李澤利 ，趙興華 ，卞少偉 ，梅鵬蔚 *

循環(huán)經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展

于橋水庫(kù)庫(kù)周坑塘水質(zhì)調(diào)查與評(píng)價(jià)

李澤利1，2，趙興華1，2，卞少偉1，梅鵬蔚1*

（1.天津市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，天津 300191；2.天津天濱瑞成環(huán)境技術(shù)工程有限公司，天津 300191）

為了全面掌握于橋水庫(kù)庫(kù)周農(nóng)村坑塘的水質(zhì)狀況、污染負(fù)荷量和空間分布特征，于2016年9月采集了46個(gè)坑塘水質(zhì)樣品，分析了有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬等15項(xiàng)指標(biāo)。結(jié)果顯示：總氮、化學(xué)需氧量、總磷、錳、鐵、氨氮6項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)了地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，點(diǎn)位超標(biāo)率分別是100%、67.4%、54.3%、19.6%、8.7%和4.3%；坑塘主要污染物化學(xué)需氧量負(fù)荷量為115.9 t，總氮負(fù)荷量為13.3 t，總磷負(fù)荷量為1.4 t；使用熵權(quán)法對(duì)坑塘污染進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，顯示污染較重的區(qū)域集中在庫(kù)區(qū)西部的出頭嶺鎮(zhèn)和北部的馬伸橋鎮(zhèn)。于橋水庫(kù)庫(kù)周坑塘污染風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，但仍需加強(qiáng)監(jiān)管和治理。

于橋水庫(kù)；農(nóng)村坑塘；熵權(quán)法

于橋水庫(kù)位于天津市薊州區(qū)城東4 km處，距離天津市區(qū)115 km，是引灤入津工程重要的調(diào)蓄水庫(kù)和天津市重要的飲用水水源地之一，正常蓄水面積86.8 km2。歷年來(lái)庫(kù)區(qū)整體水質(zhì)為Ⅱ～Ⅲ類，基本滿足飲用水源水質(zhì)要求。然而，2014年以來(lái)，于橋水庫(kù)水體富營(yíng)養(yǎng)化程度不斷惡化。2015年，于橋水庫(kù)多次啟動(dòng)藍(lán)藻暴發(fā)Ⅲ級(jí)應(yīng)急預(yù)警。2016年2月—3月，于橋水庫(kù)因硅藻暴發(fā)臨時(shí)中斷供水，6月中旬再次暴發(fā)大規(guī)模魚腥藻水華停止供水，天津市不得不臨時(shí)緊急啟用南水北調(diào)中線水源以保證正常供水，人民群眾生產(chǎn)、生活秩序受到一定程度影響[1]。

許多學(xué)者針對(duì)于橋水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)和污染源解析做了大量研究。王立林等[2]通過(guò)對(duì)近10年來(lái)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料分析，揭示于橋水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化不斷加劇的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，指出于橋水庫(kù)流域水污染主要由引灤入境水、入庫(kù)河流和水庫(kù)周邊污染負(fù)荷構(gòu)成。卞少偉等[3]采用單因子評(píng)價(jià)法和綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)對(duì)天津市于橋水庫(kù)2015年水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，2015年于橋水庫(kù)整體水質(zhì)為Ⅴ類，主要超標(biāo)因子為總氮和總磷，水庫(kù)整體呈輕富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。Zhou等[4]對(duì)于橋水庫(kù)周邊的磷素流失進(jìn)行調(diào)查，采用修正的磷指數(shù)模型解析了磷污染的空間分布特征圖。

