王 民

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，沈陽 110006）

石獅市應(yīng)急儲(chǔ)備水源調(diào)節(jié)池水質(zhì)保障分析

王 民

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，沈陽 110006）

分析了石獅市擬建的應(yīng)急儲(chǔ)備水源地面水池的水質(zhì)變化情況，初步確定了水池的蓄水停留時(shí)間，當(dāng)初始蓄水水質(zhì)劣于Ⅱ類，適宜蓄水停留時(shí)間45d；初始蓄水水質(zhì)為Ⅱ類或優(yōu)于Ⅱ類，適宜蓄水停留時(shí)間可達(dá)115d。提出了相應(yīng)的水質(zhì)保障措施。

應(yīng)急水源；水池；水質(zhì)；停留時(shí)間

金雞攔河閘是石獅市的主要供水水源，一旦晉江上游水質(zhì)受到污染或金雞攔河閘因不可抗力出現(xiàn)損壞時(shí)，將給石獅的生活和工業(yè)用水帶來重大影響，因此建立擁有一定儲(chǔ)備庫容的調(diào)節(jié)水池以應(yīng)對(duì)水污染等突發(fā)事件具有戰(zhàn)略性意義。

石獅市規(guī)劃建設(shè)水源儲(chǔ)備調(diào)節(jié)水池工程，將現(xiàn)狀奈清、蓮湖水庫與擬建地面調(diào)節(jié)水池以輸水管道串連，作為石獅市的儲(chǔ)備水源，在豐水期充分利用晉江洪水資源，將洪水引至水源儲(chǔ)備調(diào)節(jié)池進(jìn)行儲(chǔ)備，用以緩解用水量不足。

規(guī)劃地面水池總占地面積33.47hm2，分為上下水池。下水池設(shè)計(jì)水深6.00m，有效容積30.60萬m3；上水池設(shè)計(jì)水深8.0m，有效容積168.13萬m3。上、下水池有效總?cè)莘e198.73萬m3。

地面水池蓄水后將形成水面面積33hm2的特殊人工生態(tài)系統(tǒng)，與河流相比，流速變緩，水深增大；與湖庫相比，沒有源、匯項(xiàng)的輸入。因此，地面水池的水質(zhì)變化過程非常特殊，難以利用常規(guī)的河道、湖庫水質(zhì)預(yù)測(cè)方法進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，應(yīng)通過全面掌握導(dǎo)致水質(zhì)變化的原因來分析水池水質(zhì)的變化，進(jìn)而采取相應(yīng)的水質(zhì)保障措施。

1 水質(zhì)污染預(yù)測(cè)分析

1.1 蓄水水源水質(zhì)

地面水池為封閉水體，沒有點(diǎn)源污染的進(jìn)入，在正常情況下應(yīng)不受地表徑流產(chǎn)生的面源、底質(zhì)釋放產(chǎn)生的內(nèi)源及地下水體交換的影響，因此水池中主要污染物質(zhì)來源為晉江干流金雞閘庫區(qū)水源的來水和遠(yuǎn)期參與聯(lián)通調(diào)度的奈清水庫、蓮湖水庫的蓄水。因此，金雞閘庫區(qū)、奈清水庫和蓮湖水庫的水質(zhì)達(dá)標(biāo)是保證地面水池蓄水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的前提。

1.2 蓄水后水質(zhì)

在保證蓄水原水水質(zhì)達(dá)到Ⅱ～Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，引起地面水池水質(zhì)變化的原因主要有以下幾方面：

1.2.1 蒸發(fā)造成水量減少導(dǎo)致污染物濃度增加

工程區(qū)域?qū)倌蟻啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候，熱量豐富，日照充足，多年平均年陸地蒸發(fā)量630mm，多年平均年水面蒸發(fā)量1400mm。不考慮降雨的情況下，蓄水后的蒸發(fā)損失：

式中 W為蒸發(fā)量（萬m3）；E為水面蒸發(fā)強(qiáng)度（mm/月）；A為水面面積（hm2）。

經(jīng)計(jì)算，最不利情況下地面水池蒸發(fā)量可達(dá)5.5萬m3/月，導(dǎo)致污染物濃度的增加幅度為2.7%，是引起水質(zhì)變化的原因之一。

1.2.2 大氣干濕沉降對(duì)水質(zhì)影響

地面水池的封閉特性基本杜絕了外來污染源的影響，但由于水面面積大，大氣干濕沉降成為水體主要的外源污染，不僅能改變水域的pH值，還改變水的鹽度。目前由于大氣環(huán)境污染較為嚴(yán)重，農(nóng)藥化肥等大量使用，大氣中的有機(jī)物及氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素含量大大增加，通過大氣沉降輸入水體，容易導(dǎo)致或加劇水質(zhì)變化。

