謝 忱，湯德意

(浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020)

躍進水庫水質(zhì)污染源分析及解決對策

謝 忱，湯德意

(浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020)

躍進水庫是飲用水源地，通過對該水庫水質(zhì)現(xiàn)狀，農(nóng)業(yè)、農(nóng)村生活以及水庫底泥等污染源進行調(diào)查分析，結(jié)果顯示：總氮是躍進水庫水質(zhì)的定類因子，氨氮、總磷主要來自庫區(qū)上游的外來污染源，總氮則受水庫污染底泥和上游污染源綜合影響.據(jù)此，提出削減農(nóng)業(yè)面源污染、水庫內(nèi)源污染，入庫口建立生態(tài)凈化系統(tǒng)，加強水庫水質(zhì)監(jiān)測等建議.

躍進水庫；水庫水質(zhì)；污染源；水庫底泥

1 水庫概況及調(diào)查方法

1.1 水庫概況

躍進水庫位于新昌縣儒岙鎮(zhèn)龍山村，屬澄潭江水系，水庫始建于1975年，上游集雨面積3.97 km2，總庫容125.5萬m3，正常庫容97.4萬m3.水庫每年向生活及工業(yè)供水總量60萬m3，是一座以供水為主的小(一)型水庫.2006年經(jīng)浙江省人民政府批準(zhǔn)，躍進水庫被劃定為新昌縣飲用水源區(qū).

近年來水庫上游庫區(qū)的部分村莊通過截污納管整治，源頭入庫污染物大為削減，水庫水質(zhì)得到了持續(xù)改善.但是水庫上游還有部分農(nóng)村生活、生產(chǎn)和水土流失造成的污染物進入水庫.此外，水庫建成運行至今已有40余年，上游污染物隨徑流逐漸在水庫底泥中沉積并不斷釋放[1]，庫內(nèi)積累的污染物已遠超出其環(huán)境容量，造成飲用水安全形勢十分嚴(yán)峻.

本文通過水庫水質(zhì)現(xiàn)狀問題分析，調(diào)查水庫水質(zhì)的污染源，并提出改善水庫水質(zhì)的解決措施建議，為水庫管理部門制定水源地保護方案和開展水庫綜合整治工作具有較好的指導(dǎo)意義[2].

1.2 監(jiān)測、采樣點位及分析方法

在水環(huán)境檢測與評價過程中，對水庫水體水質(zhì)的評價主要體現(xiàn)在水體富營養(yǎng)化程度以及底泥污染程度.水體富營養(yǎng)化評價指標(biāo)包括氨氮、總磷、總氮、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素、透明度等，其中尤以高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷和總氮最為重要[3-4]；水庫底泥污染的評價指標(biāo)主要包括有機質(zhì)、總氮、總磷、pH以及汞(Hg)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、砷(As)、鉛(Pb)、鎘(Cd)、鋅(Zn)等主要重金屬[5].

根據(jù)水庫地理環(huán)境特征，作為供水水庫，供水水質(zhì)集中體現(xiàn)在取水口處的水質(zhì)狀況[6]，底泥污染較明顯區(qū)域往往集中在壩前淤積較厚區(qū)域以及外源入庫口區(qū)域[7].因此，本次分別對躍進水庫取水口進行水質(zhì)監(jiān)測以及對庫區(qū)壩前和庫尾入庫口底泥進行采樣檢測分析，具體位置分布(見圖1).

躍進水庫取水口水質(zhì)指標(biāo)及底泥中有機質(zhì)、總氮、總磷等營養(yǎng)物質(zhì)含量、pH以及汞(Hg)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、砷(As)、鉛(Pb)、鎘(Cd)、鋅(Zn)等主要重金屬含量的測定項目與方法(見表1).

