楊 波，王文，陳文術(shù)，任丙南，耿 靜

(三亞學(xué)院理工學(xué)院，海南三亞572022)

1 引言

水資源是基礎(chǔ)性的自然資源，淡水資源的匱乏，往往是限制島嶼經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一。海南島四面環(huán)海，與大陸沒有水域聯(lián)系，水庫(kù)是其主要的水源之一，也是調(diào)節(jié)島內(nèi)水資源分配和蓄水的主要途徑。因此，保護(hù)水庫(kù)水體的健康，對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)起著舉足輕重的作用。

湖庫(kù)水質(zhì)下降，最常見的表現(xiàn)形式就是水體的富營(yíng)養(yǎng)化。水體富營(yíng)養(yǎng)化不但直接危害漁業(yè)和水資源的利用，還嚴(yán)重地影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)以來，大量工業(yè)廢水和生活污水的排放，逐步增加的化肥施用量及肥料流失造成水體富營(yíng)養(yǎng)化日趨嚴(yán)重［1，2］。水體富營(yíng)養(yǎng)化主要是由于水體中 N、P濃度增加造成的，因此防治的注意力大多放在控制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的來源上，特別是點(diǎn)源污染，例如對(duì)重污染企業(yè)進(jìn)行徹底整治和城市污水集中處理等，這些措施有效地降低了水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的負(fù)荷量，但水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)并沒有得到明顯改善［3］。人們逐漸意識(shí)到農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染在水體富營(yíng)養(yǎng)化中同樣扮演著重要角色，特別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大量的使用工業(yè)化肥，加上環(huán)境惡化而造成的水土流失，給受納水體帶來了大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)［4～6］。所以，農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的影響十分重大，已成為水體富營(yíng)養(yǎng)化最主要的污染源之一。

本研究以三亞市最大的供水水庫(kù)——赤田水庫(kù)為研究對(duì)象，在分析了赤田水庫(kù)庫(kù)區(qū)周邊非點(diǎn)源污染概況、水庫(kù)水質(zhì)的環(huán)境特征和預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)水庫(kù)的營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行了預(yù)測(cè)，就農(nóng)村非點(diǎn)源污染對(duì)水庫(kù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的貢獻(xiàn)率進(jìn)行了探討，以期望對(duì)赤田水庫(kù)水質(zhì)保護(hù)措施和管理提供一些有效的信息，同時(shí)，為評(píng)估農(nóng)村非點(diǎn)源污染對(duì)水庫(kù)水體營(yíng)養(yǎng)化水平影響提供一些參考。

2 赤田水庫(kù)概況

赤田水庫(kù)位于三亞市東北部藤橋鎮(zhèn)境內(nèi)藤橋西河的下游，壩址距三亞市區(qū)46 km，是一座集供水、防洪、灌溉等多種功能于一體的綜合利用型水利工程。壩址以上河流長(zhǎng)29.9 km，控制流域面積220.6 km2，總庫(kù)容7710萬(wàn) m3，正常庫(kù)容5960萬(wàn) m3，相應(yīng)水位23m，水面面積6.1 km2。水庫(kù)實(shí)際供水量超過3 456萬(wàn)m3/年，占三亞市實(shí)際總供水量的16.9%以上，是該市目前最大的供水水庫(kù)，在該市的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有舉足輕重的作用。

3 庫(kù)區(qū)水體污染源分析

本研究中，對(duì)于污染源所造成的污染分析，統(tǒng)一采用化學(xué)需氧量(COD)、總磷(TP)和總氮(TN)等3個(gè)指標(biāo)來進(jìn)行量化研究。

3.1 點(diǎn)源污染

點(diǎn)源污染包括集中排放的生活污水和工業(yè)廢水。目前，水庫(kù)上游有國(guó)營(yíng)三道農(nóng)場(chǎng)，人口分布集中，居民生活污水排放也相對(duì)集中，可將其視為點(diǎn)源污染。三道農(nóng)場(chǎng)現(xiàn)有人口7350人，污水排放量21.82萬(wàn) t/年，污染物排放量 COD為 43.85 t/年，TP為 1.18 t/年，TN為13.37 t/年。庫(kù)區(qū)工業(yè)污染主要為三道農(nóng)場(chǎng)橡膠加工廠產(chǎn)生的制膠廢水，廢水排放量40992 t/年，主要污染物排放量COD為1.35 t/年、TP為0.11 t/年。

