～I(xiàn)I類,但總氮汛期、非汛期和年均水質(zhì)均為IV類,總磷最差月份也為III類水,水庫(kù)已接近富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。因此開展對(duì)河口水庫(kù)水質(zhì)安全評(píng)價(jià)和污染防治措施的研究非常迫切。

2 研究總體思路

本文研究的總體思路見圖1所示。

圖1 總體思路流程圖

3 水質(zhì)評(píng)價(jià)分析

對(duì)河口水庫(kù)水質(zhì)評(píng)價(jià)采用2005—2008年實(shí)際監(jiān)測(cè)的水質(zhì)資料,地表水質(zhì)評(píng)價(jià)按 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 (GB 3838—2002),采用單因子評(píng)價(jià)法;富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)按《地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》 (SL 395—2007),采用指數(shù)法。由于水庫(kù)近幾年常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)中無(wú)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)重要指標(biāo)葉綠素 a項(xiàng)目,因此取總磷 (TP)、總氮 (TN)、透明度(SD)和高錳酸鹽指數(shù) (CODMn)4項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)時(shí)段按全年平均、汛期、非汛期和年極大值分別統(tǒng)計(jì),水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果列于表1中。

表1 對(duì)河口水庫(kù)2005—2008年水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果表

由表1可知:①2005—2008年各年度平均水質(zhì)為Ⅳ～Ⅴ類水,定類項(xiàng)目均為總氮;年極大值達(dá)到1.68～5.33 mg/L,為Ⅴ～超Ⅴ類水?？梢钥闯?總氮是對(duì)河口水庫(kù)近幾年最主要的污染因子。②總磷2005—2008年全年期、汛期、非汛期平均水質(zhì)為Ⅱ～Ⅲ類水,未達(dá)到Ⅱ類目標(biāo)水質(zhì)要求。③2005—2008年全年期、汛期、非汛期水質(zhì)均為中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),臨近富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。④2005—2008年氟化物含量無(wú)論是年度平均、還是年極大值均正逐年遞減,說明關(guān)閉砩石礦起到了非常明顯的效果,但氟化物水質(zhì)監(jiān)測(cè)極大值為0.56～1.03 mg/L,個(gè)別月份已達(dá)到Ⅳ類水質(zhì),隱患較大。

4 安全隱患及污染負(fù)荷估算

通過對(duì)庫(kù)區(qū)污染源的實(shí)際調(diào)查,目前庫(kù)區(qū)水質(zhì)安全隱患主要有:①庫(kù)區(qū)內(nèi)主要工業(yè)污染源竹拉絲、白竹生產(chǎn)企業(yè)排放的CODcr濃度分別高達(dá) 10000～35000 mg/L和45000～90000mg/L,若這些高濃度的有機(jī)廢水未經(jīng)任何處理直接或間接入庫(kù),對(duì)水質(zhì)影響很大。②庫(kù)區(qū)內(nèi)30%行政村尚未建成生態(tài)村,生活污染物仍存在隨意排放現(xiàn)象。③庫(kù)區(qū)農(nóng)業(yè)以傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)模式為主,生產(chǎn)過程中施用的大量化肥、農(nóng)藥隨著灌溉余水和地表徑流入庫(kù),產(chǎn)生農(nóng)業(yè)面源污染。④水庫(kù)建成運(yùn)行40余年,目前庫(kù)區(qū)泥沙淤積嚴(yán)重,造成大量污染物入庫(kù)沉淀,影響水庫(kù)水質(zhì)。⑤庫(kù)區(qū)板栗林種植區(qū)多緊臨庫(kù)區(qū),坡面植被覆蓋度較低,水力侵蝕強(qiáng)度大,直接威脅庫(kù)體水質(zhì)。⑥緊臨庫(kù)區(qū)的3家砩石礦雖已停止開采,但礦山裸露,易隨降雨徑流入庫(kù)。⑦入庫(kù)支流末端由于暴雨沖刷和人類活動(dòng)影響,沖刷嚴(yán)重,河道天然自凈能力偏低,影響庫(kù)區(qū)水質(zhì)。⑧臨庫(kù)公路、橋梁一旦發(fā)生化學(xué)危險(xiǎn)品等有毒有害物質(zhì)運(yùn)輸事故,將直接威脅供水安全。

