大连市重要饮用水源地水质超标原因分析

(辽宁省大连市水文局，辽宁 大连 116023)

大连市人均水资源量仅为538 m3，约占全国人均水资源量的1/4，属资源型缺水城市，是我国 40个严重缺水城市之一。目前，大连市生活用水、工业以及农业用水以地表水为主，主要靠大气降水补给，根据2017年大连市水资源公报数据，全市地表水供水量约占总供水量的66%。近年来，由于城市人口急剧增长、工业、农业不断扩大以及居民生活水平不断提高，大连市对水的需求剧增；同时，由于连续干旱少雨，可利用的水源日益短缺，加之城镇污水无节制的排放，使地表水不断受到污染。大连市面临着资源型和污染型并存的水资源问题，成为制约其经济社会发展的重要因素。

为了更好地防治水污染问题，进一步加强饮用水源地水量水质动态监测，完善饮用水源地水质监测体系，为饮用水源地水资源管理和保护提供支撑，按照水利部《关于开展全国重要饮用水水源地安全保障达标建设的通知》(水资源〔2011〕329号)[1]要求，并根据《辽宁省水环境监测中心2017年水质监测工作实施计划》，开展大连市饮用水源地水资源质量监测与评价工作，及时掌握饮用水源地的水质状况及变化趋势，保护水库型水源地水质安全十分必要。

1 饮用水源地水质现状评价

1.1 评价方法及指标

根据辽宁省水环境监测中心大连分中心2017年全国重要饮用水源地水质监测资料，按照《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)，选择单因子评价法，确定水质类别，并按全指标和双指标分别评价。评价过程中，若水域的化学需氧量大于30mg/L时，则采用该指标进行评价，否则，选用高锰酸盐指数作为评价指标。

1.2 全指标评价结果

大连市5处全国重要饮用水源地2017年全指标评价结果见图1。

由图1可知，碧流河水库、英那河水库、松树水库、刘大水库以及朱家隈子水库水质良好，全指标评价结果均为Ⅱ类水质类别，满足水功能区要求的Ⅱ类水质目标。

对大连市5处饮用水源地每月监测1次结果进行全指标评价结果显示：碧流河水库全年计划监测12次，其中1—3月结冰期无法采样，水质满足Ⅱ类水质目标的频次占总监测频次的比例为88.9%；英那河水库全年监测12次，水质满足Ⅱ类的频次占总监测频次的比例为75%；刘大水库全年计划监测12次，其中1—3月结冰期无法采样，达到Ⅱ类水质的频次占总监测频次的比例为77.89%；松树水库全年计划监测12次(1—3月份结冰期除外)，达到Ⅱ类水质的频次仅占总监测频次66.7%；朱家隈子水库全年监测12次，水质满足Ⅱ类水质的频次占总监测频次的比例为83.3%。大连市5处全国重要饮用水源地全指标(按月份)评价结果百分比见图2。

图1 大连市5处全国重要饮用水源地2017年全指标评价结果

图2 大连市5处全国重要饮用水源地全指标(按月份)评价结果百分比

1.3 双指标评价结果

大连市5处全国重要饮用水源地2017年双指标评价结果表明：参与评价的5处全国重要饮用水源地，碧流河水库、英那河水库、松树水库、刘大水库以及朱家隈子水库水质优良，双指标评价结果均为Ⅱ类水质，满足水功能区要求的Ⅱ类水质目标。

对大连市5处饮用水源地每月监测1次结果进行双指标评价结果显示：碧流河水库全年计划监测12次(1—3月份结冰期除外)，水质满足Ⅱ类水质目标的频次占总监测频次的比例为88.9%；英那河水库全年监测12次，水质满足Ⅱ类的频次占总监测频次的比例为91.7%；刘大水库全年计划监测12次，其中1—3月份结冰期无法采样，达到Ⅱ类水质的频次占总监测频次的比例为100.0%；松树水库全年计划监测12次(1—3月份结冰期除外)，达到Ⅱ类水质的频次仅占总监测频次66.7%；朱家隈子水库全年监测12次，水质满足Ⅱ类水质的频次占总监测频次的比例为100.0%。详见图3。

图3 大连市5处全国重要饮用水源地双指标(按月份)评价结果百分比

2 饮用水源地水质达标评价

饮用水源地水质达标评价基准年为2017年，评价范围为大连市全国重要饮用水源地5个监测断面。

2.1 评价方法及原则

饮用水源区评价方法采用频次法。按照《地表水资源质量评价技术规程》(SL 395—2007)和水功能区水质管理目标要求，判断水功能区是否达标。按照达标的次数与全年总监测次数的比值计算断面的达标率。对于单个饮用水源地，水质达标次数占全年总监测次数的80%以上为达标，否则为不达标。不达标的饮用水源地需列出超标项目并以相应的目标水质统计超标倍数。