3.2 非點(diǎn)源污染

3.2.1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的污染

庫(kù)區(qū)農(nóng)業(yè)種植地坡度大部分在25°以下，水果以荔枝、芒果、紅毛丹和無(wú)膠菠蘿蜜為主，經(jīng)濟(jì)林以橡膠、檳榔為主，蔬菜以反季節(jié)瓜菜為主，種植總面積為4527.6 hm2，其中經(jīng)濟(jì)林 2365.3 hm2，水果 1064.7 hm2、蔬菜167.1 hm2、水稻 744.3 hm2、其他作物 187.2 hm2。該地區(qū)土壤以壤土為主，化肥使用氮、磷、鉀肥，化肥使用量2635.9 t/年。因農(nóng)業(yè)活動(dòng)而進(jìn)入水庫(kù)的非點(diǎn)源污染物總量采用土地輸出系數(shù)法進(jìn)行估算［7］。經(jīng)計(jì)算，污染負(fù)荷COD、TN和TP分別為:756.8 t/年、110.3 t/年和8.5 t/年。

3.2.2 禽畜養(yǎng)殖污染

目前，庫(kù)區(qū)養(yǎng)殖家禽68726只、豬2.47萬(wàn)頭、牛137頭、羊1799頭。畜禽養(yǎng)殖污染物產(chǎn)生量按原環(huán)境保護(hù)總局給出的、統(tǒng)一的畜禽糞尿排泄量和污染物排放量計(jì)算方法［8，9］(表 1 和表 2)估算。

表1 畜禽糞尿排泄量

表2 畜禽糞便中污染物平均質(zhì)量比w(kg/t)

經(jīng)計(jì)算，庫(kù)區(qū)禽畜養(yǎng)殖污染物產(chǎn)生量:COD為1486.1 t/年、TP 為 99.3 t/年、TN 為 251.4 t/年。參考相關(guān)研究資料［10］，禽畜糞尿總體流失率取為6%，則進(jìn)入水庫(kù)的禽畜養(yǎng)殖污染物:COD為89.2 t/年、TP為6.0 t/年、TN 為 15.1 t/年。

3.2.3 農(nóng)村生活污染

水庫(kù)流域內(nèi)除上游三道農(nóng)場(chǎng)居民外，還有分布在三道鎮(zhèn)、南林鎮(zhèn)、國(guó)營(yíng)南田農(nóng)場(chǎng)的居民，共12365人。這部分人在庫(kù)區(qū)分布較分散，其日常生活產(chǎn)生的污染物的排放也相對(duì)分散，可視作非點(diǎn)源污染。通過經(jīng)驗(yàn)方法估算，進(jìn)入水庫(kù)的污染負(fù)荷:COD為71.9 t/年，TP為1.9 t/年，TN 為 21.5 t/年。

3.2.4 農(nóng)村非點(diǎn)源污染各類型對(duì)污染總量的貢獻(xiàn)率

根據(jù)上述赤田水庫(kù)水體污染源的分析結(jié)果，對(duì)點(diǎn)源污染和各類型農(nóng)村非點(diǎn)源污染占整個(gè)庫(kù)區(qū)污染的貢獻(xiàn)比例(貢獻(xiàn)率)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，結(jié)果見表3。

表3 赤田水庫(kù)庫(kù)區(qū)污染統(tǒng)計(jì)和各類型非點(diǎn)源污染貢獻(xiàn)率

統(tǒng)計(jì)和分析結(jié)果表明，赤田水庫(kù)庫(kù)區(qū)的污染源絕大部分來自于農(nóng)村的非點(diǎn)源污染，其污染物COD、TN和TP的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到了95.3%、91.6%和93.2%。非點(diǎn)源污染中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主要的非點(diǎn)源污染來源，經(jīng)計(jì)算，其污染貢獻(xiàn)為82.5%，畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)村生活污染貢獻(xiàn)相對(duì)較小，其污染貢獻(xiàn)分別為9.3%和8.2%。

4 庫(kù)區(qū)非點(diǎn)源污染對(duì)水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化水平的影響

赤田水庫(kù)蓄水于1994年，年代較新，且周邊沒有大的點(diǎn)源污染，底泥污染并不嚴(yán)重，水體和底泥之間的營(yíng)養(yǎng)交換暫不做重點(diǎn)考慮。在本研究中，采用狄隆模型來預(yù)測(cè)庫(kù)區(qū)農(nóng)村非點(diǎn)源污染對(duì)水庫(kù)水體穩(wěn)定時(shí)N、P的平均濃度的貢獻(xiàn)負(fù)荷。模型如下［11］:

N或P負(fù)荷量為庫(kù)區(qū)內(nèi)所有非點(diǎn)源排污進(jìn)入水庫(kù)的N或P所產(chǎn)生的負(fù)荷量，水量采用90%保證率的年徑流量。根據(jù)模型和前述的非點(diǎn)源污染分析結(jié)果進(jìn)行計(jì)算可以得到，由于庫(kù)區(qū)農(nóng)村非點(diǎn)源污染對(duì)赤田水庫(kù)TN質(zhì)量濃度的貢獻(xiàn)為0.236 mg/L，TP質(zhì)量濃度的貢獻(xiàn)為 0.008 6 mg/L。

