石獅市應急儲備水源調節池水質保障分析

王 民

（遼寧省水利水電勘測設計研究院，沈陽 110006）

石獅市應急儲備水源調節池水質保障分析

王 民

（遼寧省水利水電勘測設計研究院，沈陽 110006）

分析了石獅市擬建的應急儲備水源地面水池的水質變化情況，初步確定了水池的蓄水停留時間，當初始蓄水水質劣于Ⅱ類，適宜蓄水停留時間45d；初始蓄水水質為Ⅱ類或優于Ⅱ類，適宜蓄水停留時間可達115d。提出了相應的水質保障措施。

應急水源；水池；水質；停留時間

金雞攔河閘是石獅市的主要供水水源，一旦晉江上游水質受到污染或金雞攔河閘因不可抗力出現損壞時，將給石獅的生活和工業用水帶來重大影響，因此建立擁有一定儲備庫容的調節水池以應對水污染等突發事件具有戰略性意義。

石獅市規劃建設水源儲備調節水池工程，將現狀奈清、蓮湖水庫與擬建地面調節水池以輸水管道串連，作為石獅市的儲備水源，在豐水期充分利用晉江洪水資源，將洪水引至水源儲備調節池進行儲備，用以緩解用水量不足。

規劃地面水池總占地面積33.47hm2，分為上下水池。下水池設計水深6.00m，有效容積30.60萬m3；上水池設計水深8.0m，有效容積168.13萬m3。上、下水池有效總容積198.73萬m3。

地面水池蓄水后將形成水面面積33hm2的特殊人工生態系統，與河流相比，流速變緩，水深增大；與湖庫相比，沒有源、匯項的輸入。因此，地面水池的水質變化過程非常特殊，難以利用常規的河道、湖庫水質預測方法進行預測和評價，應通過全面掌握導致水質變化的原因來分析水池水質的變化，進而采取相應的水質保障措施。

1 水質污染預測分析

1.1 蓄水水源水質

地面水池為封閉水體，沒有點源污染的進入，在正常情況下應不受地表徑流產生的面源、底質釋放產生的內源及地下水體交換的影響，因此水池中主要污染物質來源為晉江干流金雞閘庫區水源的來水和遠期參與聯通調度的奈清水庫、蓮湖水庫的蓄水。因此，金雞閘庫區、奈清水庫和蓮湖水庫的水質達標是保證地面水池蓄水水質達標的前提。

1.2 蓄水后水質

在保證蓄水原水水質達到Ⅱ～Ⅲ類水質標準的情況下，引起地面水池水質變化的原因主要有以下幾方面：

1.2.1 蒸發造成水量減少導致污染物濃度增加

工程區域屬南亞熱帶海洋性季風氣候，熱量豐富，日照充足，多年平均年陸地蒸發量630mm，多年平均年水面蒸發量1400mm。不考慮降雨的情況下，蓄水后的蒸發損失：

式中 W為蒸發量（萬m3）；E為水面蒸發強度（mm/月）；A為水面面積（hm2）。

經計算，最不利情況下地面水池蒸發量可達5.5萬m3/月，導致污染物濃度的增加幅度為2.7%，是引起水質變化的原因之一。

1.2.2 大氣干濕沉降對水質影響

地面水池的封閉特性基本杜絕了外來污染源的影響，但由于水面面積大，大氣干濕沉降成為水體主要的外源污染，不僅能改變水域的pH值，還改變水的鹽度。目前由于大氣環境污染較為嚴重，農藥化肥等大量使用，大氣中的有機物及氮磷等營養元素含量大大增加，通過大氣沉降輸入水體，容易導致或加劇水質變化。

大氣沉降對水質的影響與大氣環境狀況緊密相關，初期雨水可將大氣中的氣溶膠粒子和氣態物質減少到雨前的1/3到2/3以上，大量污染物可隨降雨進入水體，干沉降進程緩慢，大氣中氮的干沉降量大致與濕沉降相等，甚至會比濕沉降量大［1］。當大氣沉降輸入水體的污染物量超過了水體的環境容量時，將對水體水質產生影響，因此大氣沉降對水質的影響即為大氣干濕沉降通量對水體環境容量的影響。

1.2.3 藻類生長對蓄水的影響

地面水池蓄水后生態系統簡單，主要為藻類、細菌、有色原生動物等自養型微生物。其中藻類在適宜的氣候（光照、溫度）條件和水文條件下容易迅速繁殖，會對蓄水水質、水池本身及后續凈水廠的處理工藝產生影響。

