典型小型鄉鎮水庫枯水期污染物特征研究

李 飚，雷 平，游正鑼，羅光華，李 春，姚玉蘭

（1.四川省瀘州市環境保護監測站，四川 瀘州646000；2.四川省瀘縣環監站，四川 瀘縣646100）

近年來，隨著全球氣候變暖趨勢的日益增強，在我國許多地區常出現嚴重的旱災，缺水地區的小型鄉鎮水庫在枯水期有時還伴隨著污染事故，水庫水質中的pH值、總氮、總磷和高錳酸鹽指數等指標出現不同程度的超標，影響著鄉鎮飲用水質量安全和農業灌溉安全。分析發現，影響pH值的因素主要有酸堿性物質輸入造成的污染，水庫周圍土壤酸堿性和酸雨造成的影響，水量增減（降雨與蒸發總磷的因素主要有含氨氮、硝氮和磷酸鹽輸入造成的污染；影響高錳酸鹽指數的因素主要有水體易氧等）和溫度變化引起pH值改變，藻類生長使溶解氧發生變化從而引起pH值的增減等［1］。本研究結合四川省合江縣白米鄉流溝水庫枯水期污染物特征進行實地研究。

1 合江縣白米鄉流溝水庫

1.1 基本情況

白米鄉位于四川省合江縣長江北岸，幅員面積74平方公里，人口4萬多人，屬準南亞熱帶濕潤性氣候，年平均氣溫為18.2℃，年最高溫度43.1℃，最低溫度－1.2℃，夏季日照充足，雨量充沛，春秋季雨量較少，年均降雨量1 184.2mm，蒸發量670mm。流溝水庫為塘庫型，蓄水量為40萬m3，為該鄉5 000多居民提供飲用水和農業灌溉用水，采用次氯酸鈉消毒處理工藝。該水庫屬于我國南方地區一個典型的小型鄉鎮水庫，枯水期的水質感官、色度和透明度都較差，常出現富營養化現象。

1.2 水質污染物超標情況

合江縣環監站于2010年4月6日對20個鄉鎮集中式飲用水源地水質展開了調查，結果發現，白米鄉流溝水庫水質的pH值、總氮、總磷和高錳酸鹽指數都劣于《地表水環境質量標準》（GB3838－2002）Ⅲ類水域標準，又于5月30日進行了加密監測，結果因降雨使水質得到了一定改善，除總磷仍超標外，其余指標均達標。該水庫水質超標事件引起了瀘州市環保局的高度重視，隨后專門組織市環監站的技術人員分別在枯平豐水期對該鄉鎮水庫進行了幾次加密監測，對超標原因進行分析，以期說清環境，讓群眾喝上無污染的飲用水，徹底解決典型小型鄉鎮水庫枯水期的污染問題。

1.3 監測結果及評價

市縣兩級環監站分別于2010年4月6日、5月30日、7月1日、8月1日和12月30日對白米鄉流溝水庫鄉鎮飲用水進行了5次水質監測，其中4月6日和12月30日為水庫枯水期，5月30日為平水期，7月1日和8月1日為豐水期，監測的整個過程均按國家相關規定執行，水庫水質監測結果見表1。

表1 水庫水質監測結果

由監測可知，該水庫在枯水期監測的pH值、總氮、總磷和高錳酸鹽指數都超過《地表水環境質量標準》（GB3838－2002）Ⅲ類水域標準規定的要求。其中4月6日監測的pH值超標0.38～0.41個pH單位，總氮超標0.2倍，總磷超標1.7倍，高錳酸鹽指數超標0.3倍；12月30日監測的pH值超標0.27～0.33個pH單位，總氮超標0.2倍，總磷超標2.1倍，高錳酸鹽指數超標0.4倍；而這2次監測的氨氮和溶解氧都符合該標準規定的要求。在平水期和豐水期的監測項目中，除總磷外，其余指標均達標，其中總磷5月30日超標1.4倍，7月1日超標0.9倍，8月1日超標1.1倍。

2 水質污染物超標原因分析

通過監測和實地調研，該水庫在枯水期的水質pH值等指標有一定程度的超標，超標原因如下：

（1）塘庫型水源的枯水期庫內水量較小，對污染物的緩沖性較低，一旦有堿性污染物輸入，靠水庫自凈處理污染物的能力較差。由于水庫枯水期監測時比較干旱，隨著水量的減少使輸入性的堿性污染物得到一定程度的濃縮，pH值增加到一定程度就會超標。

（2）該水庫水源主要來自周邊的農田灌溉水和土壤富余雨水。通過對土壤施肥情況的調查了解到，在春播前先要在田間埋上一層較厚的底肥，主要有農家肥和草木灰等，溶于水就會顯堿性；春播于3月1日左右開始插秧，3月10日再添加尿素、碳銨和復合磷肥等化肥，由于農田雨水徑流造成大量的含氮和含銨離子的化肥排入水庫中引起4月6日春季枯水期監測時總氮和pH值提高。

（3）據調查，該水庫曾搞過養殖業，農戶在水庫中放養家禽，原有的家禽糞便沉積在底泥里，其中含氨氮、亞硝氮和硫化物；在春冬兩個枯水期采樣時魚還未捕撈完，魚會排泄出含銨的糞便，使水質惡化，引起pH值超過標準上限，同時也造成高錳酸鹽指數超標。

（4）據相關資料可知，藻類生長與pH值和溶解氧間存在一定的相互關系［2］。水庫水體富營養化使藻類繁殖過盛，通過呼吸和光合作用影響碳酸鹽間的平衡，光合作用與碳酸鹽平衡體系如下：