本研究中，采用預(yù)測(cè)的非點(diǎn)源污染對(duì)赤田水庫(kù)水體TN和TP濃度的貢獻(xiàn)跟實(shí)際的水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，計(jì)算得出由于非點(diǎn)源污染造成的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度占整個(gè)水庫(kù)水體營(yíng)養(yǎng)鹽水平的比例，從而來預(yù)測(cè)和表達(dá)庫(kù)區(qū)非點(diǎn)源污染對(duì)赤田水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)化水平的影響。

赤田水庫(kù)水體的TN和TP的測(cè)定分別采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法和鉬酸鹽分光光度法進(jìn)行測(cè)定，所測(cè)項(xiàng)目的水樣均在水面0.5m下采樣。由于三亞干濕季節(jié)明顯，所以全年分別在豐水期和枯水期兩次采樣，取兩次水樣的平均值作為監(jiān)測(cè)結(jié)果。TN、TP監(jiān)測(cè)結(jié)果見表4。

表4 赤田水庫(kù)TN、TP監(jiān)測(cè)結(jié)果

從檢測(cè)結(jié)果可以看出，赤田水庫(kù)的水質(zhì)達(dá)到國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)相關(guān)研究，赤田水庫(kù)的TN、TP水平處于中營(yíng)養(yǎng)后期狀態(tài)。本研究中，采用預(yù)測(cè)的農(nóng)村非點(diǎn)源污染對(duì)赤田水庫(kù)水體TN、TP的貢獻(xiàn)濃度與實(shí)際監(jiān)測(cè)的濃度之比，來表示農(nóng)村非點(diǎn)源污染對(duì)赤田水庫(kù)水體營(yíng)養(yǎng)化水平的貢獻(xiàn)率。據(jù)此可以計(jì)算得出，農(nóng)村非點(diǎn)源污染的TN和TP對(duì)水庫(kù)的營(yíng)養(yǎng)化水平的貢獻(xiàn)率分別為72.9%和71.3%。從這個(gè)結(jié)果可以推測(cè)，農(nóng)村非點(diǎn)源污染對(duì)于赤田水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)化水平的影響占比較大，達(dá)到了70%以上。目前，赤田水庫(kù)水質(zhì)并沒有處于富營(yíng)養(yǎng)化水平，但是，已經(jīng)處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的后期，富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)較明顯，而非點(diǎn)源污染對(duì)營(yíng)養(yǎng)化的貢獻(xiàn)率較高，因此，庫(kù)區(qū)農(nóng)村非點(diǎn)源污染的控制顯得尤為重要。而非點(diǎn)源污染當(dāng)中，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)造成的污染占比最大，達(dá)到了82.5%，因此，必須嚴(yán)格控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)造成的非點(diǎn)源污染。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)通過對(duì)赤田水庫(kù)庫(kù)區(qū)農(nóng)村非點(diǎn)源污染進(jìn)行分析和研究，發(fā)現(xiàn)赤田水庫(kù)庫(kù)區(qū)的污染源絕大部分來自于農(nóng)村的非點(diǎn)源污染，其污染物COD、TN和TP的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到了95.3%、91.6%和93.2%。非點(diǎn)源污染中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主要的非點(diǎn)源污染來源，經(jīng)計(jì)算，其污染貢獻(xiàn)為82.5%，畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)村生活污染貢獻(xiàn)相對(duì)較小，其污染貢獻(xiàn)分別為9.3%和8.2%。

(2)根據(jù)模型和非點(diǎn)源污染分析結(jié)果，計(jì)算得出庫(kù)區(qū)農(nóng)村非點(diǎn)源污染對(duì)赤田水庫(kù)TN質(zhì)量濃度的貢獻(xiàn)為0.236 mg/L，TP 質(zhì)量濃度的貢獻(xiàn)為0.0086 mg/L。

(3)采用預(yù)測(cè)的農(nóng)村非點(diǎn)源污染對(duì)赤田水庫(kù)水體TN、TP的貢獻(xiàn)濃度與實(shí)際監(jiān)測(cè)的濃度之比，來表示農(nóng)村非點(diǎn)源污染對(duì)赤田水庫(kù)水體營(yíng)養(yǎng)化水平的貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明，農(nóng)村非點(diǎn)源污染的TN和TP對(duì)水庫(kù)的營(yíng)養(yǎng)化水平的貢獻(xiàn)率分別為72.9%和71.3%，農(nóng)村非點(diǎn)源污染是庫(kù)區(qū)的主要污染源，而主要污染類型為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)。

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