长潭水库水体富营养化状况分析及防治对策

2014-08-06林金

浙江水利水电学院学报 2014年2期

林金

(台州市水文站，浙江台州 318000)

1 水库概况与调查方法

1.1 水库概况

长潭水库位于浙江省台州市黄岩区，其地理坐标:东经 121°00'～121°04'，北纬 28°30'～28°40'.水库始建于20世纪50年代，流域面积443.1 km2，年平均径流量5.04×108m3，水库大坝为粘土斜墙砂卵石坝，坝顶长 506 m、高 35.5 m、宽 6 m，总库容6.91亿m3，设计正常蓄水水位36 m，相应库容4.57亿m3.工程于1958年10月动工，1962年7月向灌区供水，1964年底完工，枢纽工程包括大坝、输水隧道、溢洪道、泄洪洞、水力发电厂和永宁江渠道，水库设计防洪受益农田1.87×104hm2，同时能蓄洪削峰，保护着库区下游18万人口的生命财产和数十万家大中小型企业的安全，是一座以供水和灌溉为主，集发电、防洪和养殖为一体的多功能大型水库，现担负着供给台州市区和温岭市6.93×104hm2农田的灌溉用水、200多万城镇居民生活用水和数万家企业生产用水，对台州市的经济建设和社会发展具有决定性的作用.

1.2 采样点位及监测方法

根据水库地理环境特征，分别在长潭库区的温潭、长斜、坝口、大虫王4处布设采样监测点位，每处在水面以下0.5 m采集水样.监测站点位置分布(见图1).

在水环境检测与评价过程中，对湖泊、水库水体富营养化的5个特定评价项目为总磷、总氮、高锰酸盐指数、叶绿素、透明度，其中尤以总磷、总氮指标最为重要，磷、氮的含量通常也是对富营养化程度起决定性的评价因子.调查结果显示:大约80%的湖泊、水库富营养化是受磷元素的制约，大约10%的湖泊、水库富营养化与氮元素有关，余下的10%的湖泊、水库与其它因素有关［1］.本文选取进行分析的水质监测项目为总氮和总磷.测定方法列于表1.长潭水库的水质监测频率为每月一次.

图1 长潭水库地理位置及采样点位图

表1 水质监测项目及分析方法

2 水质指标及富营养化分析

2.1 水质指标浓度变化分析

本文选取了浙江省水资源监测中心台州分中心在2009-2012年期间对长潭水库进行水质监测的成果.对4个监测点位的监测数据作平均值处理，得到总氮(TN)、总磷(TP)指标的水质监测均值统计结果.

再以该统计结果，按照监测时间的先后进行排序和数据处理，可绘制出总氮、总磷及氮磷比的变化趋势图，(见图2～图4).

日本湖泊科学家在研究氮、磷物质与水质富营养化过程中发现氮、磷浓度的比值与藻类增殖有密切关系，指出:当湖水的总氮和总磷浓度的比值在10∶1～15∶1的范围时，藻类生长与氮、磷浓度存在直线相关关系［2］.湖水的总氮和总磷浓度的比值在12∶1～13∶1时最适宜于藻类增殖.每座水库的气候、水文、地形等条件不尽相同，氮磷浓度比对其水体中浮游藻类生长的影响也不同，但当水库水体中氮和磷浓度的比值超出一定范围时，水库将存在一定的藻类爆发风险，导致水体中水生态系统的破坏.

图3 水库库区表层水水质指标浓度变化趋势(总磷)

图4 水库库区表层水水质指标浓度变化趋势(氮磷比)

由分析结果可知，总磷的浓度在各月之间没有明显的变化规律，但总体趋势保持在一定的浓度范围上下波动，而总氮则呈现出缓慢上升的趋势.通过评价分析，2009-2012年长潭水库水质的氮磷比最低时为6.52，最高时为85，大部分的点位分布在10～40的区间内.从总体变化趋势来看，氮磷比呈现逐渐增大的趋势.

2.2 水库的富营养化趋势

2.2.1 水库水质营养程度评价

对于富营养化评价，其判别标准很多，评价指标也各不相同，但总磷和总氮营养物质浓度是最基本的两个指标.本文采用《地表水资源质量评价技术规程》(SL395-2007)中的营养化评分方法，以求得的营养化分值使用标准表进行对照，即可查得对应的水库富营养化状态分级.

