于桥水库库周坑塘水质调查与评价

李泽利 ，赵兴华 ，卞少伟 ，梅鹏蔚 *

循环经济与可持续发展

于桥水库库周坑塘水质调查与评价

李泽利1，2，赵兴华1，2，卞少伟1，梅鹏蔚1*

（1.天津市环境监测中心，天津 300191；2.天津天滨瑞成环境技术工程有限公司，天津 300191）

为了全面掌握于桥水库库周农村坑塘的水质状况、污染负荷量和空间分布特征，于2016年9月采集了46个坑塘水质样品，分析了有机物、营养盐和重金属等15项指标。结果显示：总氮、化学需氧量、总磷、锰、铁、氨氮6项指标超过了地表水Ⅲ类水质标准，点位超标率分别是100%、67.4%、54.3%、19.6%、8.7%和4.3%；坑塘主要污染物化学需氧量负荷量为115.9 t，总氮负荷量为13.3 t，总磷负荷量为1.4 t；使用熵权法对坑塘污染进行综合评价，显示污染较重的区域集中在库区西部的出头岭镇和北部的马伸桥镇。于桥水库库周坑塘污染风险相对较低，但仍需加强监管和治理。

于桥水库；农村坑塘；熵权法

于桥水库位于天津市蓟州区城东4 km处，距离天津市区115 km，是引滦入津工程重要的调蓄水库和天津市重要的饮用水水源地之一，正常蓄水面积86.8 km2。历年来库区整体水质为Ⅱ～Ⅲ类，基本满足饮用水源水质要求。然而，2014年以来，于桥水库水体富营养化程度不断恶化。2015年，于桥水库多次启动蓝藻暴发Ⅲ级应急预警。2016年2月—3月，于桥水库因硅藻暴发临时中断供水，6月中旬再次暴发大规模鱼腥藻水华停止供水，天津市不得不临时紧急启用南水北调中线水源以保证正常供水，人民群众生产、生活秩序受到一定程度影响[1]。

许多学者针对于桥水库的富营养化状态和污染源解析做了大量研究。王立林等[2]通过对近10年来的水质监测资料分析，揭示于桥水库富营养化不断加剧的现实问题，指出于桥水库流域水污染主要由引滦入境水、入库河流和水库周边污染负荷构成。卞少伟等[3]采用单因子评价法和综合营养状态指数对天津市于桥水库2015年水质监测结果进行分析评价，结果表明，2015年于桥水库整体水质为Ⅴ类，主要超标因子为总氮和总磷，水库整体呈轻富营养状态。Zhou等[4]对于桥水库周边的磷素流失进行调查，采用修正的磷指数模型解析了磷污染的空间分布特征图。

然而，以往对于桥水库污染物来源的研究主要针对入库河流输入和库周农业面源，对于库周农村坑塘的关注却十分少见。根据2015年蓟州区土地利用遥感解译结果，于桥水库库周存在大量的坑塘水体。目前库周有近90个自然村，约8.9万农业人口，农业生产和农村生活对坑塘影响较大。农村坑塘既是来自村庄、农田等各类污染物质的暂时性“汇”，也是流域内大型水体污染物质的“源”。夏季一旦发生暴雨事件，这些坑塘水体中的氮、磷营养物质和重金属等污染物溢出汇入于桥水库，将对饮用水水源构成严重的威胁。因此，明确于桥水库库周存在坑塘个数、位置和利用现状，评价坑塘的污染程度，对进一步开展坑塘治理，保护饮用水水源地安全是十分必要的。

1 材料与方法

1.1 采样点设置

根据遥感解译结果，结合Google Earth布设了64个调查点位（图1）。于2016年9月份开展水质样品采集工作，并对坑塘大小、水深和周边环境进行了调查，采集坑塘样品46个，其余18个点位位于一级保护区围栏内，无法进入采集样品。

图1 坑塘调查点位分布

1.2 样品采集与分析

监测项目主要包括pH值、化学需氧量、氨氮、总氮、总磷、汞、砷、硒、铁、锰、铜、锌、铅、镉、铬15项。采用国家环境保护总局编制的《水和废水监测方法（第四版）》中的方法监测[5]。

2 结果与分析

2.1 单因子水质评价

将46个坑塘水质分析结果按照地表水三类水质标准进行单因子评价，可得pH值、汞、砷、硒、铜、锌、铅、镉、铬9项指标均未超标，总氮、化学需氧量、总磷、锰、铁、氨氮6项指标有不同程度的超标现象，统计结果见表1。总氮浓度均值为6.41 mg/L，超标率100%；化学需氧量浓度均值为32.9 mg/L，超标率67.4%；总磷浓度均值为0.524 mg/L，超标率54.3%；锰浓度均值为0.07 mg/L，超标率19.6%；铁浓度均值为0.10 mg/L，超标率8.7%；氨氮浓度均值为2.07 mg/L，超标率4.3%。