在對(duì)庫(kù)區(qū)安全隱患調(diào)查分析的基礎(chǔ)上,對(duì)主要污染物總氮、總磷、CODcr、氨氮的污染源排放量和入庫(kù)量進(jìn)行了估算,入庫(kù)系數(shù)參照 《全國(guó)水環(huán)境容量核定技術(shù)指南》和《浙江省農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源污染調(diào)查》中的推薦值,經(jīng)計(jì)算:污染負(fù)荷排放量CODcr1075 t/a、氨氮171 t/a、總氮1564 t/a、總磷119 t/a;污染負(fù)荷入庫(kù)量CODcr343 t/a、氨氮31 t/a、總氮300 t/a、總磷5 t/a。在入庫(kù)污染負(fù)荷中,CODcr主要來自竹拉絲、白竹和水煮筍加工企業(yè),其次來自面源污染;總氮主要來自庫(kù)區(qū)水田、旱地、板栗林、茶園及毛竹林的面源污染;總磷、氨氮除主要來自庫(kù)區(qū)面源污染外,農(nóng)村生活污水和禽畜養(yǎng)殖也是一個(gè)重要來源。

5 污染防治措施

5.1 污染負(fù)荷削減量

本文地表水質(zhì)模型采用湖泊完全混合衰減模型,富營(yíng)養(yǎng)化預(yù)測(cè)模型采用狄龍模型,對(duì)近期水平年 (2015年)水質(zhì)進(jìn)行了預(yù)測(cè),并計(jì)算了水質(zhì)恢復(fù)至Ⅱ類目標(biāo)水質(zhì)需削減的污染物量。

湖泊完全混合衰減模型表達(dá)式為:

式中:Cp為入庫(kù)污染物濃度(mg/L);Ch為水庫(kù)現(xiàn)狀污染物濃度(mg/L);Kh為中間變量;Qp為入庫(kù)流量(m3/d);W0為水庫(kù)現(xiàn)有污染物排入量(g/s);V為水庫(kù)庫(kù)容(m3);C為污染物濃度(mg/L);Qh為水庫(kù)出流量(m3/s);K1為污染物降解速率(1/d)。

狄龍模型表達(dá)式為:

式中(N,p)為庫(kù)水體中氮、磷濃度(mg/L);E為水庫(kù)單位面積氮、磷負(fù)荷量(g/m2);H為水庫(kù)平均深度(m);ρ為水力沖刷系數(shù),ρ=Q/V;V為水庫(kù)容積(m3);Q為入庫(kù)水量(m3);R為氮、磷滯留系數(shù),R=0.426?exp(-0.271Qi)+0.547?exp(-0.00949Qi);Qi為單位面積水量負(fù)荷(m),Qi=Q/A,A為水庫(kù)水面面積(m2)。

假定水庫(kù)不采取任何污染防治措施,經(jīng)計(jì)算,若近期水平年為平水年,則年均水質(zhì)總氮為1.31 mg/L,總氮恢復(fù)至目標(biāo)水質(zhì)0.5 mg/L,需削減62%,總磷可滿足目標(biāo)水質(zhì)要求;若近期水平年為枯水年,則年均水質(zhì)總氮為1.85 mg/L,總磷為0.031mg/L,恢復(fù)至目標(biāo)水質(zhì)總氮需需削減73%,總磷需削減20%;COD、氨氮雖滿足 Ⅱ類目標(biāo)水質(zhì)要求,但庫(kù)區(qū)仍分布有工業(yè)污染源安全隱患,且生產(chǎn)季節(jié)比較集中,因此也需進(jìn)行削減。

5.2 主要污染防治措施

為達(dá)到上述預(yù)期污染物削減量目標(biāo),水庫(kù)應(yīng)以 “綜合整治”為主,采取工程措施和非工程措施相結(jié)合的方式,重點(diǎn)提出如下治理措施:

(1)工業(yè)污染源治理。重點(diǎn)治理庫(kù)區(qū)內(nèi)污染較大的30家竹拉絲、6家白竹生產(chǎn)企業(yè)。該2類企業(yè)為庫(kù)區(qū)內(nèi)主要的工業(yè)污染源,排放的高濃度有機(jī)廢污水就地達(dá)標(biāo)處理難度很大,宜將企業(yè)排放污水集中外運(yùn)至武康鎮(zhèn)獅山污水處理廠進(jìn)行處理。

(2)農(nóng)村生活污水治理。參照庫(kù)區(qū)已建生態(tài)村生活污水處理的成功經(jīng)驗(yàn),采用戶用型人工濕地的處理措施;與筏頭鄉(xiāng)集鎮(zhèn)較近的姜家莊移民新區(qū),其生活污水管網(wǎng)接入集鎮(zhèn)污水處理廠。

(3)水庫(kù)清淤工程。對(duì)于水庫(kù)建成運(yùn)行40余年來的庫(kù)區(qū)泥沙淤積嚴(yán)重,底泥污染物釋放問題,對(duì)河口水庫(kù)清淤保源工程已于2007年12月正式啟動(dòng)。

(4)庫(kù)周板栗林治理。重點(diǎn)治理板栗林水土流失防治面積200 hm2,從國(guó)內(nèi)板栗林治理實(shí)踐來看,在板栗林種植區(qū)間植防護(hù)林帶和實(shí)施坡面徑流調(diào)控工程可有效改善水土流失狀況。但從長(zhǎng)期來看,應(yīng)通過采用補(bǔ)償?shù)确绞?逐步將板栗林遷出。

(5)砩石礦治理。采用將土地整治、周邊攔擋防護(hù)等工程措施和生態(tài)復(fù)綠的植物措施相結(jié)合的方式,改善礦山的立地條件,重點(diǎn)治理銀子山砩石礦裸露面20 hm2。

(6)生態(tài)工程建設(shè)。生態(tài)工程建設(shè)包括人工濕地、生態(tài)河道、植被緩沖帶等。在庫(kù)區(qū)各類污染源中,面源污染所占比重最大,并且無(wú)法采取類似點(diǎn)源污染那樣集中治理的方法加以解決。因此農(nóng)業(yè)面源治理考慮從2方面著手:一是源頭污染負(fù)荷削減技術(shù)、措施的推廣和實(shí)施,包括科學(xué)選用化肥農(nóng)藥、施用有機(jī)肥、推廣測(cè)土配方施肥技術(shù)和“節(jié)水減污”高產(chǎn)栽培技術(shù)等;二是從輸移路徑和末端來控制和削減污染負(fù)荷,包括生態(tài)河道建設(shè):通過對(duì)入庫(kù)支流河道采取生態(tài)護(hù)岸、綠化坡岸等措施,可促進(jìn)河流生態(tài)功能恢復(fù),提高河流的自凈能力,降低入庫(kù)河流的污染;植被緩沖帶建設(shè):由于入庫(kù)支流河道兩側(cè)大多僻作農(nóng)地、菜園,地表裸露率高,肥、水流失量大,因此在支流河道兩側(cè)建立植被緩沖帶,能阻斷污染源和河流之間的直接連接,減少進(jìn)入河流的污染物;人工濕地建設(shè):在各支流入庫(kù)河口建設(shè)人工濕地工程,農(nóng)業(yè)面源污染物經(jīng)由濕地生物系統(tǒng)攔截凈化,可控制和減少庫(kù)區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面源性污染對(duì)水庫(kù)水環(huán)境的危害。

(7)突發(fā)水污染事件防范和水質(zhì)監(jiān)測(cè)工程。通過建設(shè)公路防護(hù)欄、橋梁隔離防護(hù)設(shè)施,以有效防范突發(fā)水污染事件。為動(dòng)態(tài)掌握水庫(kù)水質(zhì)的污染水平和變化趨勢(shì),科學(xué)管理,在庫(kù)尾主要支流匯入處和自來水取水口處建設(shè)2座水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站和1套水庫(kù)水質(zhì)預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