根据2009-2012年实测的总氮、总磷含量进行评价，长潭水库的水体营养化程度基本保持在中营养化水平，评分值始终维持在35～50分的区间，没有发生过富营养化现象(高于50分).从时间变化上来看，各个时期的分值差别也不甚明显，但经过纵向比较可以发现:每年的营养化评分值仍在以十分缓慢的速度呈现逐年递增的趋势，也就是说长潭水库依然存在着将来发生富营养化的可能性;而从指标浓度分布特征上来看，总氮、总磷的含量是影响长潭水库富营养化程度的主导因子，防治水库富营养化的根本措施就是控制水库流域内氮、磷的排入量.营养化分值分布(见图5).

图5 长潭水库营养化评分值变化趋势

2.2.2 水库水质富营养化程度预测

总氮、总磷是反映营养化程度的重要指标，下面以库区总氮、总磷的均值作为代表值.根据长潭水库上游区域社会经济发展情况，拟定三种不同状况，即A:总氮、总磷负荷维持在2012年水平;B:总氮、总磷负荷比2012年增加10%;C:总氮、总磷负荷在2012年的基础上每年递增2%.应用狄龙模型(见公式)［3-4］，分别预测在正常蓄水水位下 2020年和2025年总氮、总磷的浓度，预测结果(见表3～表4).式中:C—预测氮、磷的浓度，mg/L;

L—氮、磷的负荷量，g/m2·a;

Z—水库水深，m;

Q/V—水力冲刷系数1/a;

Rp—氮、磷在水库中的滞留系数;

Pa—出库的总氮、总磷平均浓度，mg/L;

Pi—入库的总氮、总磷平均浓度，mg/L;

qi—水库年入流的流量，m3/s;

qa—水库年出流的流量，m3/s.

从表5可见，当库区总氮、总磷负荷比2012年平均值增加10%，水库仍保持在中营养状况;当总氮、总磷负荷在2012年基础上每年递增2%，2020年呈中营养状况;2025年由中营养状况向富营养状况过渡.

表3 不同负荷条件下库区总氮浓度及各水平年的营养状况

表4 不同负荷条件下库区总磷浓度及各水平年的营养状况

3 水库富营养化防治对策

水库的富营养化与水体中营养物质含量、库区生活生产方式、污染物排放、水库调度方式等各种因素均有密切联系.长潭水库作为台州市最重要的供水水源地之一，应建立一套完整有效的库区水质保护体系，以防止水质污染和水体富营养化的发生.

3.1 加大农业面源污染治理力度

长潭库区共有约2 000 ha水田，平均每亩水田使用氮肥约15 kg、磷肥约11 kg、农药施用量(折纯)约0.6 kg，按化学氮肥流失率20%、磷肥流失率5%估算，每年约有9 t的氮和2 t的磷进入长潭水库(不考虑土地自净)，增加水体中营养物质的负荷.因此，政府应对长潭水库上游水田和旱地严格实施退耕还林政策，形成自然生态湿地的水库周边缓冲区，区内不再种植农作物及其它经济作物，减少化肥和农药的使用量，水库上游一律严禁新批农业项目，对现有农业项目则控制其开发规模，推广使用有机肥和高效低毒的生物农药，严禁使用高毒高残留农药，从而消除农业面源产生的污染，减少入库污染物.

3.2 减少生活污水的排放

长潭库区上游现有人口10万余人，每年产生氨氮60余t、总磷10余t.人类生活生产活动中广泛使用的合成洗涤剂，是水体中营养物质的主要来源.因此，严格限制生活污染来源成为防治水库富营养化的最佳途径.在日常生活中应强化节约用水意识，加强水的回用，提高用水效率，在库区内全面禁止销售、使用含磷洗涤剂，推广无磷洗涤剂的使用;同时应加快推进库区移民工程，减少库区人口，从源头上控制和减少生活污染物的排放.

3.3 加大生态环境保护建设

加快实施农村生活污水治理工程，完善水库上游周边乡镇的城乡环卫一体化工程和生活垃圾收集处理体系，加大对排污管网建设、化粪池改造等基础设施投入［5］，使建成的污水治理设施更好地发挥其应有的功能，从而更好的保护长潭水库水质;同时，加强库区生态修复和建设，继续推进库区水源涵养林、生态公益林保护和建设，逐步恢复森林生态.

3.4 采取工程和管理手段有效保护水质

长潭水库建库已有近60年的历史，库底淤泥中营养物质的富集是水库富营养化的重要原因之一，应及时启动并完成长潭水库库底清淤研究，适时开展水库生态清淤工作，并加强长潭水库上游黄岩溪等十二条小流域的水土流失综合治理和主要入库溪流大型人工生态湿地建设，净化入库溪流水质［4］;此外，在水库日常管理中，应尽可能加快水体的流动和置换，在排水时从营养物质较为丰富的深层进行排水，也可以有效降低水体营养物质的含量.