密云水庫水體富營養(yǎng)化評價(jià)與防治

孟 碟,葛 曦

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,貴州貴陽 550002)

密云水庫水體富營養(yǎng)化評價(jià)與防治

孟 碟,葛 曦

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,貴州貴陽 550002)

以北京密云水庫監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)為例,按照層次分析法(AHP)的步驟建立適用于密云水庫的AHP模型,并結(jié)合密云水庫的自然地理環(huán)境和水文環(huán)境,對密云水庫的水體富營養(yǎng)化程度進(jìn)行科學(xué)評價(jià)。根據(jù)評價(jià)結(jié)果有針對性地對密云水庫水體富營養(yǎng)化防治提出建議,為能夠有效的遏制水庫水體富營養(yǎng)化趨勢,制定出合理方案,從而有效的消除污染隱患。

密云水庫;AHP;水體富營養(yǎng)化;防治

富營養(yǎng)化是指生物所需的氮、磷等無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)人湖泊、河口、海灣等相對封閉、水流緩慢的水體,在適宜的外界環(huán)境(水域的物理化學(xué)環(huán)境)因素綜合作用下,引起藻類及其它浮游生物迅速繁殖,水體溶解氧量下降,水質(zhì)惡化,魚類及其它水生生物大量死亡的現(xiàn)象[1]。造成水體富營養(yǎng)化主要有兩個(gè)方面的原因。一是在自然條件下,由于水土流失、蒸發(fā)和降水輸送等過程造成水體富營養(yǎng)化;二是現(xiàn)代工業(yè)化大生產(chǎn)高耗能、高排放加速了水體富營養(yǎng)化。因此,如何評價(jià)和認(rèn)識水體富營養(yǎng)化問題,并提出有效的防治措施,為水庫水體的健康發(fā)展提供決策依據(jù),具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)對水體富營養(yǎng)化的科學(xué)評價(jià)可以為政府水環(huán)境質(zhì)量管理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提出管理工具和決策支持。筆者根據(jù)密云水庫監(jiān)測數(shù)據(jù)利用層次分析法對水體富養(yǎng)化進(jìn)行評價(jià),并對防治提出建議。

1 密云水庫概況

密云水庫建于北京密云潮白河,控制流域面積15788 km2,多年平均流量50 s/m3,設(shè)計(jì)洪水流量16500 s/m3,總庫容43.75億m3,設(shè)計(jì)灌溉面積400萬a,裝機(jī)容量8.8萬kW。主壩壩型為粘土斜墻土壩,最大壩高66 m(白河主壩),壩頂長度960 m(白河主壩),壩基巖石為砂礫石覆蓋層,壩缽工程量1105萬m3。主要泄洪方式為岸邊溢洪道,大壩特點(diǎn)是壩基混凝土墻和灌漿防滲。密云水庫是北京市最大的飲用水源水庫,在2002年曾經(jīng)監(jiān)測出了微囊藻毒素。由于水體富營養(yǎng)化引起藻類的大量繁殖,藻類中的藍(lán)藻能夠產(chǎn)生微囊藻毒素(m icrocystins,MC),給人類健康帶來巨大的威脅。尤其是在長期暴露的情況下,即使是低劑量的MC也有相當(dāng)大的危害[2]。為此,在2007年對密云水庫相關(guān)的富營養(yǎng)化指標(biāo)進(jìn)行了三次監(jiān)測,監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1。

表1 密云水庫水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

2 層次分析法(A HP)介紹及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 層次分析法(A HP)

層次分析法是美國運(yùn)籌學(xué)家 T.L.Saaty于20世紀(jì)70年代初期提出的。AHP是對定性問題進(jìn)行定量分析的一種簡便、靈活而又實(shí)用的多準(zhǔn)則決策方法。它能夠把復(fù)雜問題中的各種因素通過劃分為相互聯(lián)系的有序?qū)哟问怪畻l理化,同時(shí)把專家意見和分析者的客觀判斷結(jié)果直接而有效地結(jié)合起來,進(jìn)行層次化得定量分析和描述,最后再利用數(shù)學(xué)方法來處理每一層次元素權(quán)重值后進(jìn)行排序,排序的結(jié)果可直接作為決策的量化依據(jù)。

2.2 水體富營養(yǎng)化評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表2),把湖庫水體富營養(yǎng)化狀況分為5個(gè)等級,貧營養(yǎng)、中營養(yǎng)、中富營養(yǎng)、富營養(yǎng)、重富營養(yǎng),即評價(jià)集為:V={Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ}。

表2 湖庫水體富營養(yǎng)化級別的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 密云水庫AHP模型的建立及評價(jià)分析

3.1 建立A HP模型

如圖1所示。

圖1 密云水庫水體富營養(yǎng)化評價(jià)層次分析模型

3.2 構(gòu)造A-B判斷矩陣并計(jì)算最大特征根及對應(yīng)特征向量和一致性檢驗(yàn)

表3 各準(zhǔn)則相對重要性比較

3.3 構(gòu)造B-C判斷矩陣并計(jì)算最大特征根及對應(yīng)特征向量和一致性檢驗(yàn)

表4 密云水庫富營養(yǎng)層次總排序

即具有滿意的一致性,根據(jù)密云水庫富營養(yǎng)化的層次總排序,次權(quán)重從大到小分別是0.398(Ⅲ級),0.334(Ⅰ級),0.158(Ⅱ級),0.074(Ⅳ級),0.036(Ⅴ級),故密云水庫2007年5月17日的水體富營養(yǎng)化程度屬于三級中富營養(yǎng)程度。

