大黑汀水庫水環境分析及污染物控制對策

張愛芹

(河北省唐山市遷西縣大黑汀水庫管理處，河北 唐山 064300)

大黑汀水庫作為天津、唐山市及下游居民生活、工農業用水的水源，近幾年來大黑汀水庫的流域及周邊采礦業、養殖業、旅游業及基礎設施的發展，給大黑汀水庫及流域生態環境帶來了一定的影響，合理開發和保護水資源是基礎性工作。水庫作為人工水利工程，具有防洪、灌溉、供水、發電等綜合功能。它是天津、唐山城市的飲用水和備用水的來源。其水質直接影響到當地居民的飲水安全和當地經濟的發展。水質的好壞關系到人們的健康、安全和生活質量。水環境質量評價是保證水質安全、合理利用水資源、控制水環境污染的前提[1]。

1 研究區概況

大黑汀水庫是跨流域向天津、唐山、灤河供水的大型水利工程，流域面積3.5萬km2。其中，潘家口至大黑汀水庫流域面積1400km2，總庫容3.37億m3。為Ⅱ型年調節水庫。其功能是承擔潘家口水庫的調節水量，為提高天津、唐山等城市的供水水平創造條件。大黑汀水庫周邊地形為丘陵地帶，礦產資源豐富，交通便利。兩側村莊眾多(管理范圍內自然村24個)，隸屬黔西縣5個鎮。源頭河是直接進入大黑汀水庫的最大支流。因此，為天津、唐山、灤河等地提供水源，保證水庫水質不受污染，具有十分重要的意義。

2 研究方法及數據來源

2.1 數據來源

根據唐山市水文局所提供的資料，2011-2019年大黑汀水庫年均入庫水量、年均出庫水量、年均水面面積35000m2、年均庫容3.37m3、年均水位125m，圖(1)、達到《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)中II類水質標準時三項污染物的標準值為：COD，15mg/L；氨氮，0.5mg/L；總磷，0.025mg/L。水力沖刷系數經計算為1.85，磷的理論滯留系數經計算為0.63。

圖1 部分監測時段水位變化圖

本次評價所需水質監測資料由唐山市大黑汀生態經濟開發區管委會及唐山市水環境檢測中心提供。監測資料選取的監測斷面為大黑汀水庫取水口，其位置約在大黑汀水庫出口向上1km處。根據《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)來確定COD、氨氮、總磷三項評價因子。

2.2 水質評價法

單因素評價法是我國常用的水質評價方法，也是我國地表水環境質量標準中規定的一種水質評價方法。通過單因素監測結果與水域功能類別相應標準值的對比分析，評價水質是否達標，并對超標項目及倍數進行說明。以最差因子對應的水質類別作為評價水體的總體水質類別和功能類別[2-4]。單因素評價指標公式為：

Pi=Ci/C0

(1)

式中：Pi為單因子評價指數；Ci為第i中水質因子的實測值；C0為水質評價標準。

評價指數Pi值越小，說明該項評價因子的評價質量越好;當Pi值>1時，說明該項評價因子濃度超過規定的水質標準，且數值越大，該項評價因子的環境質量越差。

2.3 水環境容量計算模型

2.3.1 模型選擇

大黑汀水庫作為大(2)型水庫，水停留時間較長，基本處于穩定狀態，污染物進入水庫后有充足的時間與水體進行混合，因此可將其作為一個混合均勻的水體進行研究。根據湖泊或水庫物質平衡方程，可以推導出有機物的一維水質模型，其方程如下：

(2)

式中：V為水庫總容量；Cr為入庫水污染物濃度的平均值；K為污染物降解系數；Q與q分別為入庫和出庫流量；Ce為出庫水污染物濃度的平均值；C為污染物總體平均值。

水庫總磷等營養鹽濃度隨時間的變化率是輸入、輸出和沉降物質量的函數。營養模型基于物質平衡方程。不同水體的水文、地理環境和社會發展條件不同，適用模型也不同。著名的模型有Vollenweider模型、Dillon模型、Hotan模型、OECO模型等。考慮到Warren-Weddell模型中沉降系數難以確定，河田澗模型和OECD模型中沒有沉降系數和養分降解系數的限制，選擇Dillon模型計算總磷的水環境容量。計算公式如下。

(3)

