漳泽水库底泥氮磷释放过程及污染控制方案

王旭艳

（山西漳泽水库管理有限公司山西长治046021）

0 引言

漳泽水库枢纽位于长治市北郊交漳村与淹村之间，属于海河流域漳卫南运河水系，是一座集工业、城市供水、灌溉、防洪、水产养殖和旅游等综合功能的大（Ⅱ）型水库，在长治市的发展中有着重要的地位，但从2003年起水库水质总体评价为Ⅴ类，而且污染日趋严重，到目前仍处于Ⅴ类到劣Ⅴ类。水库水质恶化，主要原因就是水体的富营养化问题，富营养化的主要控制因子是氮磷。水库水体中氮磷等污染物的来源主要分为外源和内源。外源主要由库区上游的工业废水和生活污水随着入库河流进入水库引起，内源主要来源是底泥中污染物的释放。

2000年以来，国家针对水资源保护颁布了很多相关的政策、法令，虽然一定程度上有效控制了水库的外源污染，但内源污染却未得到很好的解决，例如，杭州西湖的沉积物每年向湖水中释放磷113 t，沉积物的释放量约占入湖磷总量的41%，沉积物内源污染己经和外源污染一样成为危害水体生态环境的主要污染源，要想从根本上解决水体污染问题，研究沉积物内源污染显得尤为重要。

漳泽水库运行60 多年来，底泥积累越来越多，库容也随之在逐渐减少，目前底泥淤积量已超4 000 万m3，且底泥颜色呈现为黑色，污染严重，对水库水体的富营养化和底栖生物的影响越来越大。漳泽水库的富营养化问题，不仅降低了水库水环境质量，也影响着水库供水、旅游、灌溉等功能的正常发挥。目前，水库的外源污染尚未得到有效解决，使得内源污染仍在继续发展，因此研究水库的内源底泥污染迫在眉睫。

1 漳泽水库概况

1.1 漳泽水库基本情况

漳泽水库总库容4.27 亿m3，大坝长2 514 m，正常蓄水位（902.4 m）时，坝前最大水深8.94 m，库尾水深0.94 m，平均水深5.49 m，属于浅水水库。大陆性季风气候，一年四季分明，每年10月至次年5月，干燥少雨，6月以后，雨量增多。根据长治市第二次水资源评价，全市年平均降雨量573.3 mm。2007—2016年入库径流量平均值为1.202 1 亿m3，出库径流量平均值为0.978 7 亿m3。

1.2 漳泽水库污染现状

现状水库外源污染主要包括入库河流进入的污染物、漳泽电厂直接排入的循环冷却水等。内源污染方面，通过观察在漳泽水库采集的底泥样品，发现水库上层底泥污染较为严重，呈黑色的稀泥状，厚度约40～50 cm。水位900.86 m 时，1965年水库库容为10 610 万m3，2018年水库库容为8 021 万m3，两者水库库容之差（即2018年水位900.86 m 以下底泥淤积量）为2 589 万m3。根据2010年漳泽水库测量成果，900.86 m 水位下底泥淤积量为2 321 万m3，与2010年相比，2018年900.86m水位下底泥淤积量增加了268 万m3，年平均淤积量为33.5 万m3。

2 漳泽水库底泥氮磷释放过程分析

结合漳泽水库的地形特点及水库水体汇入和流动情况，在库区具有代表性的区域采用网格法布设北断面（1＃、2＃）、中北断面（3＃、4＃、5＃）、中断面（6＃、7＃、9＃、11＃）、中南断面（8＃、10＃、12＃、13＃）、南断面（14＃、15＃、16＃）共16 个采样点，于2017年10月至2018年9月共进行10 次底泥采样。由于南部断面处于河流入库口，污染较严重，因此该处采样点分布较密集。

