長(zhǎng)潭水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)及入庫(kù)營(yíng)養(yǎng)鹽總量控制研究

蔡臨明，勞國(guó)民，何錫君，孫國(guó)敏

（1.浙江省水文局，310009，杭州；2.浙江省臺(tái)州市水文站，318000，臺(tái)州）

長(zhǎng)潭水庫(kù)位于浙江省臺(tái)州市黃巖區(qū)永寧江上游，流域面積443.1km2，總庫(kù)容7.32億m3，正常庫(kù)容4.57億m3，供水能力 94 萬(wàn) m3/d（P=95%），年供水量26932萬(wàn)m3。

長(zhǎng)潭水庫(kù)作為浙江省典型的集中式生活飲用水水源地，供應(yīng)臺(tái)州市近300萬(wàn)人口的生活、生產(chǎn)用水，其水質(zhì)好壞直接影響臺(tái)州市社會(huì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民身體健康。近年長(zhǎng)潭水庫(kù)水質(zhì)呈現(xiàn)夏季富營(yíng)養(yǎng)化程度加重趨勢(shì)，深入開(kāi)展水庫(kù)入庫(kù)營(yíng)養(yǎng)鹽控制研究十分必要。

一、長(zhǎng)潭水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)情況

根據(jù)《浙江省水功能區(qū)水環(huán)境功能區(qū)劃分方案》，長(zhǎng)潭水庫(kù)及上游庫(kù)區(qū)劃定為源頭水保護(hù)區(qū)，水體水質(zhì)應(yīng)達(dá)到 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)。

1.水質(zhì)監(jiān)測(cè)

長(zhǎng)潭水庫(kù)在飲用水水源取水口處設(shè)有水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，具有pH值、DO、CODMn、NH3-N 等多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)功能。

為開(kāi)展深入研究，對(duì)水庫(kù)水域新增設(shè)立體布點(diǎn)監(jiān)測(cè)，分別在水庫(kù)主要入口、中心區(qū)、飲用水水源取水口、水庫(kù)出水口布設(shè)水質(zhì)采樣斷面，各斷面均按表層、中層、深層分別采樣，代表水庫(kù)內(nèi)不同位置、不同深度的水質(zhì)；在7條主要入庫(kù)支流柔極溪、永寧溪、日溪、上洋溪、小坑溪、洞外岙溪和龍騰溪均布設(shè)水質(zhì)采樣斷面。

每月人工采集水樣一次，一年12次。利用采集的水樣，開(kāi)展地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目和集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目全分析，同時(shí)進(jìn)行Chl-a、SD、藻類監(jiān)測(cè)。

2.水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率情況

長(zhǎng)潭水庫(kù)現(xiàn)狀水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率不高。長(zhǎng)潭水庫(kù)現(xiàn)狀水質(zhì)：TN不參加評(píng)價(jià)時(shí)，Ⅰ類水占4.3%，Ⅱ類水占66.5%，Ⅲ類水占27.5%，劣于Ⅲ類水質(zhì)占1.7%，水庫(kù)水質(zhì)以Ⅱ類為主；TN參加評(píng)價(jià)時(shí)，Ⅱ類水占37.2%，Ⅲ類水占58.9%，劣于Ⅲ類水質(zhì)占3.9%，水庫(kù)水質(zhì)以Ⅲ類為主。水庫(kù)水質(zhì)在時(shí)間上（指同一站點(diǎn)年內(nèi)變化），枯水期水質(zhì)略優(yōu)于豐水期；水功能區(qū)不達(dá)標(biāo)的時(shí)段主要出現(xiàn)在夏季，表層、中層水pH值超標(biāo)率為12.5%，pH最大值達(dá)10.6，表層DO達(dá)11.1 mg/L，TP和TN為Ⅳ類水，SD明顯降低，Chl-a和藻類總數(shù)明顯高于枯水期，水體呈富營(yíng)養(yǎng)化。

7條入庫(kù)支流現(xiàn)狀水質(zhì)：柔極溪、日溪、龍騰溪為Ⅱ類水；永寧溪、上洋溪、小坑溪、洞外岙溪為Ⅲ類水。

水功能區(qū)主要不達(dá)標(biāo)項(xiàng)目是TP、TN、pH值，說(shuō)明長(zhǎng)潭水庫(kù)的水環(huán)境問(wèn)題主要體現(xiàn)在水體富營(yíng)養(yǎng)化方面。

