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        大黑汀水庫水環(huán)境分析及污染物控制對策

        2020-08-03 09:53:44張愛芹
        黑龍江水利科技 2020年7期
        關(guān)鍵詞:環(huán)境容量水質(zhì)評價氨氮

        張愛芹

        (河北省唐山市遷西縣大黑汀水庫管理處,河北 唐山 064300)

        大黑汀水庫作為天津、唐山市及下游居民生活、工農(nóng)業(yè)用水的水源,近幾年來大黑汀水庫的流域及周邊采礦業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)及基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展,給大黑汀水庫及流域生態(tài)環(huán)境帶來了一定的影響,合理開發(fā)和保護(hù)水資源是基礎(chǔ)性工作。水庫作為人工水利工程,具有防洪、灌溉、供水、發(fā)電等綜合功能。它是天津、唐山城市的飲用水和備用水的來源。其水質(zhì)直接影響到當(dāng)?shù)鼐用竦娘嬎踩彤?dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。水質(zhì)的好壞關(guān)系到人們的健康、安全和生活質(zhì)量。水環(huán)境質(zhì)量評價是保證水質(zhì)安全、合理利用水資源、控制水環(huán)境污染的前提[1]。

        1 研究區(qū)概況

        大黑汀水庫是跨流域向天津、唐山、灤河供水的大型水利工程,流域面積3.5萬km2。其中,潘家口至大黑汀水庫流域面積1400km2,總庫容3.37億m3。為Ⅱ型年調(diào)節(jié)水庫。其功能是承擔(dān)潘家口水庫的調(diào)節(jié)水量,為提高天津、唐山等城市的供水水平創(chuàng)造條件。大黑汀水庫周邊地形為丘陵地帶,礦產(chǎn)資源豐富,交通便利。兩側(cè)村莊眾多(管理范圍內(nèi)自然村24個),隸屬黔西縣5個鎮(zhèn)。源頭河是直接進(jìn)入大黑汀水庫的最大支流。因此,為天津、唐山、灤河等地提供水源,保證水庫水質(zhì)不受污染,具有十分重要的意義。

        2 研究方法及數(shù)據(jù)來源

        2.1 數(shù)據(jù)來源

        根據(jù)唐山市水文局所提供的資料,2011-2019年大黑汀水庫年均入庫水量、年均出庫水量、年均水面面積35000m2、年均庫容3.37m3、年均水位125m,圖(1)、達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時三項污染物的標(biāo)準(zhǔn)值為:COD,15mg/L;氨氮,0.5mg/L;總磷,0.025mg/L。水力沖刷系數(shù)經(jīng)計算為1.85,磷的理論滯留系數(shù)經(jīng)計算為0.63。

        圖1 部分監(jiān)測時段水位變化圖

        本次評價所需水質(zhì)監(jiān)測資料由唐山市大黑汀生態(tài)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)管委會及唐山市水環(huán)境檢測中心提供。監(jiān)測資料選取的監(jiān)測斷面為大黑汀水庫取水口,其位置約在大黑汀水庫出口向上1km處。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)來確定COD、氨氮、總磷三項評價因子。

        2.2 水質(zhì)評價法

        單因素評價法是我國常用的水質(zhì)評價方法,也是我國地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的一種水質(zhì)評價方法。通過單因素監(jiān)測結(jié)果與水域功能類別相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值的對比分析,評價水質(zhì)是否達(dá)標(biāo),并對超標(biāo)項目及倍數(shù)進(jìn)行說明。以最差因子對應(yīng)的水質(zhì)類別作為評價水體的總體水質(zhì)類別和功能類別[2-4]。單因素評價指標(biāo)公式為:

        Pi=Ci/C0

        (1)

        式中:Pi為單因子評價指數(shù);Ci為第i中水質(zhì)因子的實(shí)測值;C0為水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)。

        評價指數(shù)Pi值越小,說明該項評價因子的評價質(zhì)量越好;當(dāng)Pi值>1時,說明該項評價因子濃度超過規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),且數(shù)值越大,該項評價因子的環(huán)境質(zhì)量越差。

        2.3 水環(huán)境容量計算模型

        2.3.1 模型選擇

        大黑汀水庫作為大(2)型水庫,水停留時間較長,基本處于穩(wěn)定狀態(tài),污染物進(jìn)入水庫后有充足的時間與水體進(jìn)行混合,因此可將其作為一個混合均勻的水體進(jìn)行研究。根據(jù)湖泊或水庫物質(zhì)平衡方程,可以推導(dǎo)出有機(jī)物的一維水質(zhì)模型,其方程如下:

        (2)

        式中:V為水庫總?cè)萘浚籆r為入庫水污染物濃度的平均值;K為污染物降解系數(shù);Q與q分別為入庫和出庫流量;Ce為出庫水污染物濃度的平均值;C為污染物總體平均值。

        水庫總磷等營養(yǎng)鹽濃度隨時間的變化率是輸入、輸出和沉降物質(zhì)量的函數(shù)。營養(yǎng)模型基于物質(zhì)平衡方程。不同水體的水文、地理環(huán)境和社會發(fā)展條件不同,適用模型也不同。著名的模型有Vollenweider模型、Dillon模型、Hotan模型、OECO模型等。考慮到Warren-Weddell模型中沉降系數(shù)難以確定,河田澗模型和OECD模型中沒有沉降系數(shù)和養(yǎng)分降解系數(shù)的限制,選擇Dillon模型計算總磷的水環(huán)境容量。計算公式如下。

        (3)