HCO3－濃度決定了藻類生長轉化數量，并影響著pH值的變化。藻類生長吸收大量CO2會使溶解氧增加甚至達過飽和，使得pH值亦增加，同時部分藻類對有機酸和重碳酸鹽吸收也會引起pH值的升高［3］；而藻類呼吸作用產生的CO2溶于水中促進H＋生成會引起pH值下降，光合作用產生的O2遠大于呼吸作用所需的O2。pH值的變化規律：藻類光合作用合成生成O2，隨著藻類的增加，溶解氧含量增加，pH值亦將增加。所以鄉鎮水庫枯水期藻類生長繁殖對pH值產生的影響也是造成其超過標準上限值的原因之一，pH值和溶解氧變化關系曲線見圖1。

（5）從4月6日到12月30日，隨著降雨量的增減，堿性物質和污染物不斷地被稀釋或濃縮，各污染指標也不斷地降低或增大。合江縣為酸雨控制區，降雨會使水庫中水的pH值降低。據縣環監站的監測數據，2010年全年白米鄉降水量為1 024.2mm；pH值范圍為5.09～6.86，酸雨頻率為34.4%。pH值與降雨量的變化關系曲線見圖2，總氮、總磷、氨氮濃度與降雨量的變化關系曲線見圖3，高錳酸鹽指數、溶解氧與降雨量的變化關系曲線見圖4。

圖1 pH值和溶解氧變化關系曲線

圖2 pH值與降雨量的變化關系曲線

圖3 總氮、總磷、氨氮濃度與降雨量的變化關系曲線

圖4 高錳酸鹽指數、溶解氧與降雨量的變化關系曲線

（6）藻類進行光合作用需吸收一定量的CO2，會影響到pH值出現一定的日變化規律。通常每天日出后pH值開始逐漸上升，至下午16：30～17：30達最大值，然后開始逐漸下降，直至第2天日出前達最小值，如此循環往復。4月6日采樣時間在16：30左右，而12月30日采樣時間在17：30左右，為理論上pH值變化的最高時段，所以有可能因采樣時間段的原因造成pH值超過標準的上限值。

（7）水庫底泥殘留物和農田底肥及生活污水中都含有易氧化的有機物、亞硝酸鹽和硫化物是造成高錳酸鹽指數超標的主要原因；雨季農田水中帶入的氨氮、硝氮和磷酸鹽分別造成總氮和總磷超標，水體富營養化是一個動態過程，總磷是導致其形成的主因，還與總氮、水溫及水體特征（水庫面積、水源、形狀、流速和水深等）有關，總磷、氨氮和總氮的濃度變化關系曲線見圖5。

圖5 總磷、氨氮和總氮濃度變化關系曲線

3 水污染防治對策

3.1 工程性處理措施

（1）改造水庫修建水泥池體和防水堤壩，防止土壤和農田灌溉水、雨水對水體的影響。

（2）定期挖掘底泥進行疏浚治理或進行深層曝氣，消除潛在的內部污染源，使水體與底泥界面間不出現厭氧層，有利于抑制污染物的釋放，使高錳酸鹽指數降低。

3.2 化學法處理措施

（1）采用凝聚沉降法，加入少量鈣鋁鐵等陽離子可使磷酸鹽生成不溶性沉淀物而降低總磷。

（2）采用殺藻處理法，加入低濃度的硫酸銅殺藻劑可控制藻類過度繁殖，減少光合作用，避免pH值增高，防治水體富營養化加劇。

（3）采用加酸中和處理法，潑灑適量的稀醋酸或鹽酸中和水體過高的pH值。

3.3 生態性處理措施

（1）以生活飲用水為主要功能的湖庫應嚴禁發展養殖業，原有的網箱養殖應給予取締。

（2）推進周邊農民退耕還林或退田還庫，建立生態農業系統；多利用渠道、坑塘等改造成土地處理系統進行農田污染控制。

（3）利用湖庫水生生物吸收去除水體中的氮磷、懸浮物和重金屬等污染物。

4 結論及建議

合江縣白米鄉流溝水庫是我國南方地區的典型鄉鎮小型水庫，在枯水期雖然pH值和高錳酸鹽指數超標，但它屬生活性污染而非工業污染，經簡單處理后即可提高水質，而且飲用自然因素形成的微堿性水對人體健康還有一定益處；只是總磷和總氮超標（尤其是總磷在平水期和豐水期均超標）引起藻類瘋長的現象要采取有效措施防治，以免水體富營養化日益加劇。當然要徹底解決污染問題不是一朝一夕能實現的，需不斷地削減污染物總量和周圍生態系統的持續改善。

建議鄉政府在水庫周邊設置“鄉鎮飲用水源保護地”的公告牌，提高村鎮居民的環保意識；修建排水渠分流農田徑流和生活污水，不得排流入庫內，并安排專人負責定期檢查，堵塞輸入性污染源。若采用以上措施后仍不能解決污染問題，也可將該水庫專門用于農田灌溉和養殖，使干旱地區的水資源得到合理利用，而直接鋪設管線，在長江邊建水站，滿足飲用水的需求。

［1］張澎浪，孫承軍.地表水中藻類的生長對PH值及溶解氧的影響［J］.中國環境監測，2004，20（4）：49－50.

［2］赫茨莫格.環境化學手冊（第一分冊）［M］.北京：化學工業出版社，1994：42.

［3］陳明耀.生物餌料培養［M］.北京：中國農業出版社，1995：56－57.