長泰上存水庫污染源現(xiàn)狀調(diào)查分析

[摘要] 通過對擬建上存水庫匯水區(qū)內(nèi)的污染源現(xiàn)狀調(diào)查分析表明，禽畜養(yǎng)殖業(yè)和礦山是該流域最主要的兩大污染源，然而對環(huán)境影響較小。基于點源和面源的統(tǒng)計資料，計算了水庫建成穩(wěn)定運行后COD、總氮和總磷的水環(huán)境容量，并對氮和磷濃度進行了預(yù)測，研究認為擬建水庫當前水環(huán)境容量比較富余，未來水庫水質(zhì)可滿足作為廈門引水水源的水質(zhì)要求，并提出了水庫建成前的安置措施。

[關(guān)鍵詞] 上存水庫 水質(zhì)評價 污染源 現(xiàn)狀調(diào)查

水庫工程興建后，營養(yǎng)物質(zhì)易在水庫中富集，其中氮、磷是水體中“富營養(yǎng)化”最重要的營養(yǎng)物質(zhì)，當水體中磷和無機氮達到一定濃度，水體就處于“富營養(yǎng)化狀態(tài)”。水庫水環(huán)境容量是指水庫在特定的環(huán)境目標下所能容納污染物的量。在理論上，水環(huán)境容量是環(huán)境的自然規(guī)律參數(shù)與社會效益參數(shù)的多變量函數(shù)，它反映污染物在水體中的遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律，也滿足特定功能條件下水環(huán)境對污染物的承受能力。在實踐上，水環(huán)境容量是環(huán)境目標管理的基本依據(jù)，是水環(huán)境規(guī)劃的主要環(huán)境約束條件，也是污染物總量控制的關(guān)鍵參數(shù)。

隨著環(huán)境污染的日趨嚴重和城市需水量的逐年增加，由水資源不足和水源水質(zhì)污染導(dǎo)致的城市供水短缺問題已成為制約城市發(fā)展的重要因素，對水環(huán)境容量和污染物排放總量控制的研究已成為水環(huán)境保護領(lǐng)域科研的熱點問題。擬建的上存水庫是廈門市第二飲用水源，如何合理利用和有效保護水庫水資源必須引起相關(guān)部門的重視。本文根據(jù)上存水庫的環(huán)境功能和水質(zhì)目標要求，在水庫匯水區(qū)內(nèi)的污染源現(xiàn)狀調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，利用水質(zhì)模型計算出水庫的水環(huán)境容量，預(yù)測了水庫水質(zhì)的氮磷濃度，為水環(huán)境管理部門提供參考。

擬建的上存水庫壩址位于福建長泰縣城西北32km處上存溪上，河谷呈開闊的“V”字型。壩址控制流域面積214km²，多年平均流量為8.31m³/s，多年平均徑流量為2.620億m³，平均水深42.4米，平均面積2.7×106 m²，水庫正常蓄水位201m，枯水位為118m，正常庫容11511萬m³；工程建成后，除了可滿足本流域下游用水12633萬m³（含河道生態(tài)環(huán)境用水）外，還可向廈門引水20280萬m³，將成為廈門市的第二飲用水源。

1 擬建上存水庫地表水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測與評價

1.1 水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測情況

長泰縣環(huán)境保護監(jiān)測站于2005年開始，對擬建上存水庫水環(huán)境中的pH、氨氮、DO、BOD5、Cr6+ 、高錳酸鹽指數(shù)等指標進行監(jiān)測，在水庫的上游500米和下游1000米設(shè)兩個站點，逢單月就進行一次監(jiān)測分析。監(jiān)測結(jié)果見表1。

1.2 水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價

根據(jù)擬建上存水庫水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果對照地表水環(huán)境質(zhì)量標準一覽表（見表2）可知，水庫上游500米和水庫下游1000米兩個站點的水質(zhì)中pＨ、氨氮、ＤＯ、BOD5、Ｃr6+ 、高錳酸鹽指數(shù)等指標均符合地表水環(huán)境質(zhì)量標準中Ⅱ類水體水質(zhì)要求，水環(huán)境質(zhì)量較好。

2 污染源現(xiàn)狀分析

根據(jù)水庫匯水區(qū)內(nèi)（長泰境內(nèi)）土地利用和社會經(jīng)濟活動特點，上存水庫入庫外源可分為兩類：一類為點源污染源，它包括排入水庫的工業(yè)廢水，礦山開采水土流失和生活污水；另一類為面源污染源，它包括水庫泄水區(qū)內(nèi)地表徑流，農(nóng)田耕地氮、磷的流失，禽畜養(yǎng)殖業(yè)糞尿，垃圾堆放場和分散牧地含營養(yǎng)鹽類、有機物、細菌和其它微生物的徑流，以及山林植物落葉、腐殖質(zhì)以及泥沙等隨徑流直接或間接進入水庫水體。

