我國(guó)西北地區(qū)典型水庫(kù)水質(zhì)分析

阿布都沙拉木·托爾遜，劉曉茹，吳文強(qiáng)，李 昆，馬立平，張盼偉，常嘉欣

(1.新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038)

我國(guó)西北地區(qū)水資源量少，年際內(nèi)水資源分布不均，冬春季水量小，降水有限，降水季節(jié)分配不均，且降水年變率和季變率大，地表水和地下水貧乏，水源分散，增加了水資源的利用難度[1]。隨著我國(guó)西北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水庫(kù)成為了地區(qū)發(fā)展的重要資源。一方面要充分發(fā)揮水庫(kù)對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐作用，另一方面對(duì)水庫(kù)水環(huán)境安全保護(hù)更是迫在眉睫。急需開展水庫(kù)水環(huán)境安全監(jiān)測(cè)，分析水質(zhì)變化趨勢(shì)，為水資源的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 水庫(kù)概況

該水庫(kù)位于我國(guó)西北高寒干旱地區(qū)，是尾部調(diào)節(jié)平原水庫(kù)，屬大(2)型水庫(kù)，目前庫(kù)容為0.91億m3。該水庫(kù)為周邊工業(yè)、農(nóng)業(yè)供水外，還同時(shí)承擔(dān)著為重要城市的供水任務(wù)，年供水量1.2億m3，水庫(kù)的水循環(huán)較慢。

該水庫(kù)是飲用水地表水源一級(jí)保護(hù)區(qū)，根據(jù)《飲用水水源保護(hù)區(qū)污染防治管理規(guī)定》，飲用水地表水源保護(hù)區(qū)不得建設(shè)與供水設(shè)施和保護(hù)水源無關(guān)的建設(shè)項(xiàng)目。但近年來，隨著水庫(kù)的建設(shè)及運(yùn)行，水庫(kù)周邊工業(yè)園區(qū)得到較大發(fā)展，隨著水庫(kù)建設(shè)及供水能力提高，周邊工業(yè)園區(qū)多家大小企業(yè)工廠陸續(xù)投產(chǎn)開工，工業(yè)園區(qū)的發(fā)展也為水庫(kù)提高了供水效益，因此水庫(kù)供水和工業(yè)園區(qū)發(fā)展構(gòu)成了共同生存的關(guān)系。企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、數(shù)量不斷增大，工業(yè)生產(chǎn)已對(duì)環(huán)境空氣及水庫(kù)水環(huán)境質(zhì)量帶來潛在威脅，使得該水庫(kù)的現(xiàn)狀成為我國(guó)西北寒旱地區(qū)的典型水庫(kù)，急需加強(qiáng)水環(huán)境安全監(jiān)測(cè)及管理。

該典型水庫(kù)區(qū)域范圍，冬季主風(fēng)向?yàn)槲鞅奔拔髂巷L(fēng)，工業(yè)園區(qū)位于水庫(kù)的西南側(cè)，水庫(kù)空氣質(zhì)量及濕沉降易受工業(yè)園區(qū)大氣排放影響，工業(yè)園區(qū)三廢排放對(duì)水庫(kù)水環(huán)境構(gòu)成潛在威脅。鑒于這些自然及環(huán)境條件，開展水庫(kù)水環(huán)境安全監(jiān)測(cè)與研究，分析目前的水質(zhì)狀況，對(duì)保障和提高水環(huán)境質(zhì)量，確保水庫(kù)供水安全有重要意義。

2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)及結(jié)果概述

該水庫(kù)自2013年以來開展了多年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括水庫(kù)入口、出口及壩后地下水和壩體滲流水，并對(duì)部分時(shí)段的降雪做了監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括了GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的“地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目”及“集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目”共29項(xiàng)(見表1)。

表1 水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目表

多年監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，庫(kù)區(qū)進(jìn)出口水質(zhì)多年來基本保持平穩(wěn)，均符合地表水環(huán)境質(zhì)量III類水標(biāo)準(zhǔn)。其中硒、氰化物、揮發(fā)酚、陰離子表面活性劑和硫化物多年來均未檢出，金屬元素銅和鋅自2018年開始有檢出，2019—2020年對(duì)“集中式生活飲用水地表水源地特定項(xiàng)目”中的部分參數(shù)做了監(jiān)測(cè)，其中有機(jī)物檢出的參數(shù)有三氯甲烷和二氯甲烷，重金屬檢出的參數(shù)有銻、鋇、硼、鉬、鎳、鈷和釩，檢出含量均低于地表水環(huán)境質(zhì)量III類水標(biāo)準(zhǔn)。

