跃进水库水质污染源分析及解决对策

谢 忱，汤德意

(浙江广川工程咨询有限公司,浙江 杭州 310020)

跃进水库水质污染源分析及解决对策

谢 忱，汤德意

(浙江广川工程咨询有限公司,浙江 杭州 310020)

跃进水库是饮用水源地，通过对该水库水质现状，农业、农村生活以及水库底泥等污染源进行调查分析，结果显示：总氮是跃进水库水质的定类因子，氨氮、总磷主要来自库区上游的外来污染源，总氮则受水库污染底泥和上游污染源综合影响.据此，提出削减农业面源污染、水库内源污染，入库口建立生态净化系统，加强水库水质监测等建议.

跃进水库；水库水质；污染源；水库底泥

1 水库概况及调查方法

1.1 水库概况

跃进水库位于新昌县儒岙镇龙山村，属澄潭江水系，水库始建于1975年，上游集雨面积3.97 km2，总库容125.5万m3，正常库容97.4万m3.水库每年向生活及工业供水总量60万m3，是一座以供水为主的小(一)型水库.2006年经浙江省人民政府批准，跃进水库被划定为新昌县饮用水源区.

近年来水库上游库区的部分村庄通过截污纳管整治，源头入库污染物大为削减，水库水质得到了持续改善.但是水库上游还有部分农村生活、生产和水土流失造成的污染物进入水库.此外，水库建成运行至今已有40余年，上游污染物随径流逐渐在水库底泥中沉积并不断释放[1]，库内积累的污染物已远超出其环境容量，造成饮用水安全形势十分严峻.

本文通过水库水质现状问题分析，调查水库水质的污染源，并提出改善水库水质的解决措施建议，为水库管理部门制定水源地保护方案和开展水库综合整治工作具有较好的指导意义[2].

1.2 监测、采样点位及分析方法

在水环境检测与评价过程中，对水库水体水质的评价主要体现在水体富营养化程度以及底泥污染程度.水体富营养化评价指标包括氨氮、总磷、总氮、高锰酸盐指数、叶绿素、透明度等，其中尤以高锰酸盐指数、氨氮、总磷和总氮最为重要[3-4]；水库底泥污染的评价指标主要包括有机质、总氮、总磷、pH以及汞(Hg)、铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、砷(As)、铅(Pb)、镉(Cd)、锌(Zn)等主要重金属[5].

根据水库地理环境特征，作为供水水库，供水水质集中体现在取水口处的水质状况[6]，底泥污染较明显区域往往集中在坝前淤积较厚区域以及外源入库口区域[7].因此，本次分别对跃进水库取水口进行水质监测以及对库区坝前和库尾入库口底泥进行采样检测分析，具体位置分布(见图1).

跃进水库取水口水质指标及底泥中有机质、总氮、总磷等营养物质含量、pH以及汞(Hg)、铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、砷(As)、铅(Pb)、镉(Cd)、锌(Zn)等主要重金属含量的测定项目与方法(见表1).

图1 跃进水库水质监测和底泥采样点位图

样品检测项目检测方法检测依据检测设备取水口水样总磷钼酸铵分光光度法GB11893—89UV-2550全自动分光光度计总氮碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法GB11894—89UV-2550全自动分光光度计氨氮纳氏比色法GB7479—87UV-2550全自动分光光度计高锰酸盐指数碱性高锰酸钾法GB11892—89CODMN-2AZCOD测定仪库区底泥总磷碱熔-钼锑抗分光光度法HJ632—2011AgilentCary100UV-VIS全氮凯氏法HJ717—2014AgilentCary100UV-VIS有机质非色散红外吸收法GB/T30740—2014TOC-LCPH总有机碳分析仪汞原子荧光法GB17378.5—2007AFS-9800型双道原子荧光光度计砷原子荧光法GB17378.5—2007AFS-9800型双道原子荧光光度计铜火焰原子吸收分光光度法GB7378.5—2007PEAA900T原子吸收分光光度计铅火焰原子吸收分光光度法GB7378.5—2007PEAA900T原子吸收分光光度计镍火焰原子吸收分光光度法GB/T17139—1997PEAA900T原子吸收分光光度计锌火焰原子吸收分光光度法GB17378.5—2007PEAA900T原子吸收分光光度计镉无火焰原子吸收分光光度法GB17378.5—2007PEAA900T原子吸收分光光度计铬无火焰原子吸收分光光度法GB17378.5—2007PEAA900T原子吸收分光光度计pH电位法NY/T1377—2007S40K酸度计

2 水库水质现状及富营养化评价

2.1 水库水质现状

根据《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)，采用单因子评价法对跃进水库的水质进行评价，评价指标包括高锰酸盐指数、氨氮、总磷和总氮.跃进水库2014年、2015年部分月份的水质状况(见图2).

