厦门石兜—坂头水库库区水质污染源调查与评价*

厦门市环境保护科研所 焦卫东 谢文玲 郑建华 郭文义

随着环境污染的日趋严重和城市需水量的逐年增加，由水源水质污染导致的城市供水安全问题已成为制约城市发展的重要因素，水源地污染状况研究成为地区水环境保护领域的重要内容。

石兜—坂头水库[1]是厦门市重要饮用水源地之一，水库供水约占厦门市原水的20%。水库由石兜水库和坂头水库串联而成，两水库由大坝相隔，属于“库套库”型水库(石兜水库为内水库，坂头水库为外水库)。水库总汇水面积67.37km2，总库容7398.6 万m3，正常库容6578.8 万m3，下泄流量1.538m3/s，据建库50 多年来的记录统计，石兜—坂头水库年均总放水量为6518×104m3，其中农业用水和弃水约占30%，城市供水约占70%，是一座集城市供水、农业灌溉和下游防洪为一体的具有多年调节功能的中型水库。

本研究对库区流域内污染源进行调查，确定引起库区水质污染的主要污染源和主要污染物及其贡献率，为库区流域污染控制管理，保护水源地水质提供科学依据。

1 调查范围、内容及评价方法

1.1 调查范围

石兜—坂头水库饮用水源保护区64.81km2范围。

1.2 调查内容及方法

采用《福建省饮用水水源地环境保护规划编制技术大纲》（福建省环保局，2006）推荐的污染源调查方法。现场调查的主要内容包括生活污染源、畜禽污染源、水产养殖污染源、农田地表径流污染、山林地地表径流污染等，确定各类污染源的分布情况、源强大小、排放方式，并进行分类统计计算。污染物以CODCr、TN和TP为指标，调查数据以2009年为基准。

1.3 评价方法

国内在污染物对水环境的影响方面，主要关注污染物对水体的排放量。采用等标污染负荷法[2，3]评价各污染源对库区水质影响的大小，确定主导污染源，分析各类污染物对水体污染贡献值的大小。等标污染负荷法是通过将不同污染源排放的某污染物总量与该污染物的排放标准进行比较，从而获得同一尺度上可以相互比较的量，该法简单易行且具有较好的综合性。其计算公式为：

式中，Qi——污染物排入水环境的量（t/a），即污染负荷；

Si—— 评价标准，采用GB3838-2002 Ⅱ类（湖、库）水质标准，即CODCr15mg/L，TP 0.025mg/L，TN 0.5 mg/L；

Pi—— i污染物的等标排放量（106m3/a）；

Ki—— 污染率指数。

参加评价的主要污染源污染物有CODCr、总氮和总磷，前者代表耗氧物质，后两项为富营养物质。为避免重复，BOD、 CODMn和氨氮不参加评价。

2 各污染源调查结果及其入库污染负荷计算

2.1 种植业面源污染负荷

流域内农村种植用地和耕地约191.65hm2。根据《福建省饮用水水源地环境保护规划编制技术大纲》附件三“源强系数及应用”的技术规定，计算库区种植业面源污染负荷。针对厦门实际情况，对农田源强系数进行一定的修正（如表1）。种植业面源污染入库量约为流失量的60%[4]。库区种植业面源污染负荷见表2。

表1 厦门地区农田径流污染物排放量 单位：kg/亩·年

表2 石兜—坂头水库库区种植业面源污染物排放量 单位： kg/a

2.2 农村生活污染负荷

在石兜、坂头水库饮用水源地的一、二级保护区内都没有城镇，因此水源地不存在城镇生活污染。居住在水库周围有林场职工家属，许庄、新村、官地、黄地村村民共计2647人。库区农村生活污水及人粪尿排污系数[2，3]见表3。

表3 生活污水、人粪尿、精养鱼塘等的排污系数 单位：kg/人·a

2.3 农村固体废物污染负荷[5]

农村固体废物产生量按人均0.7 kg/d，TN和TP排放系数分别为0.21%和0.22%，入河量按7%计。

2.4 畜禽养殖污染负荷[2，6-8]

畜禽养殖排污系数及排放量见表4～表7。截至2009 年全流域规模生猪养殖存栏数为550 头，牛存栏数49 头。居民散养情况为：大型牲畜数量约为平均每户居民1～1.5 头（按平均1.25 头猪计），家禽平均每户约为3～5 只（按平均4只计）。