大氣沉降對(duì)水質(zhì)的影響與大氣環(huán)境狀況緊密相關(guān)，初期雨水可將大氣中的氣溶膠粒子和氣態(tài)物質(zhì)減少到雨前的1/3到2/3以上，大量污染物可隨降雨進(jìn)入水體，干沉降進(jìn)程緩慢，大氣中氮的干沉降量大致與濕沉降相等，甚至?xí)葷癯两盗看螅?］。當(dāng)大氣沉降輸入水體的污染物量超過了水體的環(huán)境容量時(shí)，將對(duì)水體水質(zhì)產(chǎn)生影響，因此大氣沉降對(duì)水質(zhì)的影響即為大氣干濕沉降通量對(duì)水體環(huán)境容量的影響。

1.2.3 藻類生長(zhǎng)對(duì)蓄水的影響

地面水池蓄水后生態(tài)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，主要為藻類、細(xì)菌、有色原生動(dòng)物等自養(yǎng)型微生物。其中藻類在適宜的氣候（光照、溫度）條件和水文條件下容易迅速繁殖，會(huì)對(duì)蓄水水質(zhì)、水池本身及后續(xù)凈水廠的處理工藝產(chǎn)生影響。

通常情況下，自然水體中C，H，O等元素的來源較為豐富，一般均能滿足水體中藻類生長(zhǎng)的需要。而N，P營(yíng)養(yǎng)鹽的多寡，往往成為水體中藻類能否大量增殖的限制因子［2］。相關(guān)研究成果表明，水庫藻類生長(zhǎng)處于易于管理狀態(tài)的營(yíng)養(yǎng)鹽水平一般為TN＜0.7mg/L，TP＜0.1mg/L［3］，當(dāng)TN＞1.2mg/L，TP＞0.11mg/L時(shí)，水體即開始富營(yíng)養(yǎng)化［4］，藻類生長(zhǎng)速率隨著N，P濃度的增加而增加，TN，TP濃度達(dá)到2.0，0.15mg/L時(shí)最適合藻類的生長(zhǎng)。

Ⅱ類水體（TN=0.5mg/L，TP=0.1mg/L）可視為清潔貧營(yíng)養(yǎng)水體，藻類的生長(zhǎng)一般處在可接受范圍內(nèi)，此時(shí)大氣沉降對(duì)水體中N，P的影響成為了影響水質(zhì)主要的控制因素；當(dāng)蓄水水質(zhì)為Ⅲ類或劣于Ⅲ類時(shí)，藻類生長(zhǎng)成為影響水質(zhì)的主要因素。

2 蓄水停留時(shí)間分析

為保證地面水池的應(yīng)急使用功能和蓄水水質(zhì)，確定合理的蓄水停留時(shí)間是必要的。若停留時(shí)間過短，頻繁換水會(huì)大大增加引調(diào)水和蓄水的成本；若停留時(shí)間過長(zhǎng)，則會(huì)導(dǎo)致蓄水水質(zhì)下降，不能滿足集中供水水源的使用要求。

蓄水停留時(shí)間與初始水質(zhì)、氣象、大氣環(huán)境等因素有關(guān)，是一個(gè)較為復(fù)雜的物理化學(xué)及生物學(xué)過程。在對(duì)邊界條件進(jìn)行簡(jiǎn)化后，可通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算進(jìn)行近似的預(yù)測(cè)，并可作為管理的依據(jù)。蓄水停留時(shí)間可根據(jù)初始蓄水水質(zhì)分為以下兩種情況。

2.1 營(yíng)養(yǎng)鹽水平較低（Ⅱ類及以上）時(shí)

當(dāng)初始蓄水水質(zhì)為Ⅱ類及以上時(shí)，大氣沉降是對(duì)地面水池水質(zhì)產(chǎn)生影響的主要原因。參照已有的研究成果結(jié)合實(shí)際，可確定區(qū)域的干濕總沉降通量水平，將沉降通量與水環(huán)境容量進(jìn)行對(duì)比，即可得到水體水質(zhì)變化速率和變化水平。由于地面水池水體流動(dòng)性差，生態(tài)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，水體的自凈能力較差，水池的環(huán)境容量主要為稀釋容量，即在滿足Ⅱ類水質(zhì)目標(biāo)時(shí)，依靠稀釋作用所能承受的污染物量，可利用湖泊完全混合平衡模式進(jìn)行計(jì)算。