2.1點源污染

2.1.1 工業(yè)污染源

工業(yè)點源污染負荷采用實測法和排放系數(shù)法進行測算。2004年排入擬建上存水庫流域內(nèi)的主要工業(yè)污染源是21家小型石材加工廠，石材企業(yè)的廢水大部分循環(huán)利用，只有少量的廢水經(jīng)沉淀池沉淀后排放。根據(jù)環(huán)境統(tǒng)計資料，這些石材廠排放廢水量約1.05萬噸/年，CODcr0.42噸/年、SS10.5噸/年。

2.1.2 生活污染源

根據(jù)調(diào)查，流域內(nèi)（長泰境內(nèi)）人口總數(shù)為1069人。生活污水排放量按農(nóng)村一般用水標準乘以排放系數(shù)進行估算。農(nóng)村的人均日用水量按80升/人計，污水排入系數(shù)取0.85，流域內(nèi)生活污水排放量約2.65萬噸/年。

生活污染源年負荷用單位法進行估算，各類污染物濃度見表3，則流域內(nèi)生活污水中CODcr、BOD5、SS、TP、TN的年產(chǎn)生量分別為：6.63噸、2.65噸、2.65噸、0.11噸、0.53噸。

2.1.3 礦山污染源

2.1.3.1 礦區(qū)水土流失預(yù)測

根據(jù)現(xiàn)場勘查，上存水庫匯水區(qū)內(nèi)現(xiàn)有青坑、水磨坑兩個葉臘石采礦點，都經(jīng)主管部門審批，面積約70畝。礦點地形屬中山，坡度處20°~35°之間，土壤粘性較大，植被覆蓋率90%左右，包括喬灌叢等。土壤侵蝕屬中度類型，為中度水土流失區(qū)。采用美國“通用公式”（USLE）水土流失預(yù)測模型，根據(jù)有關(guān)資料，對該處兩礦點進行土壤侵蝕量預(yù)測計算（兩處礦點地形地貌及植物因子相似，預(yù)測模型及多參數(shù)因子確定為相同）。

水土流失預(yù)測模型：A=0.224RKLSCP

式中：A——土壤流失量，kg/（m²#8226;a）；R——降雨侵蝕因子；K——土壤可侵蝕因子；L——坡長因子；S——坡度因子；C——作物經(jīng)營管理因子；P——土壤侵蝕控制因子；

根據(jù)該區(qū)土壤的理化性質(zhì)，參照有關(guān)水土流失侵蝕量的資料，及附近地區(qū)該種類型特征統(tǒng)計數(shù)據(jù)的類比分析，此處R取100，K取0.27（砂壤土，有機質(zhì)含量<0.5%），C取1.0（植被全部清除），P取1.0（植被全部清除，無水土保持能力），LS取7，（坡度15°、26.8%；此處為間斷式開采，坡長取值30米；查單向坡面地形因子得出LS）；

經(jīng)計算：采礦點每年造成的水土流失量Q=1974099kg/a= 1974t/a。

2.1.3.2水土流失影響分析

該采石區(qū)為常年作業(yè)采挖，礦區(qū)植被完全清除，土體被深挖移位，吸水性差的風(fēng)化殼大量暴露，大雨的直接打擊、沖刷，疏松表土和風(fēng)化物極易在降大雨時，隨雨水轉(zhuǎn)為地表徑流，引起水土流失。由于水帶泥沙直接流入溪流，使河床淤積抬高，也使龍津溪水體水質(zhì)受到影響。

因而，在施工過程中，一是應(yīng)努力減少地貌和植被的破壞，盡量減少土壤裸露面積，土方施工應(yīng)采取邊挖、邊填的作業(yè)方式，不要在礦區(qū)外圍堆積過多的松土；二是表層剝離土、草皮及矮灌叢等應(yīng)盡量留下和廢石分開堆放，以便覆蓋綠化時再利用；三是采礦區(qū)施工應(yīng)立足邊采邊覆墾綠化，在采礦點山坡外圍，要利用廢棄的礦石邊角料，砌筑擋土墻，盡量把泥沙截留在采石場內(nèi)；四是覆墾綠化除用預(yù)留的草皮、灌叢外，可選用一些易成活的植物種類，如草菊、落地生根、冬青、夾竹桃、含笑、馬尾松、相思、濕地松等。

2.2 面源污染

2.2.1禽畜養(yǎng)殖業(yè)污染源

據(jù)調(diào)查，2004年擬建水庫匯入?yún)^(qū)內(nèi)年生豬存欄數(shù)為680頭，牛200頭，羊20只，雞、鴨5560只。禽畜養(yǎng)殖污染物，主要是禽畜糞便，其單位污染負荷見表4。