调查发现，目前于桥水库库周坑塘总面积约为286.67 hm2（4 300余亩），平均水深约1.5 m。坑塘利用情况可分为4类：荷塘占28%，鱼塘占41%，畜禽养殖废水坑塘占7%，未利用坑塘占24%，从污染物浓度评价结果来看，污染较重的区域人类活动较为频繁，例如库区北部的出头岭镇和马伸桥镇坑塘，污染最重的39#为养猪场排放废水坑塘，总氮高达84.5 mg/L，化学需氧量高达147 mg/L，总磷5.99 mg/L，需要引起足够重视；污染较重的23#、24#、25#、33#、36#、38#均为养殖鱼塘，养殖污染需要进一步控制。17#、19#、20#坑塘以铁、锰重金属超标为主，可能与周边的河道洗砂作业有关，需要有关部门加以监管，因为在一定条件下铁、锰微量金属元素对藻类的生长代谢和生理功能具有重要调控作用，甚至是水华爆发的控制性因子[6-7]。库区南部五百户镇污染较轻，这是由于库区南部实行了移民政策，人类活动较少。

表1 主要污染指标统计值

2.2 污染负荷估算

根据坑塘的面积、平均水深和水质监测结果估算超标污染物的负荷量。对于18个未采集到样品的坑塘污染物浓度取46个样品的中位数统计结果来进行负荷量估算。经估算，库周坑塘总氮负荷总量约为13.3 t，化学需氧量负荷总量约为115.9 t，总磷负荷总量约为1.4 t，重金属锰负荷总量约为203.0 kg，重金属铁负荷总量约为289.5 kg。

有研究表明[8]，于桥水库总氮年均入库量约为2 014.6 t，总磷为152.8 t。本研究计算得出库周坑塘水体总氮和总磷污染负荷分别占上述入库量0.7%和0.9%，从负荷量角度来看，总体贡献风险较低。

2.3 水质综合评价——熵权法

由于库周坑塘数目较多，且不同指标污染程度不一，需要采用适当的水质综合评价方法，挑选出污染相对较重的坑塘，便于优先控制管理。熵权法在水质评价方面应用较为广泛和成熟，张鉴[9]、燕敏飞[10]等运用熵权法确定评价指标的权重，分别对济宁市和大连市的地下水水质进行评价，评价结果均较为合理。本研究采用熵权法[11]对库周坑塘水质进行综合评价，评价步骤如下：2.3.1 初始矩阵的建立

构建64个样本6个评估指标（总氮、化学需氧量、总磷、锰、铁、氨氮）的判断矩阵X=（xij）6×64，（i=1，2，…，6；j=1，2，…，64）。

2.3.2 初始矩阵的标准化

2.3.3 标准化矩阵的归一化

将标准化矩阵R归一化得到矩阵F=（fij）6×64，

2.3.4 熵值的计算

2.3.5 熵权的计算

利用熵值计算各个评估指标的熵权Wi=

2.3.6 水质综合评价

计算各个点位的熵权综合评价值λj=（Wi×ri）j。对于本研究，λj越小该坑塘水质相对越差，λj越大相对越好。

按照上述方法进行水质综合评价，结果显示，坑塘污染较重的区域集中在出头岭镇西部、马伸桥镇南部（图2），污染较重的8个坑塘（综合指数≤0.8），由重到轻序号分别是：39#、17#、12#、20#、38#、25#、33#、36#，这与单因子评价结果所列出的坑塘较为一致，主要是畜禽养殖、水产养殖、河道洗砂作业导致。其中17#、12#、20#、25#、33#、36#位于水源地二级保护区内，需引起足够重视。

3 评价结果与讨论

图2 熵权法综合评价结果

对于桥水库库周的坑塘水质进行了调查和评价，坑塘水质单因子评价结果显示坑塘总氮、化学需氧量、总磷、锰、铁、氨氮6项指标存在超标现象，超标率分别是100%、67.4%、54.3%、19.6%、8.7%和4.3%，上述指标对于桥水库的富营养化均存在一定的威胁。坑塘水质综合评价结果显示，污染较重的坑塘有8个，主要分布在出头岭镇西部和南部，以及马伸桥镇南部。坑塘水体潜在的化学需氧量、总氮和总磷污染负荷贡献量分别是115.9 t、13.3 t和1.4 t。

4 对策与建议

于桥水库库周坑塘存在面积缩减和污染加重趋势，自然生态环境状况不容乐观。天津市水务局应联合蓟州区水务部门成立专门组织，抽调熟悉农村水系、经验丰富的技术人员，在调查研究、科学分析的基础上，提出适应于桥水库流域自然环境特点的农村坑塘整治思路，根据坑塘污染程度，分阶段、有重点地开展坑塘水环境治理和保护工作。

4.1 建立库周坑塘清单，落实坑塘长制度

对库周的坑塘进行详细摸底调查，建卡立档，搞清所有坑塘所属乡镇村落、经纬度坐标、面积、正常容量、开发利用情况、最终汇入河道，为综合治理提供基础性资料；确定每个坑塘的责任人，即“坑塘长”，其中镇长应为第一责任人，全权负责坑塘的开发和环境管理等事宜，一旦坑塘出现污染状况，追究该责任人责任。