3.4 計(jì)算結(jié)果

密云水庫的營養(yǎng)狀況,根據(jù)水體富營養(yǎng)化的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評分法,綜合以上對密云水庫監(jiān)測數(shù)據(jù)的計(jì)算,其結(jié)果表明:北京最大的水源地密云水庫的富營養(yǎng)化程度大多數(shù)還是較高,屬于三級中富營養(yǎng)化程度。分析原因主要為大量氮磷化合物排入密云水庫,破壞了原生態(tài)平衡,大量藻類生物的繁殖,使水體中的溶解氧下降,從而導(dǎo)致魚類等生物缺氧死亡,死亡的魚類生物尸體又加速和循環(huán)了水體營養(yǎng)化。根據(jù)這一事實(shí)推斷,大量氮磷化合物排入密云水庫是造成該水庫富營養(yǎng)化的根本原因。另一個(gè)原因是水庫中的藻類植物進(jìn)行光合作用又合成本身的原生質(zhì),循環(huán)加速了這一進(jìn)程。

4 結(jié)語

綜上所述,密云水庫營養(yǎng)程度屬于三級中富營養(yǎng),富營養(yǎng)化程度較高,可以看出密云水庫也是屬于中富營養(yǎng)型水庫,個(gè)別時(shí)段情況也會惡化,COD、總磷、總氮超標(biāo)嚴(yán)重,為了提高水庫水體質(zhì)量,只有各級部門加強(qiáng)合作,相互配合,采取有效措施,才能取得成效。因此,建議:

(1)嚴(yán)格控制氮磷等營養(yǎng)物的輸入。絕大多數(shù)水體富營養(yǎng)化主要是外界輸入的氮磷等營養(yǎng)物在水體中富集造成的。如果減少或者截?cái)嗤獠枯斎氲牡椎葼I養(yǎng)物質(zhì),就使水體失去了營養(yǎng)物質(zhì)富集的可能性。為此,首先應(yīng)該嚴(yán)格控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)輸入水庫,從源頭上抓起,準(zhǔn)確調(diào)查清楚排入水體的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的主要來源點(diǎn),并計(jì)算出年排放的氮、磷總量,為實(shí)施控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)的措施提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

(2)抑制氮磷等營養(yǎng)物的再生和循環(huán)。氮磷等營養(yǎng)物一旦流入水庫,就很可能被水庫中的某些生物吸收并加以利用,從而打破原有的生態(tài)平衡。比如藻類生物會因?yàn)闋I養(yǎng)過剩而大量生長,導(dǎo)致藻類生物搶占氧氣致其他水生物的死亡,其他水生物的死亡尸體又再次成為氮磷營養(yǎng)物,就這樣使氮磷等營養(yǎng)物得到惡性循環(huán)。因此,應(yīng)充分調(diào)查,明確造成水庫營養(yǎng)化的根本原因,針對不同的情況采取不同的科學(xué)辦法抑制氮磷等營養(yǎng)物的再生和循環(huán)。

(3)要系統(tǒng)地掌握密云水庫的水體富營養(yǎng)化機(jī)理及變化過程,并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行有效的預(yù)測。采取科學(xué)調(diào)水、生態(tài)修復(fù)等技術(shù)手段從各方面進(jìn)行綜合防治,嚴(yán)格控制氮磷等營養(yǎng)物排入水庫,同時(shí)減少汛期徑流所攜帶的營養(yǎng)物質(zhì)流入,并最大限度地進(jìn)行水土保持,減少和控制磷等營養(yǎng)物輸入水庫。只要污染源得到控制,密云水庫富營養(yǎng)化現(xiàn)象就可以得到進(jìn)一步的改善。

[1] 齊孟文,劉鳳娟.城市水體富營養(yǎng)化的生態(tài)危害及其防治措施[J].環(huán)境科學(xué)動態(tài),2004,(1):44-46.

[2] CARM ICHAEL WW,FALCONER IR.Diseases related to freshwater blue2green algal toxins and control measures.In:FALCONER IR,ed.Algal toxins in seafood and drinking water[M].London:Academic Press,1993:187-20.

Assessmen t and con trol of water eutrophication in M iyun Reservoir

MENGDie,GE Xi

(Guizhou Survey&Design Research Institute for W ater Resources and H ydropow er,GuiYang Guizhou550002,China)

Taking the data obtained from monito ring in M iyun Reservoir in Beijing fo r examp le,A HP model w hich was suitable for M iyun Reservoir was established according to the analytic hierarchy p rocess(A HP),and then the model was app lied to assess the water eutrophication level of M iyun Reservoir scientifically,combine the natural geographical environment and hydrological environment of M iyun Reservoir.Based on the evaluation results,targeted p roposals were submitted fo r the control of water eutrophication in M iyun Reservoir to contain the water eutrophication tendency effectively,and made a reasonable so lution,thus eliminated pollution hazard effectually.

M iyun Reservoir;A HP;Water eutrophication;Control

X824

:A

1001-9383(2011)02-0053-05

2011-05-25

孟碟(1978-),男,博士研究生,工程師,從事水利水電工程分析研究,mengdiexyz@163.com.