通常情況下，自然水體中C，H，O等元素的來源較為豐富，一般均能滿足水體中藻類生長的需要。而N，P營養鹽的多寡，往往成為水體中藻類能否大量增殖的限制因子［2］。相關研究成果表明，水庫藻類生長處于易于管理狀態的營養鹽水平一般為TN＜0.7mg/L，TP＜0.1mg/L［3］，當TN＞1.2mg/L，TP＞0.11mg/L時，水體即開始富營養化［4］，藻類生長速率隨著N，P濃度的增加而增加，TN，TP濃度達到2.0，0.15mg/L時最適合藻類的生長。

Ⅱ類水體（TN=0.5mg/L，TP=0.1mg/L）可視為清潔貧營養水體，藻類的生長一般處在可接受范圍內，此時大氣沉降對水體中N，P的影響成為了影響水質主要的控制因素；當蓄水水質為Ⅲ類或劣于Ⅲ類時，藻類生長成為影響水質的主要因素。

2 蓄水停留時間分析

為保證地面水池的應急使用功能和蓄水水質，確定合理的蓄水停留時間是必要的。若停留時間過短，頻繁換水會大大增加引調水和蓄水的成本；若停留時間過長，則會導致蓄水水質下降，不能滿足集中供水水源的使用要求。

蓄水停留時間與初始水質、氣象、大氣環境等因素有關，是一個較為復雜的物理化學及生物學過程。在對邊界條件進行簡化后，可通過數學模型計算進行近似的預測，并可作為管理的依據。蓄水停留時間可根據初始蓄水水質分為以下兩種情況。

2.1 營養鹽水平較低（Ⅱ類及以上）時

當初始蓄水水質為Ⅱ類及以上時，大氣沉降是對地面水池水質產生影響的主要原因。參照已有的研究成果結合實際，可確定區域的干濕總沉降通量水平，將沉降通量與水環境容量進行對比，即可得到水體水質變化速率和變化水平。由于地面水池水體流動性差，生態系統簡單，水體的自凈能力較差，水池的環境容量主要為稀釋容量，即在滿足Ⅱ類水質目標時，依靠稀釋作用所能承受的污染物量，可利用湖泊完全混合平衡模式進行計算。

式中 c為營養鹽濃度（mg/L）；c0為營養鹽初始濃度（mg/L）；V為水體體積（m3）；W為營養鹽沉降量（mg）；k為衰減系數；G為營養鹽沉降通量（mg）；S為水面面積（m2）。

計算蓄水適宜停留時間為70d，即70d后水體的營養鹽水平達到較高水平，開始下一部分的水質變化過程。

2.2 營養鹽水平較高（劣于Ⅱ類）時

當蓄水初始水質劣于Ⅱ類或蓄水經過一段時間由于大氣沉降等作用下水質變差時，藻類在適宜的光照、溫度下開始大量繁殖，此時應控制的是藻類生物量的增加。藻類生物量可近似按照指數曲線增長，但生長速率μ受到水溫T、光照L、營養鹽N，P，C，Si等濃度的限制［3］：

式中 N為藻類豐度；N0為藻類初始豐度；t為平均水溫（℃）；μmax為藻類最大生長率；θ為溫度校正系數；Tref為參照水溫（℃）；f（L，P，N，C）為光照和營養鹽限值函數。

從工程區域氣溫來看，該區域在5～10月均具備發生水體富營養化的外部氣溫條件；從該區域的日照時間和太陽輻射量來看，該區域具備發生水庫水體富營養化的外部光照條件，因此，當水體營養鹽水平較高時，可假設藻類生長不受光照、營養鹽限制，即藻類的生長速率僅受溫度影響：

初步調查晉江干流的藻類初始豐度N0、藻類生物量安全預警值Nt，求得防止藻類惡化水質的最大停留時間。

計算本工程防止地面水池藻類增加惡化水質的最大蓄水停留時間45d。

2.3 蓄水停留時間的確定

當初始蓄水水質劣于Ⅱ類，特別是N，P含量較高時，適宜蓄水停留時間為45d；當地面水池初始蓄水水質為Ⅱ類或優于Ⅱ類，特別是N，P等含量優于Ⅱ類水質標準規定的限值時，水池的適宜蓄水停留時間較長，可達115d；因此，蓄水初始水質對蓄水停留時間有著決定性作用。

3 水質安全保障方案

3.1 蓄水水源的水質保障

晉江干流金雞閘庫區是工程的初始水源，其水質狀況直接關系到蓄水的水質安全和使用功能。應加強流域截污治污工作，加強面源污染治理，保證金雞閘庫區的水質和水生態環境安全。

