水庫水質安全保障對策研究——以長潭水庫為例

萬林 胡慶年 王浩

（臺州環境科學設計研究院，浙江 臺州 318000）

1.前言

水庫通常指蓄水量大于106m3，建有人工大壩，具有明顯河流來水特征的蓄水水體，大壩是水庫的標志[1]。水庫是一種介于河流和湖泊間的半人工半自然水體，廣泛分布于世界各地。在我國，庫容小于107m3、介于107m3和108m3、大于108m3分別劃分為小型、中型和大型水庫[2]。水庫的主要功能為防洪、發電、灌溉、供水、養殖等，由于當前嚴重的水環境污染，水庫的供水功能日漸重要。自1949年至今，全國興建各類水庫8.6萬座、水庫總庫容6345億m3，約為全國河流年徑流量的1/5，水庫年供水能力達5000多億m3[3]。以2001-2004年我國135座代表性水庫水質現狀調查，采用營養狀態指數法評價表明：中富營養型水庫在大、中、小型水庫中均處主導地位，其數量及其庫容比例分別為55.8%、82.4 %;82%、80.9%;81.8 %、99.9%[4]。目前，我國水庫大部分已達到中富營養化水平。水庫富營養化、藍藻爆發、突發性化學危險品輸入等風險，已嚴重影響到水質安全。

2.水質安全保障對策

2.1 外源污染控制

通常水庫外源污染源為工業源、生活源、農業源。工業源、生活源以及農業畜禽養殖源通常以點源形式出現，可采用廢水生化工藝進行脫氮除磷處理，削減有機物及營養鹽。農業面源通常以地表徑流方式進入水庫，其源控制措施主要為削減化肥、農藥使用量，有機肥代替化肥、合理規劃流域耕地及農田面積、增加流域水塘面積、退耕還林、退耕還草等，末端控制措施主要為設置水庫周邊植被過濾帶、入庫溪流前置庫、人工濕地等，截流、沉降、吸收、降解徑流中污染物。

2.2 內源污染控制

水庫內源污染源主要為富含有機物和營養鹽的水庫底泥。在水庫建設初期水庫底泥為水庫污染物的匯，水體中的有機物、營養鹽以懸浮物的形式沉積至底泥，另外水生生物死亡后的沉積至水庫底泥，經過長期積累后底泥在厭氧條件下逐步釋放有機物及營養鹽。水庫底泥污染物控制措施通常為底泥疏浚、種植沉水植物、投加絮凝劑及底泥覆蓋物等。

2.3 生態系統恢復

水庫生態系統是包括庫岸帶、水陸交錯帶、庫內水體、底泥等區域內的各類生物及其環境的完整生態系統。水庫生態包括陸生生態系統、水陸交錯帶生態系統、水生生態系統、底泥生態系統四大子系統，各子系統的物質、生物及能量的遷移及相互作用，最終以水庫水質形式體現。水庫生態系統的恢復需全面恢復其各個子系統，主要方式為恢復庫岸帶、水路交錯帶的陸生、水生植物，恢復庫內水體、底泥的水生植物、動物。生態系統的恢復可有效增加水庫對外源性污染物的去除吸收能力，提高生態系統的穩定性，增加水環境容量。

2.4 突發風險事故應急

水庫突發環境風險事故主要表現為水庫在春夏時期的藍藻爆發和突發性化學危險品輸入。藍藻爆發情況下可通過物理、化學或生物等方式除藻。物理除藻包括打撈法、黏土法、物理殺傷法、改變局部環境法（遮光或揚水桶技術等）[5,6]；化學除藻主要是通過投加化學藥劑殺滅藻類，目前已合成和篩選出的殺藻劑有：有機物和銅鹽、高錳酸鉀、鐵鹽、氯氣、臭氧、漂粉精等無機物[7]，使用化學法需高度關注化學品輸入導致的二次污染。生物除藻包括：藻類制藻、植物制藻、魚類制造和微生物絮凝劑制藻等方式[8]。

突發性化學危險品輸入應急對策主要是加強危險源管理、建立應急預案、配置可有效應對化學危險品的應急物質和設施。嚴格控制化學危險品運輸車輛進入庫區，禁止裝載化學危險品的船只進入庫區；明確突發事故應急組織機構及職責，制定具體應急措施；設置事故應急收集池、購置應急車輛、常備應急物資。

