西泉眼水庫污染源分析與評價

劉 陽 張 穎 劉 洋

(東北農業大學 資源與環境學院，哈爾濱 150030)

西泉眼水庫位于黑龍江省阿城市、尚志市和五常市交界處,壩址位于阿城市平山鎮泉河村，地處北緯45°09′，東經127°09′，地處松花江南岸，是與一級支流阿什河上游為一體的大型丘陵水庫。西泉眼水庫于1992年開始興建,于2000年10月通過竣工驗收。它是以防洪、灌溉、除澇為主要建設任務，同時兼顧養魚、旅游、發電等綜合效益。為了西泉眼水庫的合理開發，我們對該水庫的污染源進行分析與評價。

導致水庫富營養化的污染源有五類：工業企業或城鎮形成的點污染源；集水面積內農田等地表因降水形成的面污染源；受到污染的匯入河流形成的入水污染源；降水和降塵污染；庫區周圍旅游業形成的污染和養殖投餌污染。下面分別評述西泉眼水庫五類污染源的污染狀況，并進行各類污染源的年污染貢獻量比較分析。

1 西泉眼水庫污染源的分析與評價

1.1 點污染源

西泉眼水庫無直接入庫的點源。位于帽兒山鎮的帽兒山鋼鐵廠是通過河流間接入庫的一個點源。另外還有兩個生活污水點源，即帽兒鎮和平山鎮。帽兒山鎮鎮內人口15 000人，平山鎮鎮內人口8 000人，兩鎮均無排水管網。

帽兒山鋼鐵廠年產值17 000萬元，該廠通過利用爐渣和附近的石灰石、黏土資源，采用立窯生產水泥。該廠有職工2 200人，家屬5 800人左右，家屬區與廠區相連，廢水一并排入阿什河。日排放廢水量1 400t左右，其中生產廢水760t/d，生活廢水640t/d。年廢水排放總量為50多萬t。廢水中主要污染物為化學需氧量、總氮、總磷。研究期間，對帽兒山鋼鐵廠廢水排放總口進行了三次監測，帽兒山鋼鐵廠的廢水監測統計值見表1。

表1帽兒山鋼鐵廠廢水監測統計值

帽兒山鎮和平山鎮兩個生活污水點源均無排水管網，無體系化的排污溝，無法進行監測。所以采用“經濟合作發展組織(OECD)”推薦的系數值—總氮13g/(人·d)、總磷1.5g/(人·d)來估算兩鎮的氮素、磷素的排放總量見表2。

表2帽兒山鎮和平山鎮排放氮、磷估算值 單位：t/a

由于帽兒山和平山兩鎮生活污水均以沿街潑灑的方式排放，所以兩個生活污水點源排放的氮、磷僅有一少部分隨地表徑流以面源污染的形式進入西泉眼水庫，在以下面源的討論中將進一步計算分析。

1.2 面源污染

面源污染的定量化主要通過兩種途徑：一種是通過對受納水體所接受的污染物量進行觀測、分析和計算，推算集水面積的污染物輸出量；另一種是通過對面源污染物輸出的主要過程——降雨、地表徑流的運動、污染物的積聚和遷移等的模擬，計算污染物的輸出量。主要的定量化方法有單位負荷法和模擬法。本研究采用單位負荷法推算面源入庫總氮、總磷的量，并對主要面源進行分析。研究中根據植被和土地利用狀況設置面源降水監測點。

單位負荷法計算公式為：

(1)

式中：

L——各種土地利用類型總污染負荷量，kg/a；

Li——第i種土地利用類型污染負荷量，kg/a；

Xi——第i種土地利用類型單位負荷，kg/(km2·a)；

Ai——第i種土地利用類型的總面積，km2；

n——土地利用類型個數。

其中，Xi的計算式為：

Xi=10·αi·γi·P

(2)

式中：

αi——氮、磷濃度參數，mg/L；

γi——不同土地利用類型的降水徑流系數；

P——年降水量，cm/a。

氮、磷濃度參數αi見表3，不同土地利用類型的降水徑流系數γi，見表4。

表3氮、磷濃度參數αi 單位：mg/L

表4徑流系數

西泉眼水庫集水面積1 151km2，其中林地約991km2，農田約149km2，草地約20km2，鄉鎮占地約11.8km2。除林地、農田、草地、鄉鎮占地外，還有河流、水庫等水域面積。集水面積內年使用氮肥(折純計算)約926t，主要是尿素和硝酸銨。磷肥(折純計算)約384t，主要種類是磷酸二胺。

根據面源基本情況和單位負荷法，推算西泉眼水庫集水面積內各種土地利用類型的污染負荷見表5。由表5可見，林地占面源輸入水庫的氮素中的比重最大，其次是農田；磷素是農田占的比重最大，其次是林地。所以農田和林地是主要的面污染源。磷是決定湖庫水質富營養化的關鍵性限制因素，面源輸入水庫的磷素一半以上來自農田。從這方面講，農田是西泉眼水庫首要面污染源。雖然帽兒山和平山兩鎮按OECD推薦的系數值計算的氮、磷排放量較大，但隨地表徑流進入西泉眼水庫的氮約為5.476t/a、磷約為0.665t/a(見表5)，顯著小于帽兒山鋼鐵廠的排放入庫量。所以西泉眼水庫的主要點源是帽兒山鋼鐵廠。