遠期參與聯通調度的奈清水庫和蓮湖水庫現狀水質不達標，并且存在一定的污染風險，在遠期工程實施前需要對兩座水庫進行綜合治理：應劃分飲用水水源保護區，并遵守水源保護區的相關法律法規的要求；對水庫底泥進行生態清淤，進行內源治理。

3.2 地面水池的水質保障

3.2.1 劃分水源保護區，科學合理調度

制定科學的汛期和非汛期工程調度方案和蓄水使用方案，使應急備用水量與充分合理利用每年的水資源相結合，并有效防止水池水質惡化，防止對水資源造成不必要的浪費。

3.2.2 合理進行上、下水池的內部調度

在同樣的營養鹽條件下，靜止或者緩流水體更容易促進藻類繁殖。發生水華的流速臨界值為0.05～0.1m/s，即流速在0.05～0.1m/s之間，藻類生長的最快最好，最容易發生水華；當流速達0.3m/s時，可以明顯抑制藻類生長［5］?？紤]到地面水池的特性和附屬設施的布置，可以利用水泵和溢流堰對上、下水池的水體進行合理調度，保持水體的流動性，減少死水區、滯水區范圍，同時各水池內部利用推流設備改善水體流動狀態，防止藻類大量增殖影響蓄水水質。

3.2.3 加強水池周邊綠化，改善區域空氣質量

結合景觀建設，加強地面水池周邊綠化，通過樹木植被的減塵滯塵及對污染物質的吸收吸附作用，減少大氣污染物沉降。開展外環境對地面水池的影響預測與評價，科學指導周邊大氣污染源的治理，改善區域環境空氣質量，減少因大氣干濕沉降進入地面水池的污染物量，保障蓄水水質。

4 結語

（1）石獅市規劃建設應急儲備水源調節池蓄水后的主要污染源是大氣沉降和藻類繁殖。當地面水池初始蓄水水質劣于Ⅱ類，適宜的蓄水停留時間45d；當水池初始蓄水水質為Ⅱ類或優于Ⅱ類，適宜蓄水停留時間可達115d，蓄水初始水質對蓄水停留時間有著決定性的作用。蓄水后既要保障水池內的生態平衡，又需要改善水池外的環境狀況，才能充分保障水池內的水質要求。

（2）本次針對地面水池的污染分析和蓄水停留時間計算結果為初步計算成果，在工程建設相關設計開展后應對各項計算參數和邊界條件進行更加深入的調查和研究，使計算結果更準確、實際。

（3）蓄水水質的變化受外界多種因素的影響，比如一場強降雨、連續的晴熱天氣等都會造成蓄水水質的改變，因此地面水池建成后需要加強蓄水水質監測，建立水質自動監測系統，及時掌握水質變化情況，保障地面水池的安全穩定運行。

［1］陳能汪，洪華生，肖健，等.九龍江流域大氣氮干沉降［J］.生態學報，2006（8）：2602-2607.

［2］龔玲.三峽庫區富營養化水體中懸浮泥沙對藻類生長影響的研究［D］.重慶：西南大學，2006.

［3］林衛青，顧玉亮，盧士強，等.防止藻類過度繁殖的青草沙水庫合理水力停留時間初探［J］.給水排水，2009，45（9）：60-62.

［4］奚增祥.使用無錫自拋光防污漆防止二沉池出水堰青苔生長的可行性試驗［J］.給水排水，2015，51（S1）：76-78.

［5］蔣文清.流速對水體富營養化的影響研究［D］.重慶：重慶交通大學，2009.

Analysis of Water Quality Guarantee for Shishi Emergency Storage Water Source Regulating Reservoir

WANG Min
（Investigation and Design Institute of Water Resources and Hydropower Liaoning Province，Shenyang 110006，China）

Water quality changes in ground water reservoir for Shishi emergency reserve water source were analyzed.Storage time of the reservoir was preliminarily determined.When the initial storage water quality is inferior to Class II，the suitable storage time is about 45d； when the initial storage water quality is of class II or better than class II， the suitable storage time can reach about 115d.Corresponding water quality guarantee measures were put forward.

emergency water source； reservoir； water quality； storage time

X703 文獻標識碼：B 文章編號：1672-9900（2017）06-0070-04

2017-10-17

王 民（1988-），男（漢族），江蘇連云港人，工程師，主要從事環境水利，水資源保護工作，（Tel）15204062917。

王艷肖）