陡河水库水质季节性变化分析及防治措施

徐伟伟

（河北省唐山水文水资源勘测局，河北 唐山 063000）

1 陡河水库概况

陡河水库坐落于燕山南麓的陡河上游，位于唐山市东北15km处，总库容5.1亿m3，集水面积530km2，常年水位31.6m （大沽高程），相应面积12km2，宜渔水面积 840hm2。

陡河水库属于湖泊型水库，平均水深3.4m，暖温带季风气候，四季分明，年均气温10.6℃，霜冻期130d，年均降水量678mm，是一座以防洪为主，兼供唐山市工农业用水及居民生活用水的大型综合性水库，也是引滦入唐输水工程的重要组成部分，对唐山市的经济发展起着至关重要的作用。

1978年以来，频繁的经济活动使水库中的营养盐含量不断增多，导致夏季蓝藻大爆发，水库水质不断恶化，富营养化问题突出影响了陡河水库的饮用水水源功能［4］。2012年唐山市环境状况公报给出了陡河水库的水质现状。公报指出陡河共设6个监测断面：陡河水库西入口、陡河水库中心、钢厂桥、女织寨、稻地和涧河口，全年各断面水质监测结果如表1。

表1 陡河各监测断面水质类别及主要污染物

2 陡河水库水质季节性变化分析

2.1 水质分析方法

选取陡河水库坝上为监测点，取表层水样进行水质监测，监测频次为每月一次。季节为春、夏、秋、冬四季。选择水质分析项目主要是CODMn、TN和TP，评价标准参照GB3838—2002《地表水环境质量标准》［5］。 CODMn、TN 和 TP 各个季节数据按如下方法得到：以3、4、5月监测数据的算术平均值为春季数据，以6、7、8月监测数据的算术平均值为夏季数据，以9、10、11月监测数据的算术平均值为秋季数据，以12、1、2月监测数据的算术平均值为冬季数据。评价依据为《地表水环境质量评价办法》（试行）［6］。

2.2 CODMn季节性变化分析

CODMn浓度的季节性变化如图1所示。

图1 CODMn浓度-季节

图1表明，2006～2010年，CODMn随季节变化不明显，浓度最高值出现在2007年夏季，为4.43mg/L。浓度最低值出现在2010年夏季，最低值为2.30mg/L。超过国家II类水质标准的只有2007年夏季，占所有评价季节的5%，近5年各个季节CODMn值均超过国家I类水水质标准，但均在国家Ⅱ类水标准范围内。

2.3 TN季节性变化分析

TN浓度的季节性变化如图2所示。

图2 TN浓度-季节

图2表明，TN的季节性变化显著，2006～2010年，TN最高值出现在2010年夏季，最高值为2.82mg/L，最低值出现在2006年秋季，最低值为1.20mg/L。近5年超过国家IV水质标准的季节有18个，占总数的90%，超过国家V类水的季节有2006年春季、2006年夏季、2008年夏季、2008年冬季、2009年春季、2009年冬季、2010年春季、2010年夏季，共计8个占近5年所有季节的40%。进一步分析发现，TN的最低值都出现在每年的秋季，高值多出现在每年的夏季，具有显著的季节变化特征。

2.4 TP季节性变化分析

TP浓度的季节性变化如图3所示。

图3 TP浓度-季节

图3表明，TP的季节性变化并不十分显著。2006～2010年，TP最高值出现在2010年春季，最高值为0.076mg/L，最低值出现在2007年冬季，最低值为0.010mg/L。超过国家III类水质标准的有2009年冬季，2010年春季，占所有评价季节的10%，超过国家II水质标准的季节有11个，占55%，近五年各个季节TP值，只有2007年冬季值在国家I类水水质标准范围内。

通过对CODMn、TN、TP的分析，陡河水库水质突出的问题是TN浓度高，并且每年的秋季出现低值，高值则多出现在夏季，CODMn、TP则无显著季节性变化。因此控制TN的排放，不仅是抑制陡河水库富营养化的关键因子，更是提高和改善陡河水库的关键水质指标。除此之外，对于TN的控制还应进行N的各形态的分析，确定N的形态主要超标因子。