表5不同面源污染負荷

1.3 入庫河流

阿什河和黃泥河是匯入西泉眼水庫的兩條河流。阿什河有一條較大支流——二道河。我們分別在二道河入阿什河口內、阿什河二道河口上、阿什河入西泉眼水庫口內和黃泥河入西泉眼水庫口內設置了水質監測斷面。每個斷面均監測總氮、總磷、高錳酸鹽指數、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨氮、水溫、pH值、化學需氧量、生化需氧量、溶解氧等30項指標，見表6。

表6河流水質監測平均值統計表 單位：mg/L

續表

項 目二道河斷面阿什河支流斷面匯合處斷面黃泥河斷面電導率26．919．524．10硫化物0．005250．00650．004750．005總氰化物0．0020．0020．0020．003鉻(六價)0．0020．0020．0020．002溶解性鐵0．1740．1260．1571．09總錳0．0560．170．0241．02總銅0．00150．00180．00120．0007總鉛0．00050．00120．00050．0005總鋅0．04950．0040．00920．004總鎘0．00020．00020．00020．002總砷0．000090．001420．000050．0001硒(四價)0．000320．00040．000370．0006總汞0．0000050．0000050．0000050．000005揮發酚0．0010．0010．0010．001石油類0．0050．0050．0050．005陰離子表面活性劑0．06250．0250．030．039氟化物(以F-計)0．25020．27760．2420．17氯化物(以Cl-計)32．1112．3431．5611．2硫酸鹽(以SO2-4計)18．1516．8717．8316．0

1.4 降水降塵污染

降水降塵的污染可根據多年平均降水量和降水、降塵的總氮、總磷實測值估算直接入庫的降水和降塵的氮、磷年貢獻量。我們在西泉眼水庫庫區分別設了兩個降水采樣點和兩個降塵采樣點于神女峰賓館和漁業公司，兩點位相距約1.5km。共進行了6次降水檢測和2次降塵檢測，檢測總氮和總磷兩項指標。用總氮和總磷的平均值、多年平均降水量(564mm)、年平均降塵量(85.2t/km2)、水庫多年平均水面積(30.8km2)估算，西泉眼水庫直接入庫的降水、降塵的氮、磷污染負荷列于表7。由表7可見，降塵的氮、磷污染負荷均大于降水。

表7降水、降塵氮、磷濃度及污染負荷

1.5 庫區周圍旅游業及養殖業污染

西泉眼水庫建有的旅店、飯店規模均不大。船只數目也不多。由于多年來按哈爾濱市備用水源加以保護，年接待游客僅有4萬～5萬人次。年放養魚苗約30t，年捕魚約100t。由于游客少，游船小而少，水面娛樂污染很小，所以不予計算。西泉眼水庫養魚不投餌，故無養殖投餌污染。

同樣采用OECD推薦的系數值，估算西泉眼水庫旅游業污染。考慮到絕大多數游客均為白天游玩，按年5萬人每人半天計，旅游業污染每年產生的氮、磷負荷分別為325kg和38kg。

2 各種污染源氮、磷污染負荷比較與分析

匯入西泉眼水庫的阿什河和黃泥河均基本在水庫集水面積內，不含外來的污染，兩河污染分別含有集水面積內的點源和部分面源，因此河流污染源不能參與污染源氮、磷污染負荷的比較分析。點源、面源、直接入庫的降塵和降水、旅游業等4類污染源的氮、磷污染負荷比較數據列于表8、表9。由表8、表9可見，面源的氮、磷貢獻值最大。可把各類污染源細劃為人為可控和人為不可控兩部分，其中點源、農田面源、鄉鎮面源和旅游業污染為人為可控源，因此是水庫富營養化防治重點。而點源帽兒山鋼鐵廠的氮、磷污染負荷均占可控源的15%以上，也是富營養化的一個防治重點。

表8污染源的氮、磷污染負荷比較

表9可控污染源的氮、磷污染負荷比較

3 結論

(1)據分析，可導致西泉眼水庫富營養化的污染源分為五類：一是工業企業或城鎮形成的點污染源；二是集水面積內農田等地表因降水形成的面污染源；三是受到污染的匯入河流形成的入水污染源；四是降水和降塵污染；五是庫區周圍旅游業形成的污染和養殖投餌污染。

(2)按各類污染源的氮、磷污染負荷比較分析，農田面源是西泉眼水庫富營養化主要的人為可控源。

[1]國家環境保護總局科技標準司.中國湖泊富營養化及其防治研究[M].北京：中國環境科學出版社,2001.

[2]黑龍江省水利水電勘測設計研究院.哈爾濱市西泉眼水庫供水工程[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2006.