圖1 躍進水庫水質(zhì)監(jiān)測和底泥采樣點位圖

樣品檢測項目檢測方法檢測依據(jù)檢測設(shè)備取水口水樣總磷鉬酸銨分光光度法GB11893—89UV-2550全自動分光光度計總氮堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法GB11894—89UV-2550全自動分光光度計氨氮納氏比色法GB7479—87UV-2550全自動分光光度計高錳酸鹽指數(shù)堿性高錳酸鉀法GB11892—89CODMN-2AZCOD測定儀庫區(qū)底泥總磷堿熔-鉬銻抗分光光度法HJ632—2011AgilentCary100UV-VIS全氮凱氏法HJ717—2014AgilentCary100UV-VIS有機質(zhì)非色散紅外吸收法GB/T30740—2014TOC-LCPH總有機碳分析儀汞原子熒光法GB17378.5—2007AFS-9800型雙道原子熒光光度計砷原子熒光法GB17378.5—2007AFS-9800型雙道原子熒光光度計銅火焰原子吸收分光光度法GB7378.5—2007PEAA900T原子吸收分光光度計鉛火焰原子吸收分光光度法GB7378.5—2007PEAA900T原子吸收分光光度計鎳火焰原子吸收分光光度法GB/T17139—1997PEAA900T原子吸收分光光度計鋅火焰原子吸收分光光度法GB17378.5—2007PEAA900T原子吸收分光光度計鎘無火焰原子吸收分光光度法GB17378.5—2007PEAA900T原子吸收分光光度計鉻無火焰原子吸收分光光度法GB17378.5—2007PEAA900T原子吸收分光光度計pH電位法NY/T1377—2007S40K酸度計

2 水庫水質(zhì)現(xiàn)狀及富營養(yǎng)化評價

2.1 水庫水質(zhì)現(xiàn)狀

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)，采用單因子評價法對躍進水庫的水質(zhì)進行評價，評價指標(biāo)包括高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷和總氮.躍進水庫2014年、2015年部分月份的水質(zhì)狀況(見圖2).

由圖2可知，躍進水庫水質(zhì)的主要污染因子是總氮，水質(zhì)類別為Ⅳ類.總磷、氨氮在個別月份為III類，其余月份為II類；高錳酸鹽指數(shù)正常，為II類以上.

2.2 富營養(yǎng)化狀況

依據(jù)《地表水資源質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》(SL395—2007)，從總磷、總氮及高錳酸鹽指數(shù)等指標(biāo)對躍進水庫的富營養(yǎng)化狀況進行評價(見表2).躍進水庫水質(zhì)為輕度富營養(yǎng)，屬于輕度污染狀態(tài).

圖2 躍進水庫2014年、2015年部分月份水質(zhì)變化

年份/年單項參數(shù)賦分值總磷總氮高錳酸鹽指數(shù)綜合值營養(yǎng)狀態(tài)分級2014—20154664.743.751.5輕度富營養(yǎng)

3 水庫上游污染源分析

通過對水庫水質(zhì)現(xiàn)狀分析，躍進水庫主要的污染因子是總氮和總磷.根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，躍進水庫上游周邊無工業(yè)企業(yè)、無規(guī)?；B(yǎng)殖場，庫區(qū)污染源主要為農(nóng)業(yè)面源污染、農(nóng)村生活污水和畜禽養(yǎng)殖廢水等外源污染及水庫底泥內(nèi)源污染等.

3.1 農(nóng)業(yè)面源污染

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，躍進水庫上游共有水田0.186 km2，旱地0.280 km2，山林0.333 km2.農(nóng)業(yè)活動產(chǎn)生的面源主要集中于水田、山林和山地的產(chǎn)污，主要影響因素是人工施肥及施放農(nóng)藥產(chǎn)生的面源作用，土壤中高含的氮、磷和有機質(zhì)隨降雨及灌溉余水進入地表水體產(chǎn)生污染.農(nóng)業(yè)面源污染排放量參照《全國飲用水水源地環(huán)境保護規(guī)劃》，根據(jù)作物種植面積和經(jīng)修正的源強系數(shù)進行測算，結(jié)果(見表3).

表3 農(nóng)業(yè)面源排放負荷

3.2 農(nóng)村生活及畜禽污染

躍進水庫上游有3個村莊，常駐人口2 000人；上游村莊無規(guī)模養(yǎng)殖場，只有部分散養(yǎng)雞鴨，雞鴨總計400頭.根據(jù)《全國飲用水水源地環(huán)境保護規(guī)劃》編制技術(shù)指南，對農(nóng)村生活污染和畜禽污染排放負荷進行測算，結(jié)果(見表4).

