石狮市应急储备水源调节池水质保障分析

王 民

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110006）

石狮市应急储备水源调节池水质保障分析

王 民

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110006）

分析了石狮市拟建的应急储备水源地面水池的水质变化情况，初步确定了水池的蓄水停留时间，当初始蓄水水质劣于Ⅱ类，适宜蓄水停留时间45d；初始蓄水水质为Ⅱ类或优于Ⅱ类，适宜蓄水停留时间可达115d。提出了相应的水质保障措施。

应急水源；水池；水质；停留时间

金鸡拦河闸是石狮市的主要供水水源，一旦晋江上游水质受到污染或金鸡拦河闸因不可抗力出现损坏时，将给石狮的生活和工业用水带来重大影响，因此建立拥有一定储备库容的调节水池以应对水污染等突发事件具有战略性意义。

石狮市规划建设水源储备调节水池工程，将现状奈清、莲湖水库与拟建地面调节水池以输水管道串连，作为石狮市的储备水源，在丰水期充分利用晋江洪水资源，将洪水引至水源储备调节池进行储备，用以缓解用水量不足。

规划地面水池总占地面积33.47hm2，分为上下水池。下水池设计水深6.00m，有效容积30.60万m3；上水池设计水深8.0m，有效容积168.13万m3。上、下水池有效总容积198.73万m3。

地面水池蓄水后将形成水面面积33hm2的特殊人工生态系统，与河流相比，流速变缓，水深增大；与湖库相比，没有源、汇项的输入。因此，地面水池的水质变化过程非常特殊，难以利用常规的河道、湖库水质预测方法进行预测和评价，应通过全面掌握导致水质变化的原因来分析水池水质的变化，进而采取相应的水质保障措施。

1 水质污染预测分析

1.1 蓄水水源水质

地面水池为封闭水体，没有点源污染的进入，在正常情况下应不受地表径流产生的面源、底质释放产生的内源及地下水体交换的影响，因此水池中主要污染物质来源为晋江干流金鸡闸库区水源的来水和远期参与联通调度的奈清水库、莲湖水库的蓄水。因此，金鸡闸库区、奈清水库和莲湖水库的水质达标是保证地面水池蓄水水质达标的前提。

1.2 蓄水后水质

在保证蓄水原水水质达到Ⅱ～Ⅲ类水质标准的情况下，引起地面水池水质变化的原因主要有以下几方面：

1.2.1 蒸发造成水量减少导致污染物浓度增加

工程区域属南亚热带海洋性季风气候，热量丰富，日照充足，多年平均年陆地蒸发量630mm，多年平均年水面蒸发量1400mm。不考虑降雨的情况下，蓄水后的蒸发损失：

式中 W为蒸发量（万m3）；E为水面蒸发强度（mm/月）；A为水面面积（hm2）。

经计算，最不利情况下地面水池蒸发量可达5.5万m3/月，导致污染物浓度的增加幅度为2.7%，是引起水质变化的原因之一。

1.2.2 大气干湿沉降对水质影响

地面水池的封闭特性基本杜绝了外来污染源的影响，但由于水面面积大，大气干湿沉降成为水体主要的外源污染，不仅能改变水域的pH值，还改变水的盐度。目前由于大气环境污染较为严重，农药化肥等大量使用，大气中的有机物及氮磷等营养元素含量大大增加，通过大气沉降输入水体，容易导致或加剧水质变化。

大气沉降对水质的影响与大气环境状况紧密相关，初期雨水可将大气中的气溶胶粒子和气态物质减少到雨前的1/3到2/3以上，大量污染物可随降雨进入水体，干沉降进程缓慢，大气中氮的干沉降量大致与湿沉降相等，甚至会比湿沉降量大［1］。当大气沉降输入水体的污染物量超过了水体的环境容量时，将对水体水质产生影响，因此大气沉降对水质的影响即为大气干湿沉降通量对水体环境容量的影响。

1.2.3 藻类生长对蓄水的影响

地面水池蓄水后生态系统简单，主要为藻类、细菌、有色原生动物等自养型微生物。其中藻类在适宜的气候（光照、温度）条件和水文条件下容易迅速繁殖，会对蓄水水质、水池本身及后续净水厂的处理工艺产生影响。