间隙水是指水体底泥空隙中不受土粒吸着能移动的水分；上覆水是位于底泥上部的水层，也是水库的底层水。通过分析底泥、间隙水、上覆水中氮磷浓度之间的关系，来探讨内源氮磷释放过程。底泥、间隙水、上覆水全年平均总氮、总磷浓度对比见表1，漳泽水库底泥、间隙水、上覆水中氮、磷含量相关系数见表2。

表1 漳泽水库各区域底泥、间隙水、上覆水氮磷浓度表 单位：mg/kg、mg/L

表2 漳泽水库底泥、间隙水、上覆水中氮、磷含量相关系数表

从表1 中可看出，上覆水、间隙水、底泥总氮、总磷浓度呈递增趋势，且底泥中的总氮、总磷远远高于间隙水，说明底泥是总氮、总磷的贮存场；间隙水中总氮是上覆水的1.2～4.2 倍，总磷是上覆水的2.4～5 倍，由此可见，底泥中的氮磷首先释放至间隙水，而后再由间隙水扩散到上覆水中。

利用Excel 相关系数函数correl 对底泥、间隙水、上覆水中氮、磷含量进行相关性分析，相关性系数越接近1 说明分析因素之间的相关性越大。从表2 中可看出，底泥和间隙水中总氮含量相关系数为0.418，总磷含量相关系数为0.700，相关性不显著，说明底泥中氮磷释放到间隙水的过程受到物理、化学以及生物等多重因素影响；底泥与上覆水中总氮的相关系数为0.216，总磷含量相关系数为0.763，显著性不明显，说明底泥中氮磷是先释放到间隙水，再由间隙水到上覆水，释放过程受多种因素影响；间隙水和上覆水中总氮含量相关系数为0.880，总磷含量相关系数为0.909，呈现高度正相关性，说明间隙水中的氮磷对上覆水影响明显。由此可见，底泥中的氮磷首先释放至间隙水，然后由间隙水扩散至上覆水。

3 漳泽水库底泥污染控制建议方案

内源污染控制的总体原则是底泥的污染程度不同，采取的治理措施也不同，重点是在对环境的二次污染最小的情况下，以最小的工程量达到最大的治理效果和环境效益。

目前，底泥污染治理方法主要包括底泥氧化、底泥疏浚、底泥覆盖、生态修复四个方面。各治理技术都有其优缺点，结合漳泽水库实际，从技术、经济、治理效果、应用情况等方面对各方法进行对比，结果见表3。

表3 底泥治理方法对比表

综上分析，单纯的底泥氧化、底泥疏浚、底泥覆盖往往会打破疏浚区原有的生态系统，若实施后未进行生态修复，水体未建立强大的自净能力，随着时间的推移，水环境改善不能长期维持，水质将再次恶化。生态修复作为水库水环境治理必不可少的手段之一，能够弥补其它治理方法对生态系统造成的局部干扰与破坏。

4 结语

上覆水、间隙水、底泥中的总氮、总磷含量呈递增趋势，说明底泥是水库氮磷的贮存场，当水库水体受到扰动时，上覆水环境条件发生改变，底泥中的氮磷就会再次释放出来，成为水体的污染源；底泥、间隙水、上覆水中的总氮、总磷含量具有显著相关性，说明底泥中的氮磷先释放到间隙水，再通过间隙水污染上覆水，由于水体的垂直交换运动，进而污染整个水库，说明底泥作为漳泽水库的内源污染源严重影响水库的水质。

综合考虑各种底泥污染治理方法的利弊，漳泽水库内源污染治理建议方案为：在库尾采取底泥疏浚，疏浚后进行底泥覆盖。坝前采取底泥氧化措施，轻度污染区即水库中部采取底泥覆盖，最后在整个水库采取生态修复。同时配合外源治理措施，在水库入库处建立污水处理厂，入库口建立人工湿地，并建设水库环库截污沟和水陆生态交错带。内源外源治理协同作用，实现改善漳泽水库水质的目标。