2.5 精养鱼塘排污负荷

排污系数见表3。库区有鱼塘2hm2。

表4 各类畜禽粪尿的年排污系数 单位：kg/头·a

表5 库区畜禽粪尿污染物年排放量 单位：kg/头·a

表6 畜禽粪尿污染物的流失率及进入水体率（%）

表7 库区畜禽粪尿污染物排放入水量 单位：t/a

2.6 水土流失污染负荷

2.6.1 水土流失

流域内农村种植用地和耕地约191.65公顷，各类林地总面积约为5807.94公顷。其污染负荷采用美国土壤流失通用方程（USLE），估算降水侵蚀造成的土壤流失:

式中: X —— 单位面积土壤侵蚀量(t/ha) ；

R —— 降雨侵蚀参数；

K —— 土壤侵蚀性参数；

LS —— 地形参数；

C —— 植被覆盖因子；

P —— 管理参数。

参考《闽南地区的土壤侵蚀与治理》[9]，结合实地调查资料，选取适当系数，估算水土流失量。即：降雨侵蚀参数R：石兜—坂头水库年平均R值为493.625[10]；土壤侵蚀性参数K：0.21；管理参数P值：0.8；植被与经营管理因子C：0.0338；坡度坡长因子（LS）：5.18。

由此，石兜—坂头水库单位面积年水土流失量约为14.52t/hm2，水库保护区汇水区面积64.81km2，则该流域潜在年水土年流失量为9.41×104t，类比厦门同安汀溪水库水土流失面积占库区流域面积比例为1.035%计算，石兜—坂头水库年水土流失量为973.95t。

侵蚀出的泥沙在向库区运动时，会发生沉积等过程，不可能全部流到库区，实际流失量与侵蚀量的比值称为泥沙流失率，或输沙比。借鉴相关文献研究结果[11]，同时，石兜—坂头水库周边地区森林覆盖率较高，植被条件较好，但流域面积小，径流流程较短，因此，综合确定该地区的输沙比为0.25，则年水土流失入库量约243.49t。

2.6.2 溶解态N、P入库量

对水库富营养化来说，水土流失输入水库的溶解态氮磷起主要作用。用“溶解态氮磷”这个词是为了强调从水中测得的那部分氮磷的含量, 而不是泥沙所吸附的那部分氮磷，即指通过断面处的总氮和总磷。

用入库百分率计算溶解态污染物的负荷。入库百分率是综合考虑污染物从土壤中溶出、随径流迁移转化吸附沉降，包括物理、化学和生物过程在内的污染物的最终入库量占其产生量的百分数。李宁等研究[12]表明，氮进入水体的百分比为40%，磷为20%。本文取氮磷入库百分比分别为40%和20%。计算公式如下：

式中：L —— 汇水区各污染物入库量（t）；

X —— 单位面积侵蚀量（t/hm2）；

ρ—— 土壤中各污染物百分含量。根据相关研究[12,13]类比取值：库区周边地区流失土壤中的氮磷污染物背景含量(mg/kg)，平均含氮率为0.12%，即1200mg/kg；平均含磷率为0.029%，即290 mg/kg。

η —— 各污染物入库百分率；

A —— 汇水区面积（hm2）。

2.6.3 CODCr进入水体的量

常原飞[14]等研究表明，水体中COD与SS有很强的相关性，泥沙是SS的主要来源，其中含有大量难生物降解的有机质。土壤有机质与有机化合物一样是由碳、氢、氧、氮、磷和硫等非金属元素所组成，碳是有机质最主要的成分。因此可以通过土壤中的有机质含量求出碳的含量，进而推求化学需氧量。土壤中碳储量可以用有机质含量乘以Bemmelen换算系数（即0.58gC/gSOC）求得[15]。

可知，碳和氧的原子比约为1:3，重量比为1:4。

因此，水土流失引起的COD污染负荷计算公式为：

式中：4为碳和COD的转换系数；ρ为土壤中的碳含量（%）。

2.6.4 计算结果

应用公式（1）、（2）、（3）计算得出，每年由水土流失流入该水库的泥沙量为243.49t。每年溶解态N、P 入库量分别为0.467t 和0.056t。每年CODCr入库量为17.32t。