通常情况下，自然水体中C，H，O等元素的来源较为丰富，一般均能满足水体中藻类生长的需要。而N，P营养盐的多寡，往往成为水体中藻类能否大量增殖的限制因子［2］。相关研究成果表明，水库藻类生长处于易于管理状态的营养盐水平一般为TN＜0.7mg/L，TP＜0.1mg/L［3］，当TN＞1.2mg/L，TP＞0.11mg/L时，水体即开始富营养化［4］，藻类生长速率随着N，P浓度的增加而增加，TN，TP浓度达到2.0，0.15mg/L时最适合藻类的生长。

Ⅱ类水体（TN=0.5mg/L，TP=0.1mg/L）可视为清洁贫营养水体，藻类的生长一般处在可接受范围内，此时大气沉降对水体中N，P的影响成为了影响水质主要的控制因素；当蓄水水质为Ⅲ类或劣于Ⅲ类时，藻类生长成为影响水质的主要因素。

2 蓄水停留时间分析

为保证地面水池的应急使用功能和蓄水水质，确定合理的蓄水停留时间是必要的。若停留时间过短，频繁换水会大大增加引调水和蓄水的成本；若停留时间过长，则会导致蓄水水质下降，不能满足集中供水水源的使用要求。

蓄水停留时间与初始水质、气象、大气环境等因素有关，是一个较为复杂的物理化学及生物学过程。在对边界条件进行简化后，可通过数学模型计算进行近似的预测，并可作为管理的依据。蓄水停留时间可根据初始蓄水水质分为以下两种情况。

2.1 营养盐水平较低（Ⅱ类及以上）时

当初始蓄水水质为Ⅱ类及以上时，大气沉降是对地面水池水质产生影响的主要原因。参照已有的研究成果结合实际，可确定区域的干湿总沉降通量水平，将沉降通量与水环境容量进行对比，即可得到水体水质变化速率和变化水平。由于地面水池水体流动性差，生态系统简单，水体的自净能力较差，水池的环境容量主要为稀释容量，即在满足Ⅱ类水质目标时，依靠稀释作用所能承受的污染物量，可利用湖泊完全混合平衡模式进行计算。

式中 c为营养盐浓度（mg/L）；c0为营养盐初始浓度（mg/L）；V为水体体积（m3）；W为营养盐沉降量（mg）；k为衰减系数；G为营养盐沉降通量（mg）；S为水面面积（m2）。

计算蓄水适宜停留时间为70d，即70d后水体的营养盐水平达到较高水平，开始下一部分的水质变化过程。

2.2 营养盐水平较高（劣于Ⅱ类）时

当蓄水初始水质劣于Ⅱ类或蓄水经过一段时间由于大气沉降等作用下水质变差时，藻类在适宜的光照、温度下开始大量繁殖，此时应控制的是藻类生物量的增加。藻类生物量可近似按照指数曲线增长，但生长速率μ受到水温T、光照L、营养盐N，P，C，Si等浓度的限制［3］：

式中 N为藻类丰度；N0为藻类初始丰度；t为平均水温（℃）；μmax为藻类最大生长率；θ为温度校正系数；Tref为参照水温（℃）；f（L，P，N，C）为光照和营养盐限值函数。

从工程区域气温来看，该区域在5～10月均具备发生水体富营养化的外部气温条件；从该区域的日照时间和太阳辐射量来看，该区域具备发生水库水体富营养化的外部光照条件，因此，当水体营养盐水平较高时，可假设藻类生长不受光照、营养盐限制，即藻类的生长速率仅受温度影响：

初步调查晋江干流的藻类初始丰度N0、藻类生物量安全预警值Nt，求得防止藻类恶化水质的最大停留时间。

计算本工程防止地面水池藻类增加恶化水质的最大蓄水停留时间45d。

2.3 蓄水停留时间的确定

当初始蓄水水质劣于Ⅱ类，特别是N，P含量较高时，适宜蓄水停留时间为45d；当地面水池初始蓄水水质为Ⅱ类或优于Ⅱ类，特别是N，P等含量优于Ⅱ类水质标准规定的限值时，水池的适宜蓄水停留时间较长，可达115d；因此，蓄水初始水质对蓄水停留时间有着决定性作用。

3 水质安全保障方案

3.1 蓄水水源的水质保障

晋江干流金鸡闸库区是工程的初始水源，其水质状况直接关系到蓄水的水质安全和使用功能。应加强流域截污治污工作，加强面源污染治理，保证金鸡闸库区的水质和水生态环境安全。

