清河水库富营养化研究及治理对策

2014-03-22谢志钢董王君璞李淑玲

东北水利水电 2014年7期

关键词：清河分散式营养盐

谢志钢,董王君璞，李淑玲

（辽宁省水文局，辽宁沈阳 110003）

清河水库富营养化研究及治理对策

谢志钢,董王君璞，李淑玲

（辽宁省水文局，辽宁沈阳 110003）

通过对清河水库水质和富营养化状态进行分析，得出入库口水质稍差且呈富营养状态。通过对水库上游集水区域进行污染源调查发现农药、化肥污染和分散式畜禽养殖污染占总氮、总磷入库总量的 90%以上，以此为依据提出对水库上游区域进行非点源综合整治及入库水质生态治理的建议。

富营养化；污染源调查；非点源污染；治理对策

1 概述

辽宁省水资源总量多年平均值为 342 亿 m3，人均占有水资源量仅为全国的 1/3，是北方严重缺水的省份之一。水库作为辽宁省的主要的地表水饮用水源地，与千百万人的生活息息相关，而水库水体富营养化严重威胁着水库供水安全，也严重制约水库功能的正常发挥。为避免水库水质受上游污染河流的污染，在河流入库之前采取相应的治污措施是必要的。通过污染源综合整治及河流入库前水质的生态处理，可以有效地限制和减少污染物质进入水库，从而达到防治水库水体富营养化的目的。

2 水库水质状况

清河水库水质目标为Ⅱ类，按照 SL 395-2007《地表水资源质量评价技术规程》和 GB 3838-2002《地表水环境质量标准》对清河水库水质和富营养化状况进行评价。

2.1 水质评价

自 2007 年 7 月开始对清河水库的入库口、库中心和坝前区3个水质监测断面进行监测，其中入库口和坝前区至今各监测 78 次，库中心共监测42 次。水库水质评价采用单指标评价法，按频次法对水库的3个监测断面的达标率进行统计，结果表明：库中心和坝前区的水质类别主要为Ⅰ类和Ⅱ类，达标率均在 80%以上；入库口达标率为52.6%，主要超标项目为高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮等，说明水库上游集水区汇入了这些主要的污染物，导致入库口水质较差。

2.2 富营养化评价

对水库的3个监测断面进行富营养化评价，结果表明：入库口、库中心、坝前区富营养化占比分别为 78.2%，40.5%，39.7%，见表 1。水库入库口、库中心、坝前区总磷多年平均浓度分别为 0.044，0.024，0.023 mg/L 为中营养，总氮多年平均浓度分别为 4.53，2.81，2.86 m g/L 为中度富营养，库区氮、磷富营盐浓度低于入库口，说明上游来水携带了大量的氮、磷营养盐，这是水库水体富营养化的潜在威胁。

氮、磷营养盐是藻类生长的基本要素，同时也是引起水体富营养化的主要影响因素。Redfield 定律认为 TN/TP 的值大于 16 时，水体中的磷元素可能的限制性营养盐；水库各断面 TN/TP 的值均大于 16，说明磷元素不足可能是限制藻类生长的营养盐。叶绿素α是浮游植物现存量的重要指标，水体叶绿素α含量的高低也反映出水体的营养状况，研究叶绿素与污染物和营养盐的关系对水库富营养化有重要的意义。对坝前区 2012 至 2013 年的数据，包括高锰酸盐指数（x1）、总磷（x2）、总氮（x3）、透明度（x4）和叶绿素 α（y）5 个项目，进行多元线性回归分析，得到：

其中，叶绿素与透明度和总磷的相关性较好（p＜0.05），与总氮和高锰酸盐指数的相关性差，再次说明磷元素是限制水库富营养化的一个主要因素。

2.3 水库上游污染源及污染物入库量调查

污染源调查范围：清河水库一、二级保护区内的所有行政村、乡镇和县城，调查的内容包括农村生活污染，农药、化肥污染，分散禽畜养殖污染，城镇地表径流负荷等4个方面。

调查的内容：保护区内的所有行政村的农村人口总量为 110 825 人，农药和化肥施用量分别为744，46 744 t/a，分散式禽畜养殖规模为 674 339头标准猪，城镇面积约为 5.3 km2，该区域内的化学需氧量（COD）、氨氮、总磷（TP）和总氮（TN）的入库总量分别为 3 223，36，907，521 t/a。各污染源的各项污染指标的产生量及入库量见表2。

表2 清河水库污染调查及入河量估算

3 水库上游污染综合整治建议

清河水库上游点源污染已经得到了很好地控制，非点源污染成为清河水库的主要污染来源，主要污染物为高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、总磷和总氮。

3.1 非点源污染综合整治工程

清河水库的氮、磷营养盐主要来源为非点源污染，由表 2 知，农田地表径流污染（农药、化肥污染）和分散式畜禽养殖污染是清河水库的主要污染源。解决清河水库水体富营养化问题的关键在于控制非点源氮和磷的输入，根据水库污染源情况，对其整治措施主要从两方面考虑。

1）加强水土保持和农田径流控制。水土保持工程主要包括林草种植，谷坊工程、小河道理工程、鱼鳞坑、果树台田等；农田径流控制措施主要有保土耕作、植物穿带、退耕还林还果等，同时还加强减少地表径流的技术及化肥、农药合理施用技术研究。

2）加强分散式畜禽养殖污染控制。分散式畜禽养殖规模较小、分布不集中、管理粗放，导致大量畜禽粪便随意沿河道堆放和无序排放，这已经成为清河水库氮、磷污染的主要的面源污染源之一，应加强对分散式养殖的科学管理和规划布局、优化畜牧场设计方案、科学配方饲料、建设畜禽粪便处理及资源化设施、发展混养模式、加大对规模化养殖的政策扶持。

3.2 入库水质生态治理

入库口水质生态治理的内容主要包括：河湖滨带生态修复以及人工湿地建设。

1）湖滨带是水陆生态系统间的一个过渡和缓冲区域，其界面特点使得它具有保持物种多样性、拦截物质流和能量流、稳定相邻生态系统、净化水体和减少污染等功能。从洱海湖滨带示范工程的成功经验可以看出，将湖滨带的生态修复工程与农村面源污水处理相结合，强化湖滨带的环境功能，是当前缓解农村面源污染的行之有效的应急措施。

2）人工湿地是指为处理污水而人为设计建造的工程化的湿地系统。人工湿地利用基质、植物和微生物这个复合生态系统的物理、生物和化学的三重协调作用，通过过滤、吸附、共沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解实现对废水的高效净化，同时通过营养物质（氮、磷）和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长并使其增产，实现废水的资源化与无害化利用。