        式中:L為總磷的單位面積負(fù)荷量;Cs水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)最低值時的總磷濃度;?水力沖刷系數(shù);R為磷的理論滯留系數(shù);θ為水深的平均值;W為水環(huán)境容量;Aw為水面積。

        2.3.2 衰減系數(shù)

        污染物的生物降解和沉積等物理化學(xué)過程可以概括為污染物的綜合衰減系數(shù)。唐山市水資源規(guī)劃和國家地表水環(huán)境容量核定技術(shù)評價點(diǎn)等相關(guān)成果和規(guī)定可以確定污染物的綜合衰減系數(shù)K,并在實(shí)驗室進(jìn)行實(shí)測和模擬分析。綜合衰減系數(shù)K計算如下:

        (4)

        式中:△t為試驗時間段;Ca為試驗起始濃度;Cb為試驗結(jié)束濃度;根據(jù)上式,COD和NH3-N的綜合衰減系數(shù)分別為0.01/d和0.17/d。

        3 研究結(jié)果

        3.1 水質(zhì)評價結(jié)果

        氨氮、COD、揮發(fā)酚三項指標(biāo)的濃度均可以達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002),評價結(jié)果較好,總磷評價結(jié)果較差,所有年份均超出水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)。詳見表1。污染指數(shù)變化趨勢見圖2。

        表1 大黑汀水庫水質(zhì)評價表

        由趨勢圖2可以看出,2011年至2019年COD污染指數(shù)變化出現(xiàn)升高的趨勢,總磷出現(xiàn)降低的趨勢,氨氮出現(xiàn)小幅度增加。

        圖2 污染指數(shù)變化趨勢

        3.2 水環(huán)境容量計算

        將模型參數(shù)值帶入水質(zhì)模型,可得大黑汀水庫理論水環(huán)境容量。將2011年大黑汀水庫水質(zhì)監(jiān)測年均值帶入水質(zhì)模型,可得大黑汀水庫已用水環(huán)境容量和剩余水環(huán)境容量。其計算結(jié)果如表2所示。

        表2 水環(huán)境容量計算表 t/a

        由表2可知,大黑汀水庫COD、氨氮的理論水環(huán)境容量為30728t/a、12356t/a,實(shí)際水環(huán)境容量值分別為21364t/a,7364t/a。COD與氨氮均未超過水環(huán)境容量理論值,剩余水環(huán)境容量較為充裕??偭椎膶?shí)際水環(huán)境容量大于理論水環(huán)境容量,剩余水環(huán)境容量為-11.14,這表明COD與氨氮的入庫量與水庫的自凈能力達(dá)到較好的平衡,而總磷的入庫量大于水庫的自凈能力[5]。

        3.3 污染物控制對策

        水安全是關(guān)系經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定和生態(tài)環(huán)境的重要問題。在過去的幾年里,大黑汀水庫管理辦公室在施工控制、防洪、供水發(fā)電等方面建立了一系列措施,極大地提高了大船渡建設(shè)的安全能力。然而,水安全面臨新的威脅,水資源管理面臨新的問題。水資源可持續(xù)利用的關(guān)鍵是保護(hù)水系統(tǒng),防止水污染,維護(hù)水環(huán)境和水環(huán)境,構(gòu)建維護(hù)生態(tài)安全的水資源保障體系。因此,進(jìn)一步完善水污染防治工作迫在眉睫。

        1)加強(qiáng)管理和維護(hù)系統(tǒng):隨著人口的增加和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市水資源的短缺和污染已成為現(xiàn)實(shí)。由于流域水資源缺乏統(tǒng)一管理,在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動下,大黑汀的水資源受到嚴(yán)重污染和浪費(fèi)。目前,流域水污染防治的法律法規(guī)還不完善,影響了水污染防治的深度。今后,他加強(qiáng)立法研究,積極與天津市、唐山市等政府協(xié)商,制定了班加基、大壩飲用水污染防治措施,在激進(jìn)的軌道上實(shí)施了《水污染防治法》,并從授予許可制度、污染物排放許可制度、授予許可制度、處罰制度等方面建立長效機(jī)制,確保有效。

        2)加快綜合管理工程建設(shè):目前,庫區(qū)污染日趨嚴(yán)重,污染防治進(jìn)展緩慢,庫區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)滯后。因此,不允許加快倉庫的綜合安全。從源頭到清潔生產(chǎn)控制,從源頭到生產(chǎn)總量控制,從總量控制,從簡單控制到調(diào)整工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和合理布局的原則,試圖對倉庫的污染狀況進(jìn)行調(diào)查并迅速加快措施步伐。

        3)基礎(chǔ)研究的發(fā)展:必須進(jìn)行基礎(chǔ)研究以抑制大黑汀的水污染。加強(qiáng)水質(zhì)評價、礦山開采、礦產(chǎn)生產(chǎn)、尾礦、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)化魚田恢復(fù)等方面的研究與開發(fā),確保水資源污染最低,提高管理水平,是大黑汀水庫管理中的重要問題。

        4 結(jié) 論

        文章采用單因子指標(biāo)法評價大黑汀水庫的水質(zhì)情況,使用一維數(shù)學(xué)模型計算水庫水環(huán)境容量。得出:氨氮、COD、揮發(fā)酚三項指標(biāo)的濃度均可以達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002),評價結(jié)果較好,總磷評價結(jié)果較差,所有年份均超出水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)。COD與氨氮的入庫量與水庫的自凈能力達(dá)到較好的平衡,而總磷的入庫量大于水庫的自凈能力。

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