3 陡河水库TN超标防治措施

3.1 加强农业污染的综合治理

（1）农业面源起因于土壤的扰动而引起农田中的土粒、氮磷在降雨或灌溉过程中，借助农田地表径流、农田排水和地下渗漏等途径而大量地进入水体，或因畜禽养殖业的任意排污直接造成水体污染。农业面源同点源相比，具有随机性、广泛性、滞后性、模糊性和潜伏性的特点［10］。

（2）农田化肥、农药施用、农村家畜粪便与垃圾堆放是另外一个重要的污染源。研究表明，农药和化肥的使用是造成水体污染和富营养化的最主要来源。陡河水库库区周边及上游控制流域有耕地2.11万hm2，年均施化肥1.2万t，农药85.1t。化肥和农药的用量分别为600kg/hm2和4kg/hm2。施用在农田里的化肥和喷洒在作物上的农药，除去植物吸收、挥发、土壤吸附等消耗外，在降雨作用下随径流汇入河道后再入水库，致使水库水体总磷、总氮等污染物质含量增高。

（3）农村家畜粪便和垃圾的随意堆放，在降雨季节，随着地表径流也会进入水体形成大面积的污染。

3.2 实施生态拦截技术

氮、磷流失生态拦截工程主要是采取 “三清除”（清除垃圾、淤泥、杂草）和“三拦截”（拦截污水、泥沙、漂浮物）辅助措施，通过沟渠收集、拦截坝稳水位充氧、生态塘拦截，坡种草、岸种柳、沟塘种植物，利用植物的根系吸附和吸收、水生生物的分解氧化、水生动物的吞噬等协同作用来拦截径流水体中的氮、磷［13］。

在我国太湖、滇池、洱海等许多湖泊面源污染控制中都采用过人工湿地工程技术。国内外研究表明，随着面源污水在人工湿地内的流动，总氮和总磷等污染物的浓度逐渐下降。Beutel等［14］研究结果显示，人工湿地的沉降池单元和表面流湿地单元分别可去除农田径流中氮源污染物的21%和60%。因此采取生态拦截技术对改善陡河水库水质氮的超标具有重要意义。

3.3 强化水库内生态修复

农业水生植物修复是生物方法和生态方法中的通用技术。水生植物按生态类型，可分为沉水植物和挺水植物。如今利用特定技术，还可将陆生植物应用于富营养化水体修复当中。目前国内外学者对植物修复富营养化水体进行了诸多研究，并取得了一定的成就，筛选出了一些优势种。现在国际上公认的淡水水生修复植物有宽叶香蒲、芦苇、苦草、凤眼莲、软水草和狐尾草等，经验证它们对水中的营养物质和污染物均具有很好的吸收作用［15］。研究表明，微生物作为生态系统中的分解者，对污染物的去除和养分的循环起着很重要的作用。尤其当水生态系统中接纳大量的无机营养物质时，该作用尤其突出。通过对氮的氨化、硝化、反硝化作用，微生物驱动着水体中氮的生物地球化学循环［16］。同时，利用湖泊生态系统食物链中的蚌螺、草食性浮游动物和鱼类，对富营养化水体中的营养盐有机碎屑和浮游植物进行直接吸收，也是去除营养盐的有效途径［17］。因此，应开发基于陡河水库生态系统的N的去除技术，强化陡河水库自净能力。

4 结语

通过对唐山市陡河水库近五年高锰酸钾指数（CODMn）、总氮（TN）、总磷（TP）季节变化趋势的分析，最低值多出现每年的秋季，高值则多出现在夏季，CODMn、TP则无显著季节变化。因此控制TN的排放是改善陡河水库水质的重中之重。虽然近年来，唐山市针对陡河水库环境问题进行综合环境整治，但陡河水库水质的改善特别是TN浓度改善收效甚微。同时，根据对已采取的治理措施的分析，得出陡河水库水质并未显著改善的重要原因是未出台针对流域内非点源治理措施，尤其是以农业化肥流失为主的面源治理的有效措施。对此，本文提出了加强农业面源的综合治理，实施生态拦截技术及强化水库内生态修复三项防治措施，以期对水库的水质改善有所帮助。

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