然而，以往對(duì)于橋水庫(kù)污染物來(lái)源的研究主要針對(duì)入庫(kù)河流輸入和庫(kù)周農(nóng)業(yè)面源，對(duì)于庫(kù)周農(nóng)村坑塘的關(guān)注卻十分少見(jiàn)。根據(jù)2015年薊州區(qū)土地利用遙感解譯結(jié)果，于橋水庫(kù)庫(kù)周存在大量的坑塘水體。目前庫(kù)周有近90個(gè)自然村，約8.9萬(wàn)農(nóng)業(yè)人口，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村生活對(duì)坑塘影響較大。農(nóng)村坑塘既是來(lái)自村莊、農(nóng)田等各類污染物質(zhì)的暫時(shí)性“匯”，也是流域內(nèi)大型水體污染物質(zhì)的“源”。夏季一旦發(fā)生暴雨事件，這些坑塘水體中的氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和重金屬等污染物溢出匯入于橋水庫(kù)，將對(duì)飲用水水源構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。因此，明確于橋水庫(kù)庫(kù)周存在坑塘個(gè)數(shù)、位置和利用現(xiàn)狀，評(píng)價(jià)坑塘的污染程度，對(duì)進(jìn)一步開展坑塘治理，保護(hù)飲用水水源地安全是十分必要的。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)遙感解譯結(jié)果，結(jié)合Google Earth布設(shè)了64個(gè)調(diào)查點(diǎn)位（圖1）。于2016年9月份開展水質(zhì)樣品采集工作，并對(duì)坑塘大小、水深和周邊環(huán)境進(jìn)行了調(diào)查，采集坑塘樣品46個(gè)，其余18個(gè)點(diǎn)位位于一級(jí)保護(hù)區(qū)圍欄內(nèi)，無(wú)法進(jìn)入采集樣品。

圖1 坑塘調(diào)查點(diǎn)位分布

1.2 樣品采集與分析

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括pH值、化學(xué)需氧量、氨氮、總氮、總磷、汞、砷、硒、鐵、錳、銅、鋅、鉛、鎘、鉻15項(xiàng)。采用國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局編制的《水和廢水監(jiān)測(cè)方法（第四版）》中的方法監(jiān)測(cè)[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因子水質(zhì)評(píng)價(jià)

將46個(gè)坑塘水質(zhì)分析結(jié)果按照地表水三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)，可得pH值、汞、砷、硒、銅、鋅、鉛、鎘、鉻9項(xiàng)指標(biāo)均未超標(biāo)，總氮、化學(xué)需氧量、總磷、錳、鐵、氨氮6項(xiàng)指標(biāo)有不同程度的超標(biāo)現(xiàn)象，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。總氮濃度均值為6.41 mg/L，超標(biāo)率100%；化學(xué)需氧量濃度均值為32.9 mg/L，超標(biāo)率67.4%；總磷濃度均值為0.524 mg/L，超標(biāo)率54.3%；錳濃度均值為0.07 mg/L，超標(biāo)率19.6%；鐵濃度均值為0.10 mg/L，超標(biāo)率8.7%；氨氮濃度均值為2.07 mg/L，超標(biāo)率4.3%。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前于橋水庫(kù)庫(kù)周坑塘總面積約為286.67 hm2（4 300余畝），平均水深約1.5 m?？犹晾们闆r可分為4類：荷塘占28%，魚塘占41%，畜禽養(yǎng)殖廢水坑塘占7%，未利用坑塘占24%，從污染物濃度評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，污染較重的區(qū)域人類活動(dòng)較為頻繁，例如庫(kù)區(qū)北部的出頭嶺鎮(zhèn)和馬伸橋鎮(zhèn)坑塘，污染最重的39#為養(yǎng)豬場(chǎng)排放廢水坑塘，總氮高達(dá)84.5 mg/L，化學(xué)需氧量高達(dá)147 mg/L，總磷5.99 mg/L，需要引起足夠重視；污染較重的23#、24#、25#、33#、36#、38#均為養(yǎng)殖魚塘，養(yǎng)殖污染需要進(jìn)一步控制。17#、19#、20#坑塘以鐵、錳重金屬超標(biāo)為主，可能與周邊的河道洗砂作業(yè)有關(guān)，需要有關(guān)部門加以監(jiān)管，因?yàn)樵谝欢l件下鐵、錳微量金屬元素對(duì)藻類的生長(zhǎng)代謝和生理功能具有重要調(diào)控作用，甚至是水華爆發(fā)的控制性因子[6-7]。庫(kù)區(qū)南部五百戶鎮(zhèn)污染較輕，這是由于庫(kù)區(qū)南部實(shí)行了移民政策，人類活動(dòng)較少。

表1 主要污染指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值

2.2 污染負(fù)荷估算

根據(jù)坑塘的面積、平均水深和水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果估算超標(biāo)污染物的負(fù)荷量。對(duì)于18個(gè)未采集到樣品的坑塘污染物濃度取46個(gè)樣品的中位數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)進(jìn)行負(fù)荷量估算。經(jīng)估算，庫(kù)周坑塘總氮負(fù)荷總量約為13.3 t，化學(xué)需氧量負(fù)荷總量約為115.9 t，總磷負(fù)荷總量約為1.4 t，重金屬錳負(fù)荷總量約為203.0 kg，重金屬鐵負(fù)荷總量約為289.5 kg。