3.以長潭水庫為例

3.1 長潭水庫基本情況

臺州市長潭水庫始建于1958年，位于浙江省臺州市黃巖區，介于北緯28°30'～28°40'、東經121°00'～121°04'，是一座以供水和灌溉為主的水庫。水庫集雨區面積441.3km2，年平均徑流量5.65×108m3，水庫設計洪水水位39.39m，庫容總量6.20×108m3，校核洪水水位43.01m，總庫容7.32×108m3，正常庫容4.57×108m3。

3.2 主要環境問題及成因分析

3.2.1 主要環境問題

（1）部分指標超標

長潭水庫2005-2009年水質主要超標指標為總氮、石油類、總磷。根據近五年長潭水庫監測數據，水庫pH值、總磷、石油類和葉綠素α呈明顯上升趨勢；2009年相比2005年平均值pH值上升1.8%、總磷上升75.2%、石油類上升36.7%。水溫呈波動趨勢。總氮呈下降趨勢，2009年比2005年下降4.6%。

（2）pH劇增、藻類爆發

2009年5月份長潭水庫pH急增，藻類也迅速增殖，水質惡化現象十分明顯。2009年5月20日，水質監測中pH值、總磷和石油類均超標；未檢測出微囊藻毒素，但藻類密度數量均在105個/L以上，其中溫潭和大眾旺監測點藻類數量在106個/L以上。群落結構相對單一，主要優勢種為曲殼藻屬。2009年6月1日，藻類密度增加一個數量級，達到106個/L以上，其中溫潭和大眾旺監測點藻類數量在107個/L以上。群落結構極為單一，曲殼藻屬成為絕對優勢種，占總藻類數的99%以上。根據監測數據計算，3個監測點位的綜合營養狀態指數值分別為40.17、39.10、41.77，對照湖泊（水庫）富營養化評價標準，水庫營養化程度達到中營養水平。

（3）環境風險隱患

國際上認為，當水體中的總氮、總磷濃度分別達到0.2mg/L和0.02mg/L的臨界值時，就可能出現富營養化現象[9]。當氮磷重量比大于10時，磷成為藻類增長的限制因素[10]。當前，長潭水庫總氮呈超標狀態，總氮年平均含量穩定在0.5mg/L，總磷含量在5-8月份居于0.025-0.030mg/L之間，達到了國際上的富營養化的基本條件，而且具有藍藻爆發的潛在危險。長潭水庫氮磷之間比例約為20：1，總磷成為藍藻爆發的關鍵因素。

長潭水庫將規劃建設進入庫區通往溫州的公路。公路建成后，裝載化學危險品的貨車的通行，也增加了化學危險品泄漏入庫的環境風險。一旦發生事故導致有毒有害物質進入長潭水庫，必將導致一定時期內水體無法滿足飲用功能。

3.2.2 問題成因分析

（1）農業源污染物輸入

當前長潭水庫的畜禽養殖量較大，豬存欄量9872頭，出欄量12415頭，牛存欄量1185頭，家禽存欄量22.61萬羽，出欄量41.80萬羽等養殖情況計算，污染物產生量分別為：COD 655.95t/a、氨氮62.03t/a、總磷41.39t/a。畜禽養殖污染物流失量為產生量的35%；污染物排放量為：COD 229.58t/a、氨氮21.71t/a、總磷14.49t/a。

長潭水庫庫區林地53.37萬畝、旱地1.54萬畝、水田3萬畝。耕地施肥強度：水田：氮肥150kg/hm2，磷肥10kg/hm2；旱地：氮肥350kg/hm2，磷肥25kg/hm2。根據單位面積林地、旱地及水田的徑流產污系數及氮肥平均流失率約10%，磷肥平均流失率約3%[11]，進行估算，主要污染物排放量為：COD 2707.3t/a、氨氮217.14t/a、總磷18.55t/a。

（2）生活源污染物輸入

長潭水庫7個鄉鎮共有人口102905人，主要污染物產生量為：COD 1126.81t/a、氨氮 98.60t/a、總磷 9.86t/a。現已完成寧溪鎮污水處理廠一期工程（服務人口約0.75萬人，規模500t/d）及103家農村生活污水治理（服務人口約5.4萬人），經過當前工程治理后，生活源污染物排量為：COD 522.78t/a、氨氮 62.87t/a、總磷 5.55t/a。

（3）工業源污染物輸入

根據第一次污染源普查，長潭水庫工業企業共有128家，污染物產生量為：COD 85.85t/a、氨氮2.95t/a；排放量為COD 47.18t/a、氨氮2.72t/a。