由图2可知，跃进水库水质的主要污染因子是总氮，水质类别为Ⅳ类.总磷、氨氮在个别月份为III类，其余月份为II类；高锰酸盐指数正常，为II类以上.

2.2 富营养化状况

依据《地表水资源质量评价技术规程》(SL395—2007)，从总磷、总氮及高锰酸盐指数等指标对跃进水库的富营养化状况进行评价(见表2).跃进水库水质为轻度富营养，属于轻度污染状态.

图2 跃进水库2014年、2015年部分月份水质变化

年份/年单项参数赋分值总磷总氮高锰酸盐指数综合值营养状态分级2014—20154664.743.751.5轻度富营养

3 水库上游污染源分析

通过对水库水质现状分析，跃进水库主要的污染因子是总氮和总磷.根据现场调查，跃进水库上游周边无工业企业、无规模化养殖场，库区污染源主要为农业面源污染、农村生活污水和畜禽养殖废水等外源污染及水库底泥内源污染等.

3.1 农业面源污染

据调查统计，跃进水库上游共有水田0.186 km2，旱地0.280 km2，山林0.333 km2.农业活动产生的面源主要集中于水田、山林和山地的产污，主要影响因素是人工施肥及施放农药产生的面源作用，土壤中高含的氮、磷和有机质随降雨及灌溉余水进入地表水体产生污染.农业面源污染排放量参照《全国饮用水水源地环境保护规划》，根据作物种植面积和经修正的源强系数进行测算，结果(见表3).

表3 农业面源排放负荷

3.2 农村生活及畜禽污染

跃进水库上游有3个村庄，常驻人口2 000人；上游村庄无规模养殖场，只有部分散养鸡鸭，鸡鸭总计400头.根据《全国饮用水水源地环境保护规划》编制技术指南，对农村生活污染和畜禽污染排放负荷进行测算，结果(见表4).

表4 上游农村生活及畜禽污染排放负荷汇总表

4 水库底泥污染分析

经水库底泥勘察，跃进水库底泥的淤积量为8.4万m3，约占正常库容的1/10.污染底泥对于水库水体而言是一种潜在污染源，在一定的条件下，底泥中的营养盐、重金属会释放到水库水体，导致水库水质变差.跃进水库营养盐含量相对较高，底泥中的污染也相对比较严重.即使外来污染源全部切断，底泥中的营养盐仍会逐渐释放出来，使水库水体发生富营养化和水质污染现象.

4.1 底泥有机质及营养盐

经水库底泥取样检测，跃进水库坝前和库尾入库口区域底泥有机质、营养盐含量(见表5).

表5 水库底泥有机质及营养盐含量统计表

(1)底泥有机质含量

跃进水库坝前和库尾入库口区域底泥的有机质含量分别为2.59%、2.44%，相比浦江县通济桥水库底泥有机质含量(8%)、南四湖(4.12%)、西溪湿地(5.1%)、东太湖(5.66%)[8-10]，跃进水库底泥中有机质含量相对不高.水库底泥的有机质一般来自上游村庄生活污水和水生生物死亡残骸长期积累.这表明上游的村庄实施截污纳管后，生活污水对水库污染影响有限.

考虑到目前对水库底泥的环境质量评价尚没有明确的标准，本文以加拿大安大略省环境和能源部1992年制定的环境质量评价标准作为参考.该标准根据底泥中污染物对底栖生物的生态毒性效应进行分级(安全级、最低级、严重级)，其中底泥营养物指标中能引起最低级别生态毒性效应的有机质的浓度为1%[11].以此为标准，跃进水库坝前和库尾入库口区域底泥的有机质含量均超标.

(2)底泥总氮、总磷含量

由表5可知，跃进水库坝前和库尾入库口区域底泥的总氮、总磷含量差别不大，整体含量均较高.根据美国环保署(EPA)制定的底泥分类标准[12]，水库底泥总氮含量>2 000 mg/kg，属于重度污染区；水库底泥总磷含量>650 mg/kg，也属于重度污染区.