據(jù)統(tǒng)計，流域內(nèi)禽畜糞便年產(chǎn)生量為1573噸，其中豬糞尿為806噸，占匯水區(qū)內(nèi)禽畜糞尿總產(chǎn)生量的51.2%；CODcr年產(chǎn)生量為168.2噸，其中豬糞尿CODcr產(chǎn)生量為70.7噸，占總產(chǎn)生量的42%；BOD5年產(chǎn)生量為49.3噸，其中豬糞尿BOD5產(chǎn)生量為24.8噸，占總產(chǎn)生量的50.3%；TP年產(chǎn)生量為10.8噸，其中豬尿TP產(chǎn)生量為5.6噸，占總產(chǎn)生量的51.9%；TN年產(chǎn)生量為3.67噸，其中豬糞尿TN產(chǎn)生量為1.9噸，占總產(chǎn)生量的51.8%。

流域內(nèi)禽畜糞便等垃圾一般作為農(nóng)田、耕地和果樹的肥料。禽畜糞便、垃圾中有機質(zhì)及氮、磷元素部分被植物吸收，部分吸附于土壤顆粒，部分隨降雨徑流和耕地溢流水進入溝渠河道入?yún)R水庫，根據(jù)有關(guān)資料，有機質(zhì)及營養(yǎng)元素的流失率為15%~30%。經(jīng)統(tǒng)計，流域禽畜類污染物年入庫負荷：CODcr為47.45噸、BOD5為12.52噸、SS為48.76噸、TP為3.12噸、TN為1.07噸。其中豬糞尿產(chǎn)生的各種污染物入庫負荷量占禽畜總負荷量的比率達42%~51.9%，在禽畜養(yǎng)殖中豬是主要污染源。

2.2.2 農(nóng)業(yè)污染源

擬建上存水庫流域內(nèi)耕地面積為1055畝，其中水田850畝，旱地205畝；果林地1324畝。農(nóng)業(yè)耕作中每年都施用大量化肥，根據(jù)調(diào)查每年平均每畝耕地施用氮肥25~40kg，磷肥10~15kg，鉀肥5~10kg，果樹每年每畝施用復(fù)合肥100kg。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計，水庫匯水區(qū)內(nèi)氮肥年施用量105.5噸，磷肥42.1噸，鉀肥21.1噸，復(fù)合肥132.4噸。

農(nóng)業(yè)污染源的產(chǎn)生量采用單位污染負荷法計算。

L=XiAi×10-3

式中：L—匯水區(qū)各種土地利用的年污染負荷總量（t/a）；

Xi—匯水區(qū)I類土地利用單位負荷（kg/ha#8226;a）；

not; Ai—匯水區(qū)I類土地利用面積（ha）；

n—土地利用類型數(shù)。本流域土地利用類型分水田和旱地兩類。

各參數(shù)的確定參照日本琵琶湖的研究成果，結(jié)合省內(nèi)外有關(guān)農(nóng)田肥料流失的研究資料確定，見表5。

經(jīng)統(tǒng)計，上存水庫匯水區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)耕作每年流出的CODcr約14.5噸，其中水田5.2噸，旱地1.2噸，果林8.1噸；TN12噸，其中水田1.9噸，旱地1.3噸，果林8.7噸；TP0.99噸，其中水田0.33噸，旱地0.9噸，果林0.57噸。

2.2.3 山林、山地自然污染源

山林、山地污染源主要是土壤顆粒物、營養(yǎng)元素（氮、磷）植物葉腐殖質(zhì)，有機質(zhì)等隨降雨徑流遷移入庫。對于山林、山地單位面積負荷采用日本《關(guān)于琵琶湖未來水質(zhì)的調(diào)查報告》提供氮、磷單位負荷數(shù)據(jù)，每公頃每年排出的氮為6.94kg、磷為0.184kg，并以此計算匯水區(qū)內(nèi)氮、磷的產(chǎn)生量。經(jīng)統(tǒng)計，匯水區(qū)內(nèi)山林、山地自然源TN年產(chǎn)生量6.48噸，TP年產(chǎn)生量0.17噸。

3 擬建水庫水質(zhì)預(yù)測

3.1 水環(huán)境容量預(yù)測

根據(jù)水環(huán)境功能分區(qū)，該水體水質(zhì)為II類標準(見《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》GB3838-2002)。依據(jù)II類標準進行COD和氮、磷預(yù)測。

3.1.1 COD環(huán)境容量預(yù)測模型

根據(jù)湖泊(水庫)物質(zhì)平衡方程，可寫出有機物的水質(zhì)模型方程：

=Q#8226;Cr–K#8226;C#8226;V–Cc#8226;q

式中:V為水庫的體積(m³)；Q為入庫水量(m³/d)；q為出庫水量(m³/d)；K為污染物生化降解系數(shù)(d-1)；Cr為入庫水中污染物平均濃度(mg/L)；Cc為出庫水中的污染物平均濃度(mg/L)；C為水庫中污染物平均濃度。