表4 上游農(nóng)村生活及畜禽污染排放負荷匯總表

4 水庫底泥污染分析

經(jīng)水庫底泥勘察，躍進水庫底泥的淤積量為8.4萬m3，約占正常庫容的1/10.污染底泥對于水庫水體而言是一種潛在污染源，在一定的條件下，底泥中的營養(yǎng)鹽、重金屬會釋放到水庫水體，導(dǎo)致水庫水質(zhì)變差.躍進水庫營養(yǎng)鹽含量相對較高，底泥中的污染也相對比較嚴(yán)重.即使外來污染源全部切斷，底泥中的營養(yǎng)鹽仍會逐漸釋放出來，使水庫水體發(fā)生富營養(yǎng)化和水質(zhì)污染現(xiàn)象.

4.1 底泥有機質(zhì)及營養(yǎng)鹽

經(jīng)水庫底泥取樣檢測，躍進水庫壩前和庫尾入庫口區(qū)域底泥有機質(zhì)、營養(yǎng)鹽含量(見表5).

表5 水庫底泥有機質(zhì)及營養(yǎng)鹽含量統(tǒng)計表

(1)底泥有機質(zhì)含量

躍進水庫壩前和庫尾入庫口區(qū)域底泥的有機質(zhì)含量分別為2.59%、2.44%，相比浦江縣通濟橋水庫底泥有機質(zhì)含量(8%)、南四湖(4.12%)、西溪濕地(5.1%)、東太湖(5.66%)[8-10]，躍進水庫底泥中有機質(zhì)含量相對不高.水庫底泥的有機質(zhì)一般來自上游村莊生活污水和水生生物死亡殘骸長期積累.這表明上游的村莊實施截污納管后，生活污水對水庫污染影響有限.

考慮到目前對水庫底泥的環(huán)境質(zhì)量評價尚沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)，本文以加拿大安大略省環(huán)境和能源部1992年制定的環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)作為參考.該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)底泥中污染物對底棲生物的生態(tài)毒性效應(yīng)進行分級(安全級、最低級、嚴(yán)重級)，其中底泥營養(yǎng)物指標(biāo)中能引起最低級別生態(tài)毒性效應(yīng)的有機質(zhì)的濃度為1%[11].以此為標(biāo)準(zhǔn)，躍進水庫壩前和庫尾入庫口區(qū)域底泥的有機質(zhì)含量均超標(biāo).

(2)底泥總氮、總磷含量

由表5可知，躍進水庫壩前和庫尾入庫口區(qū)域底泥的總氮、總磷含量差別不大，整體含量均較高.根據(jù)美國環(huán)保署(EPA)制定的底泥分類標(biāo)準(zhǔn)[12]，水庫底泥總氮含量>2 000 mg/kg，屬于重度污染區(qū)；水庫底泥總磷含量>650 mg/kg，也屬于重度污染區(qū).

總體而言，躍進水庫底泥受總氮、總磷污染嚴(yán)重，這和水質(zhì)檢測中總氮、總磷相對較高的結(jié)果基本一致.水庫長期以來受周邊農(nóng)業(yè)面源、農(nóng)業(yè)活動污染影響，導(dǎo)致大量總氮、總磷進入庫區(qū).

(3)底泥pH影響

水庫底泥pH對其釋放氮磷影響的作用過程主要是對氮磷的吸附和離子交換作用.大量研究表明，底泥的pH對其釋放氮磷有重要影響[13].pH在中性左右釋放氮磷量最小，升高或降低pH時釋放氮磷量均會倍增.躍進水庫底泥的pH為4.25～4.27，呈酸性，釋放氮磷量的增加會加劇導(dǎo)致水庫水體富營養(yǎng)化.

4.2 底泥重金屬

4.2.1 底泥重金屬含量分析

經(jīng)水庫底泥勘察取樣檢測，躍進水庫壩前和庫尾入庫口區(qū)域底泥中汞(Hg)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、砷(As)、鉛(Pb)、鎘(Cd)、鋅(Zn)的含量(見圖3).