3 调查结果及综合评价分析

为充分了解不同污染源及污染物对库区水体污染的综合情况，利用等标污染负荷法对库区污染状况进行评价和分析，结果见表8，图1。

表8 石兜—坂头库区流域各污染源排放污染物的综合评价

图1 石兜—坂头水库污染状况分布图

综合表8和图1，从污染源类别来看，石兜—坂头水库因各种农业面源污染排放入水体的污染物数量最为可观，年排放量42.98t，占总污染物排放量的53.29%；其次是水土流失造成的径流污染（年排放量17.84t，占总污染物排放量的22.13%）和农村生活污水（年排放量17.39t，占总污染物排放量的21.56%），三者排放量占总排放量的88.52%。

从污染物类别来看，排放量以CODCr最大（67.49t），其次是氮（9.96t），总磷最少（3.20t），但按等标排放量大小排序，则依次是总磷（127.90×106m3/a）、氮（19.92×106m3/a）、CODCr（4.50×106m3/a），其污染率指数分别为83.97%、13.07%、2.95%。可见，总磷是水库水体污染的最主要污染物，污染率指数最高，对库区水质影响最大，也是造成其水体富营养化的主要原因。

4 库区流域面源污染防治对策探讨

石兜—坂头水库的氮磷污染物主要来自于农村面源，包括农业耕种施肥、农村生活污水及固体废物排放和水土流失。各种来源的氮磷最终通过径流进入水库。无疑，减少氮磷排放量特别是磷的排放将有利于改善库区水质和防止水体进一步富营养化。氮磷主要由农业耕种、地表径流和农村生活等非点污染源排放，因此控制非点源即面源污染，进一步改善库区生态环境，提高水环境质量，是该饮用水源地环境保护的一项重要工作。

4.1 加强库区水源涵养林管理

加大库区的水土流失治理力度，严格控制天然林采伐，实施封山育林；≥25°的坡地退耕还林，加大＜25°坡地的水土保持力度，尽量避免顺坡垦植。一重山的涵养林和护坡护岸林，由市或区级人民政府设置警示标志，禁止砍伐。抓好源头天然林的保护和一重山生态林及100 米内防护林带建设，禁止擅自在一重山或外延100米范围之内10度以上山坡地进行开垦、取土、采石等损害植被的行为。

有计划地改造流域内的低质低效林分，合理调整生态公益林森林类型结构布局，增加乡土树种（如合欢、木荷、朴树、台湾相思树、构树、苦楝、枫杨、大青、牡荆、桃金娘、车桑子、豺皮樟、石楠等）的比例，营造针阔混交林，提高林分质量，充分发挥生态公益林水源涵养功能，提高水土保持能力。

积极推行生态高效林业，开展林地减肥、减药、循环增效生态保护工程，进一步控制林业面源污染。

4.2 提倡农业清洁生产技术，遏制农业耕作面源污染

推广采用生态田埂，在现有田埂的基础上，加高田埂10～15cm，同时在田埂两侧栽种紫云英、大豆等固土效果好、吸收能力强、管理粗放且有一定经济效益的植物，有效拦截农田地表径流的养分流失。大力提倡生物防治，积极推广病虫害综合防治技术，推广使用高效、低毒、低残留的农药，合理施用农药，减少农药施用量；积极推广实施测土配方和平衡施肥技术、肥料深施等农业清洁生产技术。

4.3 重视农村生活污水和垃圾处理

建议库区农村生活垃圾实行“户保洁、村收集，镇运输、区处理”的实施原则，按照《城镇环境卫生设施设置标准》，对库区内自然村按照5 户农户（16～18 人）1 个垃圾箱、80～100 户农户（250～350 人）1 个垃圾收集房的原则配置，垃圾箱收运频率每天一次，垃圾收集房收运频率为2～3 天，确保垃圾不堆积。采取农户自行负责自家自户的保洁和垃圾收集，村、镇级政府组织协调收集运输的方式，细化农村生活垃圾处理的分工和责任，提高生活垃圾处理全过程效益。

4.4 积极开展水源地环境保护宣传

开展经常性的水源安全保障、水源地保护和生态建设宣传教育工作，加强水源保护的法律法规、农村环境污染防治科技知识的普及和传播，提高全民特别是库区周边民众对水源地保护工作的参与意识和自觉性，把保护水库水质及周边环境付诸实际行动，自觉抵制污染饮用水水源地的行为，逐步实现人水和谐共处。

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