3.水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)選擇Chl-a、TP、TN、SD、CODMn五個(gè)項(xiàng)目， 評(píng)價(jià)方法采用《地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》（SL 395—2007） 中規(guī)定采用的營(yíng)養(yǎng)化評(píng)分分類指數(shù)法；評(píng)價(jià)時(shí)段為2000—2009年。水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可知，10年間長(zhǎng)潭水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化程度總體上加重。4—9月?tīng)I(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)分值全部大于年平均值，每年4—9月水庫(kù)水體隨氣候變暖、浮游生物的繁衍，有利于富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象的發(fā)生，這種現(xiàn)象屬水庫(kù)特性。其中，2003—2005年長(zhǎng)潭水庫(kù)曾發(fā)生藍(lán)藻水華事件，直接影響臺(tái)州市的供水安全。

二、污染源調(diào)查分析

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)潭水庫(kù)集雨區(qū)的生活污染源、畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)田面源、工業(yè)污染源和旅游污染源等調(diào)查并分類匯總，采用源強(qiáng)系數(shù)、排放率和入庫(kù)系數(shù)，計(jì)算得出各污染物排放量和入庫(kù)量。長(zhǎng)潭庫(kù)區(qū)年廢污水排放總量為227.59萬(wàn)t，其中生活污水219.00萬(wàn)t，農(nóng)業(yè)污染源（畜禽尿）1.69萬(wàn) t，工業(yè)污水6.71萬(wàn)t，游客生活污水0.19萬(wàn)t。年污染物排放總量4 956.76 t，年污染物入庫(kù)總量1 587.56 t，主要為農(nóng)業(yè)和生活污染源。

表1 2000—2009年長(zhǎng)潭水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)分表

表2 長(zhǎng)潭水庫(kù)主要污染物負(fù)荷綜合評(píng)價(jià)

采用等標(biāo)排放量評(píng)價(jià)法，對(duì)影響長(zhǎng)潭水庫(kù)水環(huán)境的農(nóng)業(yè)污染源、生活污染源、工業(yè)污染源和旅游污染源進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。由表2可知，庫(kù)區(qū)2008年主要污染物總等標(biāo)排放量為2 257.79 t，其中 CODCr、TN 和 TP 的等標(biāo)排放量分別達(dá)48.05 t、1 641.26 t和568.48 t，污染率指數(shù)分別為2.1%、72.7%和25.2%。氮和磷是水體污染的主要貢獻(xiàn)者。

三、水庫(kù)主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的環(huán)境容量分析

為有效保護(hù)長(zhǎng)潭水庫(kù)水環(huán)境，必須科學(xué)地評(píng)價(jià)其水環(huán)境容量。水環(huán)境管理中最為常用的水環(huán)境容量通常指水體在設(shè)計(jì)水文條件、規(guī)定環(huán)境保護(hù)目標(biāo)下，所能容納的最大污染物量。

1.控制指標(biāo)

根據(jù)長(zhǎng)潭水庫(kù)現(xiàn)狀水質(zhì)和庫(kù)區(qū)污染源調(diào)查結(jié)果，營(yíng)養(yǎng)鹽主要控制指標(biāo)確定為 TP、TN、CODCr。

2.計(jì)算模型選擇

長(zhǎng)潭水庫(kù)所在水功能區(qū)為山區(qū)性河流及水庫(kù)本身，結(jié)合其實(shí)際情況，采用數(shù)學(xué)模型為山區(qū)性河流一維均勻混合模型和水庫(kù)零維模型。

（1）山區(qū)性河流一維均勻混合模型

對(duì)于山區(qū)性河流而言，一維均勻模型假定污染物濃度僅在河流縱向上發(fā)生變化，主要適用于同時(shí)滿足以下條件的河段：①寬淺河段；②污染物在較短的時(shí)間內(nèi)基本能混合均勻；③污染物濃度在斷面橫向方向變化不大，橫向和垂向的污染物濃度梯度可以忽略。

表3 綜合衰減系數(shù)的確定值

表4 長(zhǎng)潭水庫(kù)庫(kù)體污染物總量控制成果表

污染物一般沿河岸分多處排放，每一河段內(nèi)可能存在多個(gè)污染源，采用概化的方法，即認(rèn)為污染物排放口在同一功能區(qū)內(nèi)沿河均勻分布，污染源分布是一種平均狀況；混合過(guò)程也假定在排污口斷面瞬時(shí)完成均勻混合。假定一段河流，污染源考慮在同一功能區(qū)內(nèi)沿河均勻分布，則可得如下公式：