式中 c為營(yíng)養(yǎng)鹽濃度（mg/L）；c0為營(yíng)養(yǎng)鹽初始濃度（mg/L）；V為水體體積（m3）；W為營(yíng)養(yǎng)鹽沉降量（mg）；k為衰減系數(shù)；G為營(yíng)養(yǎng)鹽沉降通量（mg）；S為水面面積（m2）。

計(jì)算蓄水適宜停留時(shí)間為70d，即70d后水體的營(yíng)養(yǎng)鹽水平達(dá)到較高水平，開始下一部分的水質(zhì)變化過程。

2.2 營(yíng)養(yǎng)鹽水平較高（劣于Ⅱ類）時(shí)

當(dāng)蓄水初始水質(zhì)劣于Ⅱ類或蓄水經(jīng)過一段時(shí)間由于大氣沉降等作用下水質(zhì)變差時(shí)，藻類在適宜的光照、溫度下開始大量繁殖，此時(shí)應(yīng)控制的是藻類生物量的增加。藻類生物量可近似按照指數(shù)曲線增長(zhǎng)，但生長(zhǎng)速率μ受到水溫T、光照L、營(yíng)養(yǎng)鹽N，P，C，Si等濃度的限制［3］：

式中 N為藻類豐度；N0為藻類初始豐度；t為平均水溫（℃）；μmax為藻類最大生長(zhǎng)率；θ為溫度校正系數(shù)；Tref為參照水溫（℃）；f（L，P，N，C）為光照和營(yíng)養(yǎng)鹽限值函數(shù)。

從工程區(qū)域氣溫來看，該區(qū)域在5～10月均具備發(fā)生水體富營(yíng)養(yǎng)化的外部氣溫條件；從該區(qū)域的日照時(shí)間和太陽輻射量來看，該區(qū)域具備發(fā)生水庫水體富營(yíng)養(yǎng)化的外部光照條件，因此，當(dāng)水體營(yíng)養(yǎng)鹽水平較高時(shí)，可假設(shè)藻類生長(zhǎng)不受光照、營(yíng)養(yǎng)鹽限制，即藻類的生長(zhǎng)速率僅受溫度影響：

初步調(diào)查晉江干流的藻類初始豐度N0、藻類生物量安全預(yù)警值Nt，求得防止藻類惡化水質(zhì)的最大停留時(shí)間。

計(jì)算本工程防止地面水池藻類增加惡化水質(zhì)的最大蓄水停留時(shí)間45d。

2.3 蓄水停留時(shí)間的確定

當(dāng)初始蓄水水質(zhì)劣于Ⅱ類，特別是N，P含量較高時(shí)，適宜蓄水停留時(shí)間為45d；當(dāng)?shù)孛嫠爻跏夹钏|(zhì)為Ⅱ類或優(yōu)于Ⅱ類，特別是N，P等含量?jī)?yōu)于Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值時(shí)，水池的適宜蓄水停留時(shí)間較長(zhǎng)，可達(dá)115d；因此，蓄水初始水質(zhì)對(duì)蓄水停留時(shí)間有著決定性作用。

3 水質(zhì)安全保障方案

3.1 蓄水水源的水質(zhì)保障

晉江干流金雞閘庫區(qū)是工程的初始水源，其水質(zhì)狀況直接關(guān)系到蓄水的水質(zhì)安全和使用功能。應(yīng)加強(qiáng)流域截污治污工作，加強(qiáng)面源污染治理，保證金雞閘庫區(qū)的水質(zhì)和水生態(tài)環(huán)境安全。

遠(yuǎn)期參與聯(lián)通調(diào)度的奈清水庫和蓮湖水庫現(xiàn)狀水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，并且存在一定的污染風(fēng)險(xiǎn)，在遠(yuǎn)期工程實(shí)施前需要對(duì)兩座水庫進(jìn)行綜合治理：應(yīng)劃分飲用水水源保護(hù)區(qū)，并遵守水源保護(hù)區(qū)的相關(guān)法律法規(guī)的要求；對(duì)水庫底泥進(jìn)行生態(tài)清淤，進(jìn)行內(nèi)源治理。

3.2 地面水池的水質(zhì)保障

3.2.1 劃分水源保護(hù)區(qū)，科學(xué)合理調(diào)度

制定科學(xué)的汛期和非汛期工程調(diào)度方案和蓄水使用方案，使應(yīng)急備用水量與充分合理利用每年的水資源相結(jié)合，并有效防止水池水質(zhì)惡化，防止對(duì)水資源造成不必要的浪費(fèi)。