水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要監(jiān)測(cè)指標(biāo)化學(xué)需氧量(CODcr)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、總氮(T-N)、硝酸鹽氮(NO3-N)、溶解氧(DO)和氨氮(NH3-N)，在多年監(jiān)測(cè)中有趨勢(shì)性變化，本文對(duì)這六項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

3 水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)分析評(píng)價(jià)

本文匯總了2013—2020年的水庫(kù)水質(zhì)及部分時(shí)段降雪監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，主要針對(duì)化學(xué)需氧量(CODcr)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、總氮(T-N)、硝酸鹽氮(NO3-N)、溶解氧(DO)和氨氮(NH3-N)六項(xiàng)指標(biāo)，進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

3.1 分析評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

分析評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB 3838—2002(見表2)。

表2 地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3.2 水質(zhì)指標(biāo)達(dá)標(biāo)分析

2013—2020年，CODcr、CODMn、T-N、NO3-N、NH3-N和DO六項(xiàng)指標(biāo)年均值(mg/L)達(dá)到水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)情況，如圖1(a—f)所示。(a)CODcr、(d)NO3-N和(f)DO三項(xiàng)指標(biāo)較平穩(wěn)，總體來說達(dá)到I類標(biāo)準(zhǔn)，(a)CODcr和(f)DO個(gè)別年份稍劣于I類標(biāo)準(zhǔn)；(b)CODMn、(c)T-N和(e)NH3-N三項(xiàng)指標(biāo)不穩(wěn)定，在I類和II類標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)，六項(xiàng)指標(biāo)均未超過III類水標(biāo)準(zhǔn)。說明水庫(kù)水質(zhì)的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象尚不明顯，但數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，仍存在潛在的影響因素，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，并注重變化趨勢(shì)的研究。

圖1 2013—2020年水質(zhì)指標(biāo)達(dá)標(biāo)示意圖

3.3 水質(zhì)指標(biāo)變化趨勢(shì)分析

將2013—2020年CODcr、CODMn、T-N、NO3-N和NH3-N五項(xiàng)指標(biāo)的年均值，按堆積折線法繪圖，得出這五項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的年均值變化趨勢(shì)圖，如圖2所示。

由圖2可見，該五項(xiàng)指標(biāo)在2013—2020年間的年際變化規(guī)律趨于一致，在2013—2015年間較平穩(wěn)，到2016年和2017年顯著升高，于2018年往后有下降的趨勢(shì)，總體來說沒有表現(xiàn)出強(qiáng)勁的升高趨勢(shì)。這五項(xiàng)指標(biāo)的變化趨勢(shì)表明存在富營(yíng)養(yǎng)化等影響水環(huán)境安全的潛在風(fēng)險(xiǎn)。水質(zhì)在未來的變化中是不穩(wěn)定的，總體上呈現(xiàn)出隨時(shí)間推移逐漸升高的趨勢(shì)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)，如增加自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，建設(shè)水環(huán)境安全管理平臺(tái)。

圖2 2013—2020年水質(zhì)指標(biāo)變化趨勢(shì)圖

3.4 出入庫(kù)水質(zhì)分析

對(duì)水庫(kù)的入庫(kù)斷面和出庫(kù)斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)，分別得出六項(xiàng)指標(biāo)的出入庫(kù)均值，通過柱狀圖反映水庫(kù)出入口斷面的水質(zhì)變化情況，如圖3所示。