有研究表明[8]，于橋水庫(kù)總氮年均入庫(kù)量約為2 014.6 t，總磷為152.8 t。本研究計(jì)算得出庫(kù)周坑塘水體總氮和總磷污染負(fù)荷分別占上述入庫(kù)量0.7%和0.9%，從負(fù)荷量角度來(lái)看，總體貢獻(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)較低。

2.3 水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)——熵權(quán)法

由于庫(kù)周坑塘數(shù)目較多，且不同指標(biāo)污染程度不一，需要采用適當(dāng)?shù)乃|(zhì)綜合評(píng)價(jià)方法，挑選出污染相對(duì)較重的坑塘，便于優(yōu)先控制管理。熵權(quán)法在水質(zhì)評(píng)價(jià)方面應(yīng)用較為廣泛和成熟，張鑒[9]、燕敏飛[10]等運(yùn)用熵權(quán)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，分別對(duì)濟(jì)寧市和大連市的地下水水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果均較為合理。本研究采用熵權(quán)法[11]對(duì)庫(kù)周坑塘水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)步驟如下：2.3.1 初始矩陣的建立

構(gòu)建64個(gè)樣本6個(gè)評(píng)估指標(biāo)（總氮、化學(xué)需氧量、總磷、錳、鐵、氨氮）的判斷矩陣X=（xij）6×64，（i=1，2，…，6；j=1，2，…，64）。

2.3.2 初始矩陣的標(biāo)準(zhǔn)化

2.3.3 標(biāo)準(zhǔn)化矩陣的歸一化

將標(biāo)準(zhǔn)化矩陣R歸一化得到矩陣F=（fij）6×64，

2.3.4 熵值的計(jì)算

2.3.5 熵權(quán)的計(jì)算

利用熵值計(jì)算各個(gè)評(píng)估指標(biāo)的熵權(quán)Wi=

2.3.6 水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

計(jì)算各個(gè)點(diǎn)位的熵權(quán)綜合評(píng)價(jià)值λj=（Wi×ri）j。對(duì)于本研究，λj越小該坑塘水質(zhì)相對(duì)越差，λj越大相對(duì)越好。

按照上述方法進(jìn)行水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示，坑塘污染較重的區(qū)域集中在出頭嶺鎮(zhèn)西部、馬伸橋鎮(zhèn)南部（圖2），污染較重的8個(gè)坑塘（綜合指數(shù)≤0.8），由重到輕序號(hào)分別是：39#、17#、12#、20#、38#、25#、33#、36#，這與單因子評(píng)價(jià)結(jié)果所列出的坑塘較為一致，主要是畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、河道洗砂作業(yè)導(dǎo)致。其中17#、12#、20#、25#、33#、36#位于水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)，需引起足夠重視。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與討論

圖2 熵權(quán)法綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

對(duì)于橋水庫(kù)庫(kù)周的坑塘水質(zhì)進(jìn)行了調(diào)查和評(píng)價(jià)，坑塘水質(zhì)單因子評(píng)價(jià)結(jié)果顯示坑塘總氮、化學(xué)需氧量、總磷、錳、鐵、氨氮6項(xiàng)指標(biāo)存在超標(biāo)現(xiàn)象，超標(biāo)率分別是100%、67.4%、54.3%、19.6%、8.7%和4.3%，上述指標(biāo)對(duì)于橋水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化均存在一定的威脅。坑塘水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，污染較重的坑塘有8個(gè)，主要分布在出頭嶺鎮(zhèn)西部和南部，以及馬伸橋鎮(zhèn)南部?？犹了w潛在的化學(xué)需氧量、總氮和總磷污染負(fù)荷貢獻(xiàn)量分別是115.9 t、13.3 t和1.4 t。

4 對(duì)策與建議

于橋水庫(kù)庫(kù)周坑塘存在面積縮減和污染加重趨勢(shì)，自然生態(tài)環(huán)境狀況不容樂(lè)觀。天津市水務(wù)局應(yīng)聯(lián)合薊州區(qū)水務(wù)部門成立專門組織，抽調(diào)熟悉農(nóng)村水系、經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員，在調(diào)查研究、科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，提出適應(yīng)于橋水庫(kù)流域自然環(huán)境特點(diǎn)的農(nóng)村坑塘整治思路，根據(jù)坑塘污染程度，分階段、有重點(diǎn)地開展坑塘水環(huán)境治理和保護(hù)工作。