根據上述調查計算，長潭水庫主要污染物輸入總量：COD 3506.84t/a，其中農業源、生活源、工業源分別占83.7%、14.9%、1.3%；氨氮304.44t/a，其中農業源、生活源、工業源分別占78.5%、20.7%、0.9%；總磷38.54t/a，其中農業源、生活源、工業源分別占85.7%、14.3%、0%。COD、氨氮、總磷污染物農業種植源分別占77.2%、71.3%、48.1%；養殖源分別占6.5%、7.1%、37.6%。以長潭水庫多年平均徑流量5.65億立方米估算，在不考慮水庫水生生態系統對外源性總磷吸收的情況下，以《地表水環境質量標準》二級標準為依據，水庫總磷的環境稀釋容量為14.13噸。當前水庫的總磷輸入量為38.54噸，已遠遠高于該值。

（4）底泥污染物釋放

長潭水庫建庫于1958年建成，至今已經有52年歷史。通常氮磷營養物質大量輸入情況下，逐步在水庫底泥中沉淀積累。以總磷排放量估算，其輸入量大大超過了長潭水庫的稀釋容量，在水庫中不斷積累。在水庫建成初期營養鹽不斷輸入水庫，逐步積累至底泥之中。經過一段時間積累后，底泥的營養鹽將逐步向水體釋放，形成水庫營養鹽的內源。

（5）庫區生態結構退化

長潭水庫庫區生態系統包括整個集雨區、庫區濱岸帶及庫區水域等。湖庫濱岸帶即連接湖庫水域與陸域的交錯帶，是削減和緩沖外界環境污染的天然防護帶。長潭水庫當前濱水帶由于居民的生產生活導致生態系統受到不同程度的破壞，原有的不同類型的植被被農田、耕地及居民住宅所替代，大大削弱了作為水庫水質防護的天然屏障能力。

3.3 維護水質安全的對策及建議

長潭水庫的水質保護，需多方面進行控制。首先需要控制農業、生活及工業污染的污染物輸入；其次還需對底泥進行有效控制，減少內源的污染物輸入；再次還要積極恢復庫區的生態系統，提高水庫的自凈能力；最后需對環境風險事故進行有效預防，建立完善必要的應急處置系統。

3.3.1 生活源控制

農村生活污水治理重點采用分散式污水處理裝置與農業生態利用相結合。對于距離水庫水域較近區域內的農村生活污水采用分散式裝置進行處理后達標排放，對于距離庫區較遠的山區農村生活污水通過改廁的方式進行集中收集后生態利用。城鎮生活污水通過污水處理廠集中處理達標后排放。當前需加快庫區內寧溪鎮污水處理廠二期工程及管網建設，提高污水收集率和污水廠運行負荷。對于生活污水處理系統，應加強該系統的質量管理，保證收集處理率，同時加強必要的運營維護。

對于庫區內居民生活垃圾必須做到日產日清，進一步完善與加強“戶集村收、鄉鎮運輸、區縣處理”的三級生活垃圾處置。加強對庫區船只管理，減少船只使用頻次和使用時間，對于船只上的含油廢水、生活污水、生活垃圾進行收集處理。大力推廣農村無磷洗滌劑，可采用補貼或免費方式向庫區居民提供無磷洗滌劑。

3.3.2 農業源控制

農業種植源和養殖源的污染物輸入量比重最大。大力開展水庫庫圍、坡度大區域進行退耕還林工程，繼續加強庫區移民。同時，全面開展科學施肥工程，重點控制氮磷肥料的施用量，特別是磷肥的施用量，逐步提高有機肥料的施用比例，提高氮磷肥料的利用效率。農業養殖源通過建立生態養殖小區的方式，將散戶養殖集中，通過耕地、水田的有機肥料需求量，確定養殖規模，做到養殖廢物的全部綜合利用。養殖小區重點采用“豬沼果”的生態模式，并合理發展少污染、無污染的農產品加工業，提高農產品附加值。

3.3.3 工業源控制

工業源的控制的重點是從源頭控制，嚴禁新建有生產廢水產生的工業項目。對于現有的廢水產生企業通過關停、轉產的方式淘汰有廢水產生的企業。對于只有生活污水產生的企業必須通過自建設施或納入污水廠做到達標排放。