當把水庫看成是一個穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)時， =0，則:

Q#8226;Cr=K#8226;C#8226;V+q#8226;Cc

當C=Cs=Cc時，即水庫中污染物濃度達到規(guī)定的水質(zhì)標準時。

Q#8226;Cr=K#8226;Cs#8226;V+q#8226;Cs

Lc=KHCs+

式中:Lc為水庫單位面積污染物的允許負荷量(g/m²#8226;d)；Cs為污染物的水質(zhì)標準(mg/L)；H為水庫平均水深(m)；A為水庫水面面積(m²)；其他符號同上。

3.1.2總氮、總磷的水環(huán)境容量模型

總氮、總磷的水環(huán)境容量模型采用狄龍(Dillon)模型:

Lp＝

W=Lp×A

式中:Lp為水庫總氮或總磷的允許負荷量(g/m²#8226;a)；Cs為總氮或總磷的水環(huán)境質(zhì)量標準(mg/L)；ρ為水利沖刷系數(shù)(1/ a)；Q為每年流入水庫的水量(m³/a)；V為水庫的容積(m³)；H為水庫的平均深度(m)；A為水庫水面面積(m²)；R為水庫總氮或總磷滯留系數(shù)，R = 0.426exp (-0.271Q*) + 0.573exp (-0.00949Q*)；Q*=q/A，q為出庫水量(m³/a)；W為總氮或總磷的水環(huán)境容量(t/a)。

3.2上存水庫水環(huán)境容量與水質(zhì)預(yù)測結(jié)果

根據(jù)狄龍模型的簡化模式各參數(shù)的選定，可預(yù)測水庫營養(yǎng)物質(zhì)的濃度，見表6。

預(yù)測模型 [P] =L（1-R）A/Q。

式中：[p]為庫水中氮、磷的濃度(mg/l)；L為氮、磷流失進入水庫負荷量(g/m²#8226;a)；L=W/A；Q為年入庫水量（m³/a），按壩址處多年平均徑流量Q；R為氮、磷滯留系數(shù)；Qi=Q/A；A為水庫水面面積；W為進入水庫的氮、磷總量。

通過對水庫氮、磷預(yù)測分析計算，在外源污染物不變的情況下，預(yù)測水庫水體氮、磷營養(yǎng)元素年平均濃度分別為氮0.068 mg/L、磷0.009 mg/L。參比水庫富營養(yǎng)化水平的評價標準，庫區(qū)水體中氮磷的濃度處于貧營養(yǎng)化狀況，由此可知，在外源污染物不變的情況下，在工程建設(shè)后水庫的營養(yǎng)化狀況良好，不會產(chǎn)生富營養(yǎng)化。

4 結(jié)論

上存水庫匯水區(qū)（長泰境內(nèi)）長期以來人口稀少，人類活動強度低，自然生態(tài)保存較好，地表水污染源主要來自工業(yè)、礦山、生活、禽畜養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)田和山、林地等六類污染源，對水庫影響最大的污染源是禽畜養(yǎng)殖業(yè)和礦山的水土流失，其次是農(nóng)田、山林地自然源和生活，但對河流水質(zhì)影響不大，水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價與水庫水環(huán)境容量預(yù)測結(jié)果表明，擬建上存水庫流域水質(zhì)優(yōu)于地表水環(huán)境質(zhì)量標準中Ⅱ類水體水質(zhì)要求，水環(huán)境容量富足，可適用于集中式生活飲用水地表水源地。為了確保擬建水庫的水質(zhì)安全，應(yīng)進一步做好上存水庫飲用水源保護規(guī)劃和匯水區(qū)內(nèi)污染源控制，關(guān)鍵是控制禽畜糞尿和垃圾堆放場徑流水，礦山水土流失，農(nóng)田排水及生活污水的排放。

5 對策與建議

5.1 將上存水庫匯水區(qū)列為集中式生活飲用水地表水源地一級保護區(qū)。

5.2 將上存水庫匯水區(qū)內(nèi)全部劃分禽畜養(yǎng)殖禁建區(qū)，對原有的規(guī)模化禽畜養(yǎng)殖場采取搬遷或拆除，確保飲用水源水質(zhì)安全。

5.3 關(guān)閉上存水庫匯水區(qū)內(nèi)現(xiàn)有青坑、水磨坑兩個葉臘石采礦點，并做好閉礦生態(tài)恢復(fù)。

5.4 在必要的情況下對上存水庫匯水區(qū)內(nèi)1000多人口的上洋村進行遷移。

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