圖3 水庫(kù)出入口水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比圖

除NH3-N出入口濃度變化不大外，CODcr、CODMn、T-N和NO3-N指標(biāo)出口濃度皆低于入口，DO出口濃度高于入口，其中CODcr和CODMn代表有機(jī)污染的綜合指標(biāo)。經(jīng)查詢資料推斷，該水庫(kù)庫(kù)區(qū)水循環(huán)速度較慢，使得水體在庫(kù)區(qū)的滯留時(shí)間較長(zhǎng)，泥沙沉降也隨之增強(qiáng)，因此附著于泥沙的有機(jī)污染物濃度也降低，說明水庫(kù)水體污染一部分來源于域外的輸入[2]。水體中有機(jī)物等物質(zhì)被水體顆粒大范圍吸附后沉入底泥，水體經(jīng)澄清作用后透明度增加，藻類植物經(jīng)陽(yáng)光剌激后快速生長(zhǎng)，大量分解有機(jī)物和氮素，有助于沿程污染物濃度下降，使出庫(kù)斷面水質(zhì)比入庫(kù)清潔[4]。經(jīng)庫(kù)區(qū)自凈與消納后出庫(kù)水質(zhì)變好，但仍需要繼續(xù)監(jiān)測(cè)，用數(shù)據(jù)證明水質(zhì)變化情況。

3.5 降雪水質(zhì)分析

該典型水庫(kù)受周邊工業(yè)園區(qū)的影響，水庫(kù)區(qū)域范圍空氣能見度逐年下降。由于降水量少，對(duì)大氣的凈化能力弱，因此監(jiān)測(cè)降雪的水質(zhì)情況十分必要。本項(xiàng)目在冬季，監(jiān)測(cè)了降雪樣品及庫(kù)區(qū)水樣品的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，對(duì)CODMn、BOD5、NH3-N、NO3-N和T-N做了對(duì)比圖。

如圖4所示，CODMn濃度變化不大，BOD5庫(kù)水中未檢出，降雪樣品達(dá)到5mg/L以上，NH3-N、NO3-N和T-N降雪樣品濃度皆高于庫(kù)水濃度，因此降雪對(duì)水庫(kù)的水質(zhì)會(huì)帶來的潛在影響。

圖4 降雪及庫(kù)水水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比圖

從目前的監(jiān)測(cè)結(jié)果看，融雪前后的水庫(kù)水質(zhì)變化不明顯。由于該水庫(kù)秋冬季上游斷流，沒有來水，春季上游才開始放水，在該寒冷地區(qū)，春季才開始融雪，因此融雪正趕上水庫(kù)上游來水，水庫(kù)水質(zhì)受降雪影響不明顯。由于該典型水庫(kù)的特殊環(huán)境影響，建議加強(qiáng)對(duì)大氣干濕沉降的監(jiān)測(cè)，研究大氣沉降對(duì)水庫(kù)水質(zhì)長(zhǎng)期的潛在影響，為水庫(kù)的水環(huán)境安全保護(hù)提供技術(shù)支撐。

4 結(jié)語(yǔ)

2013—2020年水庫(kù)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：目前水庫(kù)水質(zhì)狀況較好，監(jiān)測(cè)的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)滿足地表水環(huán)境質(zhì)量III類水標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)水庫(kù)水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化的六項(xiàng)指標(biāo)：CODcr、CODMn、T-N、NO3-N、NH3-N和DO年均值進(jìn)行了重點(diǎn)分析評(píng)價(jià)，該六項(xiàng)指標(biāo)濃度皆在II類標(biāo)準(zhǔn)以下，富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象尚不明顯。但多年來指標(biāo)濃度值不穩(wěn)定，總體呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，存在潛在的不穩(wěn)定因素。該六項(xiàng)指標(biāo)庫(kù)出口好于入口，符合水庫(kù)自凈與消納作用的效果。降雪樣品的BOD5、NH3-N、NO3-N和T-N明顯高于水庫(kù)樣品，大氣沉降對(duì)水庫(kù)產(chǎn)生潛在影響不容忽視。

該水庫(kù)處于高寒干旱地區(qū)，具有與工業(yè)園區(qū)共存的典型性，周邊工業(yè)園區(qū)的三廢排放對(duì)水庫(kù)的潛在影響需持續(xù)監(jiān)測(cè)，建立水環(huán)境安全管理系統(tǒng)平臺(tái)，對(duì)于寒旱地區(qū)典型水庫(kù)水安全保障是十分必要的。在此研究基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步開展典型污染物研究，在其他相關(guān)的水庫(kù)管理中推廣應(yīng)用，對(duì)水工程的管理維護(hù)及可持續(xù)發(fā)展有很好的借鑒和促進(jìn)作用。