3.2.2 合理進(jìn)行上、下水池的內(nèi)部調(diào)度

在同樣的營(yíng)養(yǎng)鹽條件下，靜止或者緩流水體更容易促進(jìn)藻類繁殖。發(fā)生水華的流速臨界值為0.05～0.1m/s，即流速在0.05～0.1m/s之間，藻類生長(zhǎng)的最快最好，最容易發(fā)生水華；當(dāng)流速達(dá)0.3m/s時(shí)，可以明顯抑制藻類生長(zhǎng)［5］?？紤]到地面水池的特性和附屬設(shè)施的布置，可以利用水泵和溢流堰對(duì)上、下水池的水體進(jìn)行合理調(diào)度，保持水體的流動(dòng)性，減少死水區(qū)、滯水區(qū)范圍，同時(shí)各水池內(nèi)部利用推流設(shè)備改善水體流動(dòng)狀態(tài)，防止藻類大量增殖影響蓄水水質(zhì)。

3.2.3 加強(qiáng)水池周邊綠化，改善區(qū)域空氣質(zhì)量

結(jié)合景觀建設(shè)，加強(qiáng)地面水池周邊綠化，通過樹木植被的減塵滯塵及對(duì)污染物質(zhì)的吸收吸附作用，減少大氣污染物沉降。開展外環(huán)境對(duì)地面水池的影響預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)，科學(xué)指導(dǎo)周邊大氣污染源的治理，改善區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量，減少因大氣干濕沉降進(jìn)入地面水池的污染物量，保障蓄水水質(zhì)。

4 結(jié)語

（1）石獅市規(guī)劃建設(shè)應(yīng)急儲(chǔ)備水源調(diào)節(jié)池蓄水后的主要污染源是大氣沉降和藻類繁殖。當(dāng)?shù)孛嫠爻跏夹钏|(zhì)劣于Ⅱ類，適宜的蓄水停留時(shí)間45d；當(dāng)水池初始蓄水水質(zhì)為Ⅱ類或優(yōu)于Ⅱ類，適宜蓄水停留時(shí)間可達(dá)115d，蓄水初始水質(zhì)對(duì)蓄水停留時(shí)間有著決定性的作用。蓄水后既要保障水池內(nèi)的生態(tài)平衡，又需要改善水池外的環(huán)境狀況，才能充分保障水池內(nèi)的水質(zhì)要求。

（2）本次針對(duì)地面水池的污染分析和蓄水停留時(shí)間計(jì)算結(jié)果為初步計(jì)算成果，在工程建設(shè)相關(guān)設(shè)計(jì)開展后應(yīng)對(duì)各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)和邊界條件進(jìn)行更加深入的調(diào)查和研究，使計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確、實(shí)際。

（3）蓄水水質(zhì)的變化受外界多種因素的影響，比如一場(chǎng)強(qiáng)降雨、連續(xù)的晴熱天氣等都會(huì)造成蓄水水質(zhì)的改變，因此地面水池建成后需要加強(qiáng)蓄水水質(zhì)監(jiān)測(cè)，建立水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)掌握水質(zhì)變化情況，保障地面水池的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］陳能汪，洪華生，肖健，等.九龍江流域大氣氮干沉降［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2006（8）：2602-2607.

［2］龔玲.三峽庫區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化水體中懸浮泥沙對(duì)藻類生長(zhǎng)影響的研究［D］.重慶：西南大學(xué)，2006.

［3］林衛(wèi)青，顧玉亮，盧士強(qiáng)，等.防止藻類過度繁殖的青草沙水庫合理水力停留時(shí)間初探［J］.給水排水，2009，45（9）：60-62.

［4］奚增祥.使用無錫自拋光防污漆防止二沉池出水堰青苔生長(zhǎng)的可行性試驗(yàn)［J］.給水排水，2015，51（S1）：76-78.

［5］蔣文清.流速對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的影響研究［D］.重慶：重慶交通大學(xué)，2009.

Analysis of Water Quality Guarantee for Shishi Emergency Storage Water Source Regulating Reservoir

WANG Min
（Investigation and Design Institute of Water Resources and Hydropower Liaoning Province，Shenyang 110006，China）

Water quality changes in ground water reservoir for Shishi emergency reserve water source were analyzed.Storage time of the reservoir was preliminarily determined.When the initial storage water quality is inferior to Class II，the suitable storage time is about 45d； when the initial storage water quality is of class II or better than class II， the suitable storage time can reach about 115d.Corresponding water quality guarantee measures were put forward.

emergency water source； reservoir； water quality； storage time

X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1672-9900（2017）06-0070-04

2017-10-17

王 民（1988-），男（漢族），江蘇連云港人，工程師，主要從事環(huán)境水利，水資源保護(hù)工作，（Tel）15204062917。

王艷肖）