株树桥水库饮用水水源地水质安全评价

2015-12-06蒋飞红

湖南水利水电 2015年5期

苏珊蒋飞红梅鹍

（长沙水文水资源勘测局长沙市 410014）

水是人类及一切生物赖以生存的必不可少的重要物质，是工农业生产、经济发展和环境改善不可替代的极为宝贵的自然资源，而饮用水更是跟人类自身密切相关的重要资源。1999年，为缓解湘江供水压力，确保省会长沙饮用水供应安全，湖南省委、省政府及市委、市政府作出了兴建引水及水质环境工程的重大决策，将株树桥水库确定为长沙市第二水源地，加强对饮用水源地水质安全评价和保护，是关乎人们健康和生命安全的重大事情。

1 水库基本概况

建成于1992年的株树桥水库位于浏阳市境内、浏阳河南源小溪河下游，地处东经113°51′～114°19′，北纬 28°10′～28°29′之间，下距浏阳市城区 28 km，距长沙市东郊区约80 km。株树桥水库流域涉及浏阳市5个乡镇，分别为张坊镇、小河乡、七宝山乡、中和镇和高坪镇，涉及行政村27个，流域总面积564 km2，占小溪河流域面积的75.3%。水库坝顶高程171m，最大坝高78m，坝顶长245m，顶宽8m，水库总库容2.78亿m3，正常水位165m，相应库容2.29亿 m3，死水位 136m，有效库容 1.9亿 m3，库容系数0.343，属多年调节水库。

株树桥水库自2010年8月起正式向市内供水，规划建设总规模为输水能力95万m3/d，一期工程引水65万m3/d，目前每天向长沙市供水30万m3。

2 水质评价

2.1 一般污染物评价

株树桥水库饮用水水源地水质现状评价直接采用长沙水环境监测分中心监测的株树桥、蒋埠江、丁家湾三个常年监测断面2011～2014年监测数据。监测指标包括水温、pH值、电导率、溶解氧及溶解氧饱和度、高锰酸盐指数（CODMn）、五日生化需氧量、氨氮、汞、铅、挥发酚、石油类、氰化物、砷、六价铬、镉、铜、锌、总磷、氟化物、粪大肠菌群21个项目。依据《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002），评价结果如下：

（1）株树桥水库大坝取水口断面。

各年份的各项目监测指标值均可达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类水质标准，不存在监测指标超标的情况，水质状况良好。

（2）蒋埠江断面。

各年份的各监测指标按单因子评价法进行评价，2011和2012年评价结果显示粪大肠菌群指标平均值超过《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类标准，达到Ⅲ类标准；此外，总磷指标总体上能达到Ⅱ类标准，但也出现过超标的情况；其余监测指标均达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类标准。

（3）丁家湾断面。

各年份的各监测指标除粪大肠菌群指标之外，均可达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类水质标准。粪大肠菌群有超过Ⅱ类标准的情况，甚至达到Ⅳ类标准，存在一定程度上的粪大肠菌群污染问题。

从株树桥水库水质现状监测来看，水库的3个监测点株树桥、蒋埠江和丁家湾总体上水质较好，蒋埠江和丁家湾存在个别时段粪大肠菌群、总磷超标的现象。

各监测断面水质评价成果见表1。

表1 株树桥水库各监测断面水质评价成果表

2.2 Kendall检验法分析水质变化趋势

2.2.1 Kendall检验法

定义检验统计量S：

其中，sign（）为符号函数。当 Xi-Xj小于、等于或大于零时，sign （Xi-Xj）分别为-1、0 或 1；M-K统计量公式S大于、等于、小于零时分别为：

Z为正值表示增加趋势，负值表示减少趋势。Z的绝对值在大于等于1.28、1.64、2.32时表示分别通过了信度90%、95%、99%显著性检验。

当Kendall检验进一步用于检验序列突变时，则检验方法如下：

设有一时间序列如下：x2，x3，…xn，构造一秩序列 ri，ri表示 xi＞xj（1≤j≤i）的样本累积数。定义Sk：

在时间序列随即独立假定下，定义统计量：

UFk为标准正态分布，给定一显著水平α，当｜UFk｜＞Uα，表明序列存在一个明显的增长或减少趋势。把此方法引用到反序列中，再重复上述计算过程，并使计算值乘以-1，得到UBk。通过分析统计序列UFk和UBk可以进一步分析序列x的趋势变化，若或的值大于0，则表明序列呈上升趋势，小于0则表明呈下降趋势；当它们超过信度线时，即表示存在明显的上升或下降趋势；若UFk和UBk这两天曲线交点位于信度线之间，则此点可能就是突变点的开始。