圖3 躍進水庫底泥重金屬含量

根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB l5618—1995)，集中式生活飲用水源地的土壤質(zhì)量執(zhí)行一級標(biāo)準(zhǔn).參照土壤環(huán)境質(zhì)量表，躍進水庫底泥中鎘(Cd)的含量偏高，不能滿足一級標(biāo)準(zhǔn)，但滿足二級標(biāo)準(zhǔn)；其余重金屬含量滿足一級標(biāo)準(zhǔn).

根據(jù)《展覽會用地土壤環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)(暫行)》(HJ350—2007)，躍進水庫底泥中的重金屬含量滿足A級標(biāo)準(zhǔn)，水庫底泥適用于各類土地利用類型.

4.2.2 底泥重金屬生態(tài)風(fēng)險

根據(jù)Hakanson提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)來判定躍進水庫底泥重金屬的生態(tài)風(fēng)險.計算公式如下：

(1)

躍進水庫壩前區(qū)域、庫尾入庫口區(qū)域的底泥綜合生態(tài)風(fēng)險指數(shù)(見表6).

表6 底泥中重金屬污染潛在風(fēng)險評價 mg/kg

結(jié)果表明，躍進水庫壩前和庫尾入庫口區(qū)域的底泥重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)(RI)分別為66.72、73.17，屬于輕微生態(tài)風(fēng)險.

5 解決措施

躍進水庫作為飲用水源區(qū)，水庫水質(zhì)好壞關(guān)系到當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)居民飲用水安全和社會經(jīng)濟發(fā)展.從前文對水庫水質(zhì)現(xiàn)狀及污染源分析情況可知，水庫由于長期受上游面源污染和底泥內(nèi)源污染，飲用水安全形勢十分嚴(yán)峻.針對水庫水質(zhì)當(dāng)前存在的問題，提出以下解決措施建議.

(1)削減農(nóng)業(yè)面源污染.水庫上游的農(nóng)業(yè)規(guī)模不大，建議調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，推廣農(nóng)田集水技術(shù)和農(nóng)藥化肥減量化技術(shù)，以有效控制農(nóng)業(yè)面源污染.

(2)入庫口建立生態(tài)凈化系統(tǒng).通過在河道入庫口實施生態(tài)沉淀池、生態(tài)浮床等措施，可利用水生植物有效吸收河道水質(zhì)中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，減少污染物質(zhì)進入水庫.

(3)消除水庫內(nèi)源污染.水庫底泥中長期積累的污染物質(zhì)已超出其環(huán)境容量，造成水庫水質(zhì)污染.建議通過生態(tài)清淤的方式，去除水庫污染底泥，可有效改善水庫水質(zhì).

(4)健全規(guī)章制度，加強監(jiān)督、監(jiān)測.健全和完善水庫水源地保護和管理制度，加強入庫口、水庫四周和取水口等關(guān)鍵節(jié)點的監(jiān)督和監(jiān)測，及時掌握水庫水質(zhì)和污染源情況，為水庫水源地保護和管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料.

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Analysis and Countermeasures of Water Pollution Sources in Yuejin Reservoir

XIE Chen, TANG De-yi

(Zhejiang Guangchuan Engineering Consulting Co., Ltd., Hangzhou 310020, China)

Yuejin Reservoir is the source of drinking water. The present reservoir water quality and the pollution sources were widely investigated, including agricultural water, rural domestic water and reservoir sediment. The results turned out that the total nitrogen was the main factor affecting the water quality in Yuejin Reservoir. The ammonia nitrogen and total phosphorus primarily came from external pollution sources, such as reservoir upstream area. The total nitrogen was both affected by upstream reservoir polluted sediment and upstream pollution sources. This paper also proposes the solutions on reservoir water quality according to the current problems.

Yuejin Reservoir; reservoir water quality; pollution source; reservoir sediment

TV697

A

1008-536X(2017)03-0055-05

2017-01-15

浙江省科技廳重點計劃研發(fā)基金資助項目(2017C03008)

謝 忱(1989-)，男，浙江杭州人，助理工程師，主要從事水土保持監(jiān)測和環(huán)境影響評價工作.