3.3.4 底泥污染控制

水庫底泥污染物控制措施通常為底泥疏浚、種植沉水植物、投加絮凝劑及底泥覆蓋物等。底泥疏浚工程量大、費用高，并對水庫生態系統產生一定破壞作用；種植沉水植物可有效沉淀懸浮態有機物和營養鹽，增加水體透明度，改善水庫生態系統；投加絮凝劑及底泥覆蓋物主要是通過增加底泥穩定性，減少水動力和生物擾動，控制底泥污染物釋放。對于長潭水庫底泥控制可以沉水植物種植和底泥疏浚工程為重點，在不同區域將二者進行有機結合。底泥疏浚應注意防止二次污染和生態破壞，水生植物種植需建立有效的維護管理制度。

3.3.5 陸地生態系統恢復

對于庫區內山地土壤侵蝕區積極開展水土保持工作，對于坡度大于25°以上的耕地實行退耕還林。合理種植護坡植物，樹種草種要選擇根系發達、生長快、抗逆性強的本地物種，并進行喬、灌、草的合理配置和設計，減少水土流失和農業面源污染。加強水庫庫區森林植被建設，逐步提高林地比例，對于疏林地、荒地進行改造，加強林地的水源涵養功能。優化庫區植物群落，設計頂級群落結構和植物區系，建立采用混交林和復合多層次結構。

3.3.6 濱岸帶生態系統恢復

在長潭水庫庫區38m等高線以下所有陸域（飲用水源一級保護區）范圍內，建設結構合理的喬灌草相結合的沿岸保護帶。植物物種選擇可重點考慮水庫內常見的多年常綠喬木、多年生木本植物及混合草皮。根據地形特點，保持沿岸防護帶一定寬度，確保最低寬度在20m以上。在水庫的水位線以下，可選擇性在一定區域內種植濕生植物、挺水植物及浮葉植物，重點考慮種植濕生植物和挺水植物，并安排資金和人員進行管理，定期收割。

3.3.7 入庫溪流人工濕地建設

長潭水庫地表徑流主要通過寧溪、柔極溪、上垟溪等主要入庫溪流進入水庫。入庫溪流是庫內所有污染物入庫的主要渠道，通過建設人工濕地可大大降低水庫的污染物輸入量，特別氮磷營養鹽的輸入。根據目前長潭水庫入庫徑流中污染物濃度較低的現狀，考慮到建設成本和對入庫徑流的抗沖擊能力要求，可在溪流入口的河灘地建設表流式人工濕地，并建設入庫溪流攔水壩，消減暴雨徑流對人工濕地的沖擊。人工濕地建設范圍為溪流入口水庫38米水位以下至水庫33米水位以上水域。入庫溪流人工濕地中的濕生植物帶可以種植香蒲、蘆葦、燈心草、寬葉香蒲、茭草等去污能力較強的植物。在運行過程中需及時重新種植濕地植物、去除雜草和挖掘沉積物。

3.3.8 建立環境風險應急系統

長潭水庫對照國際經驗，已經達到富營養化的條件，潛在藍藻爆發風險。當前可通過增加鰱鳙等慮食性魚類的放養量，種植沉水植物，加強藻類控制。建設水庫水質在線監測預警系統，監測主要指標，準確監控藍藻增殖情況；同時建立水庫藍藻爆發應急響應對策，明確不同情況下的應急除藻措施。

庫區內建設跨庫公路以后，化學危險品泄漏事故發生概率將大大增加。對于水庫輸入性環境風險，首先要從源頭控制，加強風險預防，完善風險管理，建立風險應急系統。危險品運輸車輛必須符合相關規范，禁止通行危險性大、毒性高的危險品運輸車輛；設置水庫公路導流溝和應急池；建立水庫環境風險應急預案，完善水庫環境風險應急的組織，明確事故責任，配套相關應急硬件設施。

3.3.9 備用水源建設

根據臺州市的地理位置特點，可重點考慮將臨海市牛頭山水庫、溪口水庫與長潭水庫互為備用水源。通過建設三個水庫主要自來水廠的相互供水管道，在單個水庫事故狀況下，可相互作為飲用水備用水源，可大大提高臺州市區飲用水的安全保障。

3.3.10 研究與規劃

對長潭水庫庫區范圍主要污染源、陸生生態系統、水生生態系統、水庫水質、水庫底泥進行全面研究，進一步明確主要污染物的入庫量和水庫環境容量、底泥與水質的關系、水質與藻類的關系、應急對策與技術等重要內容。在此基礎上，制定切實可行的長潭水庫水質中長期保護和利用規劃，有針對性的逐步推進水庫飲用水源地保護。

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