式中：W 為水環(huán)境容量 （t/a），CS為下斷面污染物濃度（mg/L），C0為上斷面來(lái)水污染物濃度 （mg/L），K為綜合衰減系數(shù)（1/s），L 為河段長(zhǎng)度（m），U 為設(shè)計(jì)流速（m/s），Q 為設(shè)計(jì)流量（m3/s），α為不均勻系數(shù)。

（2）水庫(kù)零維模型

W=31.536×α×[Q0×（CS-C0）+KVCS/86400]式中：Q0為進(jìn)口斷面的入流流量（m3/s），V 為水體體積（m3），其余字母同上式含義。

（3）綜合衰減系數(shù)、不均勻系數(shù)的選擇

根據(jù)《浙江省水功能區(qū)納污能力核定報(bào)告》，本次長(zhǎng)潭水庫(kù)所在水功能區(qū)綜合衰減系數(shù)選定如表3。

由于水庫(kù)水體較深且水面面積較大，而污染物主要由岸邊排入，因此水庫(kù)水體不能全部參與污染物的稀釋、降解，需加入不均勻系數(shù)B。根據(jù)《浙江省水功能區(qū)納污能力核定報(bào)告》，結(jié)合長(zhǎng)潭水庫(kù)水面面積，確定不均勻系數(shù)為0.20。

3.入庫(kù)營(yíng)養(yǎng)鹽總量控制方案

根據(jù)上述計(jì)算模型、選用參數(shù)及水文設(shè)計(jì)條件，計(jì)算長(zhǎng)潭水庫(kù)功能區(qū)50%、75%、90%水量條件下的CODCr、TN、TP 的納污能力， 結(jié)合現(xiàn)狀污染物調(diào)查分析成果，分別核定長(zhǎng)潭水庫(kù)庫(kù)體 CODCr、TN、TP的入庫(kù)污染物削減量、削減率、入庫(kù)控制量，見(jiàn)表4。

由表4可知，長(zhǎng)潭水庫(kù)庫(kù)區(qū)現(xiàn)狀CODCr在 50%、75%、90%設(shè)計(jì)水文條件下，都能滿足功能區(qū)目標(biāo)水質(zhì)要求。水庫(kù)現(xiàn)狀TP、TN入庫(kù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其納污能力。在50%設(shè)計(jì)水文條件下，水庫(kù)現(xiàn)狀TN入庫(kù)量的削減率為42.3%，現(xiàn)狀TP入庫(kù)量的削減率為60.8%；按75%設(shè)計(jì)水文條件，水庫(kù)現(xiàn)狀TN入庫(kù)量的削減率為61.5%，現(xiàn)狀TP入庫(kù)量的削減率為74.0%；按90%設(shè)計(jì)水文條件，水庫(kù)現(xiàn)狀TN入庫(kù)量的削減率為71.2%，現(xiàn)狀TP入庫(kù)量的削減率為80.1%。

四、結(jié) 語(yǔ)

①長(zhǎng)潭水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化分析結(jié)果表明，每年4—9月?tīng)I(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)分值全部大于年平均值，10年間水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化程度總體加重，應(yīng)引起重視。

②水庫(kù)現(xiàn)狀水質(zhì)和庫(kù)區(qū)污染源分析調(diào)查結(jié)果表明，水庫(kù)主要污染源為農(nóng)業(yè)和生活污染，主要污染物為T(mén)N、TP、CODCr。

③主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水環(huán)境容量數(shù)學(xué)模型分析結(jié)果表明，不同設(shè)計(jì)水文條件保證率下，現(xiàn)狀CODCr都能滿足功能區(qū)目標(biāo)水質(zhì)要求；現(xiàn)狀TP、TN入庫(kù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其納污能力，長(zhǎng)潭水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)化控制的主要指標(biāo)，第一是控磷，第二是控氮。

[1]張永良,劉培哲，等.水環(huán)境容量綜合手冊(cè)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1991.

[2]陳松，姜德剛.崇明島河網(wǎng)水系營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分析與富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)[J].中國(guó)水利，2010（13）.

[3]張玉清.河流功能區(qū)水污染物總量控制的原理和方法［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2001.