4.1 建立庫(kù)周坑塘清單，落實(shí)坑塘長(zhǎng)制度

對(duì)庫(kù)周的坑塘進(jìn)行詳細(xì)摸底調(diào)查，建卡立檔，搞清所有坑塘所屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)村落、經(jīng)緯度坐標(biāo)、面積、正常容量、開發(fā)利用情況、最終匯入河道，為綜合治理提供基礎(chǔ)性資料；確定每個(gè)坑塘的責(zé)任人，即“坑塘長(zhǎng)”，其中鎮(zhèn)長(zhǎng)應(yīng)為第一責(zé)任人，全權(quán)負(fù)責(zé)坑塘的開發(fā)和環(huán)境管理等事宜，一旦坑塘出現(xiàn)污染狀況，追究該責(zé)任人責(zé)任。

4.2 制定科學(xué)的坑塘規(guī)劃方案與管理措施

把坑塘清淤、擴(kuò)建新建、疏通河渠、防治污染、植樹綠化、改善環(huán)境、發(fā)展經(jīng)濟(jì)等通盤考慮。建議取消二級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)的所有坑塘養(yǎng)殖，對(duì)于二級(jí)保護(hù)區(qū)外的養(yǎng)殖坑塘要進(jìn)行嚴(yán)格管理。對(duì)淤積坑塘進(jìn)行清理，充分利用雨洪和客水資源，提高坑塘的蓄水量。改變坑塘的利用方式，通過(guò)種植蓮藕等水生植物，既能美化生態(tài)環(huán)境，又能增加農(nóng)民收入。

4.3 加強(qiáng)宣傳教育

通過(guò)典型示范，宣傳坑塘治理的現(xiàn)實(shí)意義，提高群眾保護(hù)坑塘美化環(huán)境的思想意識(shí)，提高村民治理坑塘的積極性，營(yíng)造濃厚的社會(huì)氛圍。

上善若水，水務(wù)部門要以于橋水庫(kù)飲用水源地保護(hù)和農(nóng)村坑塘綜合治理為契機(jī)，搞好與農(nóng)民利益密切相關(guān)的農(nóng)村水環(huán)境整治，提高人們對(duì)水環(huán)境在維護(hù)自然生態(tài)家園建設(shè)中作用的認(rèn)識(shí)，大力推動(dòng)“環(huán)境秀美、村容整潔、鄉(xiāng)村文明”的新農(nóng)村建設(shè)進(jìn)程。

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Investigation and Evaluation of Rural Pond Water Quality around Yuqiao Reservoir

Li Zeli1,2,Zhao Xinghua1,2,Bian Shaowei1,Mei Pengyu1*
（1.Environment Monitoring Center of Tianjin,Tianjin 300191,China;2.Tianjin-Tianbinruicheng Environmental Technology and Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300191,China）

In order to assess the water quality,pollution load and the spatial distribution characteristics of the ponds around Yuqiao Reservoir,46 samples of water were collected in Sept.2016,and 15 indicators,including organic matter,nutrients and heavy metals were analyzed.The results showed that 6 indicators including total nitrogen,chemical oxygen demand,total phosphorus,manganese,iron and ammonia nitrogen exceeded the third level Environmental quality standards for surface water,with the exceeding standard rate of 100%,67.4%,54.3%,19.6%,8.7%and 4.3%,respectively.The pollution loads of the main pollutants,chemical oxygen demand,total nitrogen and total phosphorus were estimated to be 115.9 tons,13.3 tons and 1.4 tons,respectively.The entropy method was employed for comprehensive evaluation of water quality,and results showed that the heavier pollution areas concentrated in the west of Chutouling town and the north of Mashenqiao town.The risk level of the ponds around Yuqiao Reservoir was relatively low,but regulation and management still needed.

Yuqiao Reservoir,rural pond,entropy method

X832

A

1008-813X（2017）05-0049-05

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.05.13

2017-05-25

國(guó)家重大科技專項(xiàng)《跨省于橋水庫(kù)水源地保護(hù)經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償機(jī)制試點(diǎn)研究》（2013ZX07603-003-006）

李澤利（1984-），男，河北承德人，畢業(yè)于南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)，博士，工程師，主要從事水環(huán)境監(jiān)測(cè)和水污染防治工作。

*通訊作者：梅鵬蔚（1979-），男，天津市人，畢業(yè)于南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)，碩士，高級(jí)工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。

（編輯：程 俊）