评价过程中，若水域的化学需氧量大于30 mg/L时，则采用该指标进行评价，否则，选用高锰酸盐指数作为评价指标。

2.2 评价结果

大连市5个全国重要饮用水源地水质达标情况见表1和图4。

表1 大连市5处全国重要饮用水源地水质达标情况

图4 大连市全国重要饮用水源地水质达标个数百分比

ⓐ碧流河水库全年共评价9次，全年水质全指标和双指标评价结果均达标，达标率均为89%；ⓑ英那河水库全年共评价12次，全指标评价达标率为67%，评价结果为不达标，超标项目(倍数)：高锰酸盐指数(0.20)、五日生化需氧量(0.10)、锰(0.30)。双指标评价达标率为92%，评价结果为达标；ⓒ松树水库全年共评价9次，全指标评价达标率为44%，评价结果为不达标，双指标评价达标率为67%，评价结果为不达标，超标项目(倍数)：铁(1.43)、氨氮(1.18)、锰(0.60)、总磷(0.40)、高锰酸盐指数(0.30)、五日生化需氧量(0.27)；ⓓ刘大水库全年共评价9次，全指标达标率为44%，评价结果为不达标，超标项目(倍数)：铁(0.76)、锰(1.10)、总磷(0.40)、五日生化需氧量(0.03)。双指标达标率为100%，评价结果为达标；ⓔ朱家隈子水库全年共评价12次，全指标达标率为75%，评价结果为不达标，超标项目(倍数)：锰(0.70)、总磷(0.70)、五日生化需氧量(0.03)。双指标达标率为100%，评价结果为达标。

3 超标原因分析

影响饮用水源地水质不达标的主要污染指标为高锰酸盐指数、氨氮、五日生化需氧量、总磷、铁和锰，其中：前4项评价指标超标的主要原因是近年来大连市农村地区化肥、农药的不科学使用，以及生活污水、垃圾随意丢弃不能集中治理导致。铁、锰值超标与降雨径流冲刷、水库运行多年后沉积物的污染释放及水库低水位的运行影响有关。

研究统计发现，2017年大连市5个重要饮用水源地铁、锰项目超标主要发生在5—6月份以及8—11月份。大连市5处水库中铁、锰含量变化过程见图5、图6。

图5 大连市5处水库中铁含量变化过程

图6 大连市5处水库中锰含量变化过程

从上述两幅图中可以看出，大连市5个重要饮用水源地水体中铁、锰的含量随季节性呈现较规律变化，在夏季及秋季易出现超标情况，春冬两季水质较好。分析认为：ⓐ冬季及初春时气温低，水体溶解氧较高，在氧化条件下，铁、锰通过氧化还原反应最终生成Fe(OH)3和MnO2，两者都不溶于水，在水库底部富集，不易向上层水体释放[2-4]；ⓑ夏季至初秋，水体溶解氧较低，并且如果水库受到污染，耗氧性有机物浓度增大，加速了溶解氧的消耗，使水库底部逐渐形成厌氧环境。在厌氧条件下，不溶于水的Fe(OH)3和MnO2还原为溶解性二价铁和二价锰，并且通过上下层浓度差异，向表层水体扩散[5]。

此外，铁锰是自然界中存在较多的一种元素，土壤岩石中都含有铁和锰。世界卫生组织的统计资料表明，土壤中锰平均含量约为500～900mg/kg[6]。当土壤的酸度较低时，其中的铁和锰通过氧化还原反应变成溶解性的Fe2+和Mn2+，再经雨水冲刷，很容易进入水库，并沉积在库区底层。库底沉积物中铁锰的释放，造成水库水体中铁锰超标[7]。

大连是一座缺水城市，饮用水源地水量主要靠降水补给，因此，进入水库的水量多是以大流量的洪水形式输入，而取用水多以满足供水要求的小流量均匀的从上层取水输出。长此以往导致随着洪水过程进入水库的柴草、泥沙、废物的污染物及其次生污染物越来越多地累积在库中，较大颗粒的悬浮物逐渐沉淀，中小颗粒则吸附絮凝在一起，悬浮在水库的下层水体中[8]。大连理工大学水环境研究所团队对松树水库沉积物进行采样分析，研究结果表明，松树水库沉积物呈深黑色，沉积物厚度均超过80cm，并且沉积物样品中平均锰含量高达1264mg/kg。综上所述，在厌氧条件下，沉积污染物具有较大的释放潜力，容易导致水库水体铁锰超标。

另外，有研究表明，水库低水位运行也会导致水体铁锰超标，蓄水量与锰之间存在着显著的负相关性(大连市5处国家重要饮用水源地蓄水量与铁锰的Pearson相关性见表2)，当蓄水量低时，锰含量升高；而铁锰之间存在显著的正相关性，当水体中锰含量升高时，铁的含量也随之提高。分析原因为：水库低水位运行时，上覆水较浅，促使底部沉积污染物释放的铁锰更容易进入表层。加之水库在夏季藻类容易生长，藻类一方面可能隔绝水汽交换，促使下层溶解氧降低，另一方面藻类死亡后沉降至库底，其分解也将消耗大量的溶解氧。从而使得库底溶解氧含量降低，也促进了沉积物污染的释放。因此低水位运行会加重水体铁锰异常问题。

表2 水库蓄水量与铁锰间的Pearson相关性

注**表示在0.01水平(双侧)上显著相关；*表示在0.05水平(双侧)上显著相关。

4 结 论

本文对大连市5个全国重要饮用水源地水质现状及达标情况进行评价分析，水质现状评价结果表明：大连市5个重要饮用水源地水质良好，全指标和双指标评价结果均为Ⅱ类水质类别。达标评价结果显示：全指标评价除碧流河水库外，其余几座水库水质均不达标；双指标评价除松树水库外，其余水库均达标。影响大连市重要饮用水源地水质不达标的主要污染指标为高锰酸盐指数、氨氮、五日生化需氧量、总磷、铁和锰。其中前4项评价指标超标的主要原因是近年来大连市农村地区化肥、农药的不科学使用，及生活污水、垃圾随意丢弃不能集中治理导致。铁、锰值超标与降雨径流冲刷、水库运行多年后沉积物的污染释放及水库低水位的运行影响有关。