2.2.2 水库水质变化趋势分析

选取株树桥水库三个常规监测断面株树桥水库取水口、蒋埠江和丁家湾2011～2014年总磷、氨氮、COD和镉水质监测数据，采用kendall检验法进行水质变化的趋势分析，详见表2，分析结果为：

表2 株树桥水库监测断面水质kendall趋势分析表

总磷监测指标：3个监测断面全年期及汛期、株树桥水库取水口非汛期整体随时间呈显著下降趋势变化。从单项指标分析，水质呈好的趋势发展。

COD监测指标：株树桥水库取水口和丁家湾全年期和非汛期整体随时间呈显著下降趋势变化，而两个监测断面的汛期及蒋埠江断面三个时期无趋势变化。从单项指标分析，水质呈好的趋势发展。

氨氮监测指标：除蒋埠江断面非汛期呈显著下降趋势变化外，其他均无趋势变化。从单项指标分析，水质变化趋势不明显。

镉监测指标：3个监测断面，汛期均呈现显著上升的趋势，且蒋埠江断面全年期为显著上升。根据实测数据，镉监测指标可达到相关评价标准I类水的标准，但是从趋势分析呈变差的趋势发展，必须引起重视并查明原因。

根据Kendall检验法进行水质趋势分析，从选取的总磷、COD、氨氮三项敏感指标分析得出，株树桥水库水质呈好的趋势发展，但是重金属镉指标的趋势分析水库水质呈变差的趋势发展，分析主要原因是株树桥水库上游的废矿点源污染造成的，水库上游的高坪镇三合水村耙齿山境内废矿洞有4个，矿区距小溪源垂直距离约1 km，而小溪源距取水口也仅1.5 km距离，另外七宝山乡也有矿区，其距离水库垂直距离约5 km，由于矿区长期采矿炼矿，其废水、废气和废渣导致当地出现严重的土壤重金属污染，尤其是汛期受到雨水冲刷下，含重金属的泥沙随水流进入河流，进而流入小溪河和株树桥水库，这给水库水质带来极大的安全隐患。

3 影响水库水质安全的主要原因

3.1 防护措施较薄弱

为防止人类活动等对水源地保护和管理的干扰，拦截固体污染物直接进入水源保护区，必须采取隔离防护措施。目前，株树桥水库饮用水源地保护区已建设了部分隔离防护栏、界碑、界桩、宣传警示牌等，但规模较小数量较少，防护措施还比较薄弱，与国家重要饮用水水源地达标建设的目标还有一定距。

3.2 工业污染

近年来株树桥水库周边工业污染虽然得到有效控制，但还需继续加强整治。自《长沙市株树桥水库饮用水水源保护条例》实施以来，各级政府加大了对株树桥水库的保护方面的投入，特别是对周边工矿企业实施了整治，关停了流域内的多家污染企业，并整顿了一些排污大户，经过一系列的整治，污染严重的工业企业基本搬迁，水库周边的工业污染得到有效控制。但来自食品厂和复膜纸厂的年废水排放量和污染物排放量还占有一定的比例，需要有关部门引起重视。

3.3 农业面源污染

饮用水源地位于农村，农业中使用的化肥、农药，直接随着地表径流进入水体，使水体微量有毒污染物增加，这些污染物质对人体及其它生物的影响，都是不容忽视的。

（1）禽畜养殖污染。对于株树桥水库库区的禽畜养殖污染源，主要来自周边的养殖场、鱼塘以及附近村民的家庭养殖，而且区域分布主要集中在张坊镇、七宝山乡和小河乡，3个乡的养猪专业户和鱼塘承包户较多，规模较大，对库区水环境具有一定的影响。

（2）农田径流污染。对株树桥库区各个乡镇行政村的农田面积进行统计和污染物的排放量进行计算分析得出，一级保护区和核心保护区的保护程度较好，农田污染源相对较少，产生的农田污染物所占的比例较低；二级保护区范围较广，库区的农田径流污染源主要集中在集雨区，加强集雨区的农田管理和污染治理是处理农田径流污染源的关键。

3.4 农村生活污染和垃圾污染

随着城乡的发展和居民生活水平的提高，越来越多的生活废水和生活垃圾成为了新的污染源。由于没有排水措施，生活污水直接或间接排放入库，污染着水库水体，生活垃圾由于缺乏经常性的管理资金，大部分直接堆放在库区周边，在雨水淋溶和冲刷下，绝大部分则通过坡面汇流入河后流入水库，造成水库形成了明显的岸边污染带，特别是白色垃圾，对水库水质造成的影响周期比较长久，处理起来比较困难。