远期参与联通调度的奈清水库和莲湖水库现状水质不达标，并且存在一定的污染风险，在远期工程实施前需要对两座水库进行综合治理：应划分饮用水水源保护区，并遵守水源保护区的相关法律法规的要求；对水库底泥进行生态清淤，进行内源治理。

3.2 地面水池的水质保障

3.2.1 划分水源保护区，科学合理调度

制定科学的汛期和非汛期工程调度方案和蓄水使用方案，使应急备用水量与充分合理利用每年的水资源相结合，并有效防止水池水质恶化，防止对水资源造成不必要的浪费。

3.2.2 合理进行上、下水池的内部调度

在同样的营养盐条件下，静止或者缓流水体更容易促进藻类繁殖。发生水华的流速临界值为0.05～0.1m/s，即流速在0.05～0.1m/s之间，藻类生长的最快最好，最容易发生水华；当流速达0.3m/s时，可以明显抑制藻类生长［5］。考虑到地面水池的特性和附属设施的布置，可以利用水泵和溢流堰对上、下水池的水体进行合理调度，保持水体的流动性，减少死水区、滞水区范围，同时各水池内部利用推流设备改善水体流动状态，防止藻类大量增殖影响蓄水水质。

3.2.3 加强水池周边绿化，改善区域空气质量

结合景观建设，加强地面水池周边绿化，通过树木植被的减尘滞尘及对污染物质的吸收吸附作用，减少大气污染物沉降。开展外环境对地面水池的影响预测与评价，科学指导周边大气污染源的治理，改善区域环境空气质量，减少因大气干湿沉降进入地面水池的污染物量，保障蓄水水质。

4 结语

（1）石狮市规划建设应急储备水源调节池蓄水后的主要污染源是大气沉降和藻类繁殖。当地面水池初始蓄水水质劣于Ⅱ类，适宜的蓄水停留时间45d；当水池初始蓄水水质为Ⅱ类或优于Ⅱ类，适宜蓄水停留时间可达115d，蓄水初始水质对蓄水停留时间有着决定性的作用。蓄水后既要保障水池内的生态平衡，又需要改善水池外的环境状况，才能充分保障水池内的水质要求。

（2）本次针对地面水池的污染分析和蓄水停留时间计算结果为初步计算成果，在工程建设相关设计开展后应对各项计算参数和边界条件进行更加深入的调查和研究，使计算结果更准确、实际。

（3）蓄水水质的变化受外界多种因素的影响，比如一场强降雨、连续的晴热天气等都会造成蓄水水质的改变，因此地面水池建成后需要加强蓄水水质监测，建立水质自动监测系统，及时掌握水质变化情况，保障地面水池的安全稳定运行。

［1］陈能汪，洪华生，肖健，等.九龙江流域大气氮干沉降［J］.生态学报，2006（8）：2602-2607.

［2］龚玲.三峡库区富营养化水体中悬浮泥沙对藻类生长影响的研究［D］.重庆：西南大学，2006.

［3］林卫青，顾玉亮，卢士强，等.防止藻类过度繁殖的青草沙水库合理水力停留时间初探［J］.给水排水，2009，45（9）：60-62.

［4］奚增祥.使用无锡自抛光防污漆防止二沉池出水堰青苔生长的可行性试验［J］.给水排水，2015，51（S1）：76-78.

［5］蒋文清.流速对水体富营养化的影响研究［D］.重庆：重庆交通大学，2009.

Analysis of Water Quality Guarantee for Shishi Emergency Storage Water Source Regulating Reservoir

WANG Min
（Investigation and Design Institute of Water Resources and Hydropower Liaoning Province，Shenyang 110006，China）

Water quality changes in ground water reservoir for Shishi emergency reserve water source were analyzed.Storage time of the reservoir was preliminarily determined.When the initial storage water quality is inferior to Class II，the suitable storage time is about 45d； when the initial storage water quality is of class II or better than class II， the suitable storage time can reach about 115d.Corresponding water quality guarantee measures were put forward.

emergency water source； reservoir； water quality； storage time

X703 文献标识码：B 文章编号：1672-9900（2017）06-0070-04

2017-10-17

王 民（1988-），男（汉族），江苏连云港人，工程师，主要从事环境水利，水资源保护工作，（Tel）15204062917。

王艳肖）