4.2 制定科学的坑塘规划方案与管理措施

把坑塘清淤、扩建新建、疏通河渠、防治污染、植树绿化、改善环境、发展经济等通盘考虑。建议取消二级保护区内的所有坑塘养殖，对于二级保护区外的养殖坑塘要进行严格管理。对淤积坑塘进行清理，充分利用雨洪和客水资源，提高坑塘的蓄水量。改变坑塘的利用方式，通过种植莲藕等水生植物，既能美化生态环境，又能增加农民收入。

4.3 加强宣传教育

通过典型示范，宣传坑塘治理的现实意义，提高群众保护坑塘美化环境的思想意识，提高村民治理坑塘的积极性，营造浓厚的社会氛围。

上善若水，水务部门要以于桥水库饮用水源地保护和农村坑塘综合治理为契机，搞好与农民利益密切相关的农村水环境整治，提高人们对水环境在维护自然生态家园建设中作用的认识，大力推动“环境秀美、村容整洁、乡村文明”的新农村建设进程。

[1]付青.京津冀地区饮用水水源地保护问题与策略[J].环境保护,2016，44（16）：43-45.

[2]王立林，杜玉凤，王鸿雁.于桥水库富营养化控制对策研究[J].水科学与工程技术，2007（6）：23-26.

[3]卞少伟，陈晨，王秋莲，等.于桥水库水质富营养化评价及防治对策研究[J].中国环境管理干部学院学报，2016，26（6）：47-50.

[4]ZHOU B，VOGT R D，XU C，et al.Establishment and Validation of an Amended Phosphorus Index:Refined Phosphorus Loss Assessment of an Agriculture Watershed in Northern China[J].Water，Air，&Soil Pollution，2014，225（9）：1-16.

[5]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].4版.北京：中国环境科学出版社，2002.

[6]黄振芳，刘昌明，刘波，等.铁锰微量元素对淡水藻类的生长影响研究[J].北京师范大学学报：自然科学版，2009，45（Z1）：607-611.

[7]孔赟，邹培，宋黎明，等.铁对藻类生长及藻毒素合成影响研究进展[J].应用生态学报，2014，25（5）：1533-1540.

[8]葛宁，冯平，孙冬梅，等.库区面源氮、磷污染对于桥水库水质的影响[J].南水北调与水利科技，2015，13（3）：427-433.

[9]张鉴，束龙仓，张琛，等.基于熵权的综合指数法在地下水水质评价中的应用[J].水电能源科学，2010，28（8）：36-38.

[10]燕敏飞，彭勇，王国利.基于熵权权重的可变模糊理论在大连市地下水水质评价中的应用[J].南水北调与水利科技，2012，10（3）：58-61.

[11]邹志红，孙靖南，任广平.模糊评价因子的熵权法赋权及其在水质评价中的应用[J].环境科学学报，2005，25（4）：552-556.

Investigation and Evaluation of Rural Pond Water Quality around Yuqiao Reservoir

Li Zeli1,2,Zhao Xinghua1,2,Bian Shaowei1,Mei Pengyu1*
（1.Environment Monitoring Center of Tianjin,Tianjin 300191,China;2.Tianjin-Tianbinruicheng Environmental Technology and Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300191,China）

In order to assess the water quality,pollution load and the spatial distribution characteristics of the ponds around Yuqiao Reservoir,46 samples of water were collected in Sept.2016,and 15 indicators,including organic matter,nutrients and heavy metals were analyzed.The results showed that 6 indicators including total nitrogen,chemical oxygen demand,total phosphorus,manganese,iron and ammonia nitrogen exceeded the third level Environmental quality standards for surface water,with the exceeding standard rate of 100%,67.4%,54.3%,19.6%,8.7%and 4.3%,respectively.The pollution loads of the main pollutants,chemical oxygen demand,total nitrogen and total phosphorus were estimated to be 115.9 tons,13.3 tons and 1.4 tons,respectively.The entropy method was employed for comprehensive evaluation of water quality,and results showed that the heavier pollution areas concentrated in the west of Chutouling town and the north of Mashenqiao town.The risk level of the ponds around Yuqiao Reservoir was relatively low,but regulation and management still needed.

Yuqiao Reservoir,rural pond,entropy method

X832

A

1008-813X（2017）05-0049-05

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.05.13

2017-05-25

国家重大科技专项《跨省于桥水库水源地保护经济补偿机制试点研究》（2013ZX07603-003-006）

李泽利（1984-），男，河北承德人，毕业于南开大学环境科学专业，博士，工程师，主要从事水环境监测和水污染防治工作。

*通讯作者：梅鹏蔚（1979-），男，天津市人，毕业于南开大学环境科学专业，硕士，高级工程师，主要从事环境监测工作。

（编辑：程 俊）