经过实地调查计算分析，株树桥水库流域农村生活污染源主要来自人口分布较多的集雨区，乡镇主要有张坊镇、小河乡和七宝山乡，另外，小河乡部分和七宝山乡部分也是污染源的主要集中点。

3.5 三产污染

目前，株树桥水库的三产中污染主要来自餐馆、修理店和医疗诊所，产生的污染三产污染源较少，呈现零星分布的特点，分布在株树桥库区流域的张坊镇、小河乡、七宝山乡和中和镇。由于服务业数量较少，排污量不大，因此对库区水环境的影响有限，故三产污染影响不大，重点在于控制规模，防范于未然。

3.6 废矿点源污染

由于株树桥水库上游有几座废矿，矿区经长期采矿炼矿，其废水、废气和废渣导致当地出现严重的土壤重金属污染，而含重金属的泥沙随雨水进入河流，进而流入小溪河和株树桥水库，这给水库水质带来极大的安全隐患。

3.7 管理方面的影响

株树桥水库污染治理缺乏宏观控制和整体规划，乡镇行政区之间缺少协调、合作和沟通。对于污染源的治理方面，没有对株树桥水库进行过水环境保护、水污染控制的总体规划工作，没有明确的保护目标和任务分解，各乡镇行政区之间的污染治理比较分散，没有形成统一的协调机制，缺乏有效的合作和沟通。

4 保护措施

根据株树桥水库水源地水质的现状情况，为避免水源地水质受到污染，影响供水安全，应进一步完善隔离防护、宣传警示工程，采取污染源综合整治、生态修复与保护等措施，使株树桥饮用水水源地水质安全更有保障。

（1）在各保护区边界设立明确的地理界标和明显的警示标志，对取水口、取水设施以及穿越核心保护区的道路设置隔离设施，以防止人类活动等对水源地保护和管理的干扰，拦截固体污染物直接进入水源保护区。

（2）为控制非点源污染，在近期，主要考虑包括农村生活污水分散处理工程，城镇生活污水处理工程，生活垃圾收集及处理工程，畜禽养殖沼气化工程，农业面源污染治理等。在中、远期，遵循生态经济理念，着重从源头控制污染负荷，进一步保障水质，在近期的基础上，深入推广生态农业、生态施肥、保护性耕作等措施。

（3）在水源地周围种植防护林，防止人类活动等因素对饮用水水源地的各种不利干扰，采取有效措施拦截污染物直接进入水源保护区，确定防护林种植范围，减少水土流失。

（4）针对株树桥水库存在的废矿点源污染隐患，提出治理方案包括废矿治理和生态植被两个方面的综合治理，主要包括废矿石、废渣治理以及废矿周边的植被修复。

（5）加强饮用水源地水质的监测工作，在对水库水质定期监测的同时，应对监测结果进行分析，提出措施和要求。加强现场测试能力与快速反应能力，充分利用已建水质自动监测系统和预警系统，加强对水质的实时监测。

（6）走可持续发展之路，以改善生态环境为根本点和切入点，制定一个统一的流域水资源保护规划。使经济发展水平与资源条件、环境状况相适应。大力推广植树种草，退耕还林，增加植被覆盖率，达到涵养水源，防止水土流失，提高生态系统的自我调节功能。加大生活、生产污染治理力度，推进农村环境综合整治。禁止将污水和垃圾倒入河、湖、沟、渠。提倡科学使用农药、化肥，尽量减少农药、化肥的施用量。

（7）建立资源有偿使用制度。在资源使用制度上建立有偿使用制度，明确“谁受益、谁补偿、谁破坏、谁恢复”的原则，建立生态补偿制度，用于补偿集雨区群众由于水质保护所造成的经济损失。

（8）建立管理长效机制。为保障广大群众饮水安全，增加有效供给、保护水源地水质水量的角度出发，应逐步建立起法律监管、技术保障、监测与应急、社会参与四大体系。

5 结语

株树桥水库作为长沙市的第二饮用水源地，承担着向长沙市供水的任务，水源地水质稳定在《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类水质标准以内，为水质良好的水源地。但是，株树桥水库在供水服务的同时存在一定的安全隐患，如水库上游留存的几座废矿则是点源污染源，针对这一安全隐患，本文提出了将废矿石、废渣进行治理以及对废矿周边的植被进行修复的建议。为避免水源受到污染，消除安全隐患，确保水质稳定达到目标水质标准，本文进一步提出了加强水源地保护措施的建议，这将有利于株树桥水库给供水地居民提供更为优质的水源，提高居民生活质量和健康水平，也有利于改善生态环境和社会环境，为经济社会发展提供基础保障。