总体而言，跃进水库底泥受总氮、总磷污染严重，这和水质检测中总氮、总磷相对较高的结果基本一致.水库长期以来受周边农业面源、农业活动污染影响，导致大量总氮、总磷进入库区.

(3)底泥pH影响

水库底泥pH对其释放氮磷影响的作用过程主要是对氮磷的吸附和离子交换作用.大量研究表明，底泥的pH对其释放氮磷有重要影响[13].pH在中性左右释放氮磷量最小，升高或降低pH时释放氮磷量均会倍增.跃进水库底泥的pH为4.25～4.27，呈酸性，释放氮磷量的增加会加剧导致水库水体富营养化.

4.2 底泥重金属

4.2.1 底泥重金属含量分析

经水库底泥勘察取样检测，跃进水库坝前和库尾入库口区域底泥中汞(Hg)、铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、砷(As)、铅(Pb)、镉(Cd)、锌(Zn)的含量(见图3).

图3 跃进水库底泥重金属含量

根据《土壤环境质量标准》(GB l5618—1995)，集中式生活饮用水源地的土壤质量执行一级标准.参照土壤环境质量表，跃进水库底泥中镉(Cd)的含量偏高，不能满足一级标准，但满足二级标准；其余重金属含量满足一级标准.

根据《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》(HJ350—2007)，跃进水库底泥中的重金属含量满足A级标准，水库底泥适用于各类土地利用类型.

4.2.2 底泥重金属生态风险

根据Hakanson提出的潜在生态危害指数来判定跃进水库底泥重金属的生态风险.计算公式如下：

(1)

跃进水库坝前区域、库尾入库口区域的底泥综合生态风险指数(见表6).

表6 底泥中重金属污染潜在风险评价 mg/kg

结果表明，跃进水库坝前和库尾入库口区域的底泥重金属潜在生态风险指数(RI)分别为66.72、73.17，属于轻微生态风险.

5 解决措施

跃进水库作为饮用水源区，水库水质好坏关系到当地城镇居民饮用水安全和社会经济发展.从前文对水库水质现状及污染源分析情况可知，水库由于长期受上游面源污染和底泥内源污染，饮用水安全形势十分严峻.针对水库水质当前存在的问题，提出以下解决措施建议.

(1)削减农业面源污染.水库上游的农业规模不大，建议调整农业产业结构，大力发展绿色农业，推广农田集水技术和农药化肥减量化技术，以有效控制农业面源污染.

(2)入库口建立生态净化系统.通过在河道入库口实施生态沉淀池、生态浮床等措施，可利用水生植物有效吸收河道水质中的氮、磷等营养物质，减少污染物质进入水库.

(3)消除水库内源污染.水库底泥中长期积累的污染物质已超出其环境容量，造成水库水质污染.建议通过生态清淤的方式，去除水库污染底泥，可有效改善水库水质.

(4)健全规章制度，加强监督、监测.健全和完善水库水源地保护和管理制度，加强入库口、水库四周和取水口等关键节点的监督和监测，及时掌握水库水质和污染源情况，为水库水源地保护和管理提供基础数据资料.

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Analysis and Countermeasures of Water Pollution Sources in Yuejin Reservoir

XIE Chen, TANG De-yi

(Zhejiang Guangchuan Engineering Consulting Co., Ltd., Hangzhou 310020, China)

Yuejin Reservoir is the source of drinking water. The present reservoir water quality and the pollution sources were widely investigated, including agricultural water, rural domestic water and reservoir sediment. The results turned out that the total nitrogen was the main factor affecting the water quality in Yuejin Reservoir. The ammonia nitrogen and total phosphorus primarily came from external pollution sources, such as reservoir upstream area. The total nitrogen was both affected by upstream reservoir polluted sediment and upstream pollution sources. This paper also proposes the solutions on reservoir water quality according to the current problems.

Yuejin Reservoir; reservoir water quality; pollution source; reservoir sediment

TV697

A

1008-536X(2017)03-0055-05

2017-01-15

浙江省科技厅重点计划研发基金资助项目(2017C03008)

谢 忱(1989-)，男，浙江杭州人，助理工程师，主要从事水土保持监测和环境影响评价工作.