(8)水庫(kù)水源地保護(hù)長(zhǎng)效管理機(jī)制建設(shè)。全面實(shí)施水庫(kù)飲用水源地的監(jiān)管,確保供水總體安全。

5.3 防治措施效果預(yù)測(cè)估算

(1)通過實(shí)施竹拉絲和白竹生產(chǎn)企業(yè)污水治理工程、非生態(tài)村生活污染物治理工程以及筏頭鄉(xiāng)污水處理廠收集管網(wǎng)擴(kuò)建工程,可削減CODcr達(dá)159 t/a、削減總磷0.4 t/a、削減氨氮3.1 t/a。

(2)通過在各支流入庫(kù)河口建設(shè)人工濕地,利用濕地生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學(xué)和生物的作用機(jī)制,降低廢污水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度,從目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、示范工程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看,各地人工濕地污染物去除率的影響因素較多,運(yùn)行效果也相差較大。但總結(jié)下來其凈化效果一般為:CODcr去除率可達(dá)到70%,總氮、總磷可達(dá)到30%。

(3)通過對(duì)各支流下游河道進(jìn)行清淤疏浚、生態(tài)護(hù)岸、清理垃圾,以及在支流兩側(cè)建設(shè)植被緩沖帶,可促進(jìn)河流生態(tài)功能恢復(fù),提高河流的自凈能力,有效阻斷污染源和河流之間的直接連接,減少進(jìn)入河流的污染物。

(4)通過實(shí)施板栗林防治工程、山林生態(tài)修復(fù)工程、公路裸露面整治工程等水土保持工程,可增大庫(kù)區(qū)植被覆蓋率,減少水力侵蝕量,可使水土流失基本得到控制,明顯減少入庫(kù)面源污染負(fù)荷。

(5)通過實(shí)施20 hm2礦山裸露面整治工程,可使砩石礦山的污染隱患基本得到控制,減少氟化物的入庫(kù)量。

(6)通過建設(shè)公路與橋梁隔離防護(hù)設(shè)施,可有效攔截有毒有害物質(zhì)和污水進(jìn)入水庫(kù)水體,并及時(shí)排出,可有效防范水庫(kù)突發(fā)水污染事件。

通過實(shí)施以上工程,總氮、總磷的削減量能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo),同時(shí)入庫(kù)CODcr、氨氮等污染負(fù)荷也將明顯減少,庫(kù)體水質(zhì)將恢復(fù)至預(yù)期的Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)對(duì)河口水庫(kù)水質(zhì)安全評(píng)價(jià)及污染防治措施的研究可知,當(dāng)前對(duì)河口水庫(kù)最主要的污染因子為總氮,年均水質(zhì)為Ⅳ類水,其次為總磷,年均水質(zhì)為Ⅱ類,個(gè)別月份為Ⅲ類,總氮、總磷均不滿足目標(biāo)水質(zhì)要求。CODMn、氨氮等其它水質(zhì)全年監(jiān)測(cè)值為I～Ⅱ類水。本文在對(duì)主要超標(biāo)因子及安全隱患調(diào)查分析的基礎(chǔ)上,計(jì)算了污染負(fù)荷的削減量,并提出了工業(yè)污染源、生活污水、板栗林、砩石礦、沖刷河道等污染源治理工程,項(xiàng)目研究對(duì)對(duì)河口水庫(kù)水源安全保障工程的實(shí)施具有重要的指導(dǎo)意義。

[1]丁濤,何若英,崔丹.對(duì)河口水庫(kù)水源安全保障工程實(shí)施方案報(bào)告 [R].杭州:浙江省水利河口研究院,2009.

[2]謝宏春,王潮良,陳麗紅.對(duì)河口水庫(kù)水環(huán)境污染控制及保護(hù)的探討[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2006,18(4):18-20.

[3]李迎喜,雷阿林.三峽水庫(kù)水環(huán)境保護(hù)的探討[J].人民長(zhǎng)江,2008,39(23):55-58.