式中：L為總磷的單位面積負荷量；Cs水質標準最低值時的總磷濃度；?水力沖刷系數；R為磷的理論滯留系數；θ為水深的平均值；W為水環境容量；Aw為水面積。

2.3.2 衰減系數

污染物的生物降解和沉積等物理化學過程可以概括為污染物的綜合衰減系數。唐山市水資源規劃和國家地表水環境容量核定技術評價點等相關成果和規定可以確定污染物的綜合衰減系數K，并在實驗室進行實測和模擬分析。綜合衰減系數K計算如下：

(4)

式中：△t為試驗時間段；Ca為試驗起始濃度；Cb為試驗結束濃度；根據上式，COD和NH3-N的綜合衰減系數分別為0.01/d和0.17/d。

3 研究結果

3.1 水質評價結果

氨氮、COD、揮發酚三項指標的濃度均可以達到《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)，評價結果較好，總磷評價結果較差，所有年份均超出水質評價標準。詳見表1。污染指數變化趨勢見圖2。

表1 大黑汀水庫水質評價表

由趨勢圖2可以看出，2011年至2019年COD污染指數變化出現升高的趨勢，總磷出現降低的趨勢，氨氮出現小幅度增加。

圖2 污染指數變化趨勢

3.2 水環境容量計算

將模型參數值帶入水質模型，可得大黑汀水庫理論水環境容量。將2011年大黑汀水庫水質監測年均值帶入水質模型，可得大黑汀水庫已用水環境容量和剩余水環境容量。其計算結果如表2所示。

表2 水環境容量計算表 t/a

由表2可知，大黑汀水庫COD、氨氮的理論水環境容量為30728t/a、12356t/a，實際水環境容量值分別為21364t/a，7364t/a。COD與氨氮均未超過水環境容量理論值，剩余水環境容量較為充裕。總磷的實際水環境容量大于理論水環境容量，剩余水環境容量為-11.14，這表明COD與氨氮的入庫量與水庫的自凈能力達到較好的平衡，而總磷的入庫量大于水庫的自凈能力[5]。

3.3 污染物控制對策

水安全是關系經濟發展、社會穩定和生態環境的重要問題。在過去的幾年里，大黑汀水庫管理辦公室在施工控制、防洪、供水發電等方面建立了一系列措施，極大地提高了大船渡建設的安全能力。然而，水安全面臨新的威脅，水資源管理面臨新的問題。水資源可持續利用的關鍵是保護水系統，防止水污染，維護水環境和水環境，構建維護生態安全的水資源保障體系。因此，進一步完善水污染防治工作迫在眉睫。

1)加強管理和維護系統：隨著人口的增加和經濟的發展，城市水資源的短缺和污染已成為現實。由于流域水資源缺乏統一管理，在經濟利益的驅動下，大黑汀的水資源受到嚴重污染和浪費。目前，流域水污染防治的法律法規還不完善，影響了水污染防治的深度。今后，他加強立法研究，積極與天津市、唐山市等政府協商，制定了班加基、大壩飲用水污染防治措施，在激進的軌道上實施了《水污染防治法》，并從授予許可制度、污染物排放許可制度、授予許可制度、處罰制度等方面建立長效機制，確保有效。

2)加快綜合管理工程建設：目前，庫區污染日趨嚴重，污染防治進展緩慢，庫區生態環境保護滯后。因此，不允許加快倉庫的綜合安全。從源頭到清潔生產控制，從源頭到生產總量控制，從總量控制，從簡單控制到調整工業產品結構和合理布局的原則，試圖對倉庫的污染狀況進行調查并迅速加快措施步伐。

3)基礎研究的發展：必須進行基礎研究以抑制大黑汀的水污染。加強水質評價、礦山開采、礦產生產、尾礦、生態環境保護和網絡化魚田恢復等方面的研究與開發，確保水資源污染最低，提高管理水平，是大黑汀水庫管理中的重要問題。

4 結 論

文章采用單因子指標法評價大黑汀水庫的水質情況，使用一維數學模型計算水庫水環境容量。得出：氨氮、COD、揮發酚三項指標的濃度均可以達到《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)，評價結果較好，總磷評價結果較差，所有年份均超出水質評價標準。COD與氨氮的入庫量與水庫的自凈能力達到較好的平衡，而總磷的入庫量大于水庫的自凈能力。