廈門石兜—坂頭水庫庫區(qū)水質(zhì)污染源調(diào)查與評價*

廈門市環(huán)境保護(hù)科研所 焦衛(wèi)東 謝文玲 鄭建華 郭文義

隨著環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重和城市需水量的逐年增加，由水源水質(zhì)污染導(dǎo)致的城市供水安全問題已成為制約城市發(fā)展的重要因素，水源地污染狀況研究成為地區(qū)水環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的重要內(nèi)容。

石兜—坂頭水庫[1]是廈門市重要飲用水源地之一，水庫供水約占廈門市原水的20%。水庫由石兜水庫和坂頭水庫串聯(lián)而成，兩水庫由大壩相隔，屬于“庫套庫”型水庫(石兜水庫為內(nèi)水庫，坂頭水庫為外水庫)。水庫總匯水面積67.37km2，總庫容7398.6 萬m3，正常庫容6578.8 萬m3，下泄流量1.538m3/s，據(jù)建庫50 多年來的記錄統(tǒng)計，石兜—坂頭水庫年均總放水量為6518×104m3，其中農(nóng)業(yè)用水和棄水約占30%，城市供水約占70%，是一座集城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉和下游防洪為一體的具有多年調(diào)節(jié)功能的中型水庫。

本研究對庫區(qū)流域內(nèi)污染源進(jìn)行調(diào)查，確定引起庫區(qū)水質(zhì)污染的主要污染源和主要污染物及其貢獻(xiàn)率，為庫區(qū)流域污染控制管理，保護(hù)水源地水質(zhì)提供科學(xué)依據(jù)。

1 調(diào)查范圍、內(nèi)容及評價方法

1.1 調(diào)查范圍

石兜—坂頭水庫飲用水源保護(hù)區(qū)64.81km2范圍。

1.2 調(diào)查內(nèi)容及方法

采用《福建省飲用水水源地環(huán)境保護(hù)規(guī)劃編制技術(shù)大綱》（福建省環(huán)保局，2006）推薦的污染源調(diào)查方法?，F(xiàn)場調(diào)查的主要內(nèi)容包括生活污染源、畜禽污染源、水產(chǎn)養(yǎng)殖污染源、農(nóng)田地表徑流污染、山林地地表徑流污染等，確定各類污染源的分布情況、源強(qiáng)大小、排放方式，并進(jìn)行分類統(tǒng)計計算。污染物以CODCr、TN和TP為指標(biāo)，調(diào)查數(shù)據(jù)以2009年為基準(zhǔn)。

1.3 評價方法

國內(nèi)在污染物對水環(huán)境的影響方面，主要關(guān)注污染物對水體的排放量。采用等標(biāo)污染負(fù)荷法[2，3]評價各污染源對庫區(qū)水質(zhì)影響的大小，確定主導(dǎo)污染源，分析各類污染物對水體污染貢獻(xiàn)值的大小。等標(biāo)污染負(fù)荷法是通過將不同污染源排放的某污染物總量與該污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，從而獲得同一尺度上可以相互比較的量，該法簡單易行且具有較好的綜合性。其計算公式為：

式中，Qi——污染物排入水環(huán)境的量（t/a），即污染負(fù)荷；

Si—— 評價標(biāo)準(zhǔn)，采用GB3838-2002 Ⅱ類（湖、庫）水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，即CODCr15mg/L，TP 0.025mg/L，TN 0.5 mg/L；

Pi—— i污染物的等標(biāo)排放量（106m3/a）；

Ki—— 污染率指數(shù)。

參加評價的主要污染源污染物有CODCr、總氮和總磷，前者代表耗氧物質(zhì)，后兩項為富營養(yǎng)物質(zhì)。為避免重復(fù)，BOD、 CODMn和氨氮不參加評價。

2 各污染源調(diào)查結(jié)果及其入庫污染負(fù)荷計算

2.1 種植業(yè)面源污染負(fù)荷

流域內(nèi)農(nóng)村種植用地和耕地約191.65hm2。根據(jù)《福建省飲用水水源地環(huán)境保護(hù)規(guī)劃編制技術(shù)大綱》附件三“源強(qiáng)系數(shù)及應(yīng)用”的技術(shù)規(guī)定，計算庫區(qū)種植業(yè)面源污染負(fù)荷。針對廈門實際情況，對農(nóng)田源強(qiáng)系數(shù)進(jìn)行一定的修正（如表1）。種植業(yè)面源污染入庫量約為流失量的60%[4]。庫區(qū)種植業(yè)面源污染負(fù)荷見表2。

表1 廈門地區(qū)農(nóng)田徑流污染物排放量 單位：kg/畝·年

表2 石兜—坂頭水庫庫區(qū)種植業(yè)面源污染物排放量 單位： kg/a

2.2 農(nóng)村生活污染負(fù)荷

在石兜、坂頭水庫飲用水源地的一、二級保護(hù)區(qū)內(nèi)都沒有城鎮(zhèn)，因此水源地不存在城鎮(zhèn)生活污染。居住在水庫周圍有林場職工家屬，許莊、新村、官地、黃地村村民共計2647人。庫區(qū)農(nóng)村生活污水及人糞尿排污系數(shù)[2，3]見表3。

表3 生活污水、人糞尿、精養(yǎng)魚塘等的排污系數(shù) 單位：kg/人·a

2.3 農(nóng)村固體廢物污染負(fù)荷[5]

農(nóng)村固體廢物產(chǎn)生量按人均0.7 kg/d，TN和TP排放系數(shù)分別為0.21%和0.22%，入河量按7%計。

2.4 畜禽養(yǎng)殖污染負(fù)荷[2，6-8]

畜禽養(yǎng)殖排污系數(shù)及排放量見表4～表7。截至2009 年全流域規(guī)模生豬養(yǎng)殖存欄數(shù)為550 頭，牛存欄數(shù)49 頭。居民散養(yǎng)情況為：大型牲畜數(shù)量約為平均每戶居民1～1.5 頭（按平均1.25 頭豬計），家禽平均每戶約為3～5 只（按平均4只計）。

2.5 精養(yǎng)魚塘排污負(fù)荷

排污系數(shù)見表3。庫區(qū)有魚塘2hm2。

表4 各類畜禽糞尿的年排污系數(shù) 單位：kg/頭·a

表5 庫區(qū)畜禽糞尿污染物年排放量 單位：kg/頭·a

表6 畜禽糞尿污染物的流失率及進(jìn)入水體率（%）

表7 庫區(qū)畜禽糞尿污染物排放入水量 單位：t/a

2.6 水土流失污染負(fù)荷

2.6.1 水土流失

流域內(nèi)農(nóng)村種植用地和耕地約191.65公頃，各類林地總面積約為5807.94公頃。其污染負(fù)荷采用美國土壤流失通用方程（USLE），估算降水侵蝕造成的土壤流失:

式中: X —— 單位面積土壤侵蝕量(t/ha) ；

R —— 降雨侵蝕參數(shù)；

K —— 土壤侵蝕性參數(shù)；

LS —— 地形參數(shù)；

C —— 植被覆蓋因子；

P —— 管理參數(shù)。

參考《閩南地區(qū)的土壤侵蝕與治理》[9]，結(jié)合實地調(diào)查資料，選取適當(dāng)系數(shù)，估算水土流失量。即：降雨侵蝕參數(shù)R：石兜—坂頭水庫年平均R值為493.625[10]；土壤侵蝕性參數(shù)K：0.21；管理參數(shù)P值：0.8；植被與經(jīng)營管理因子C：0.0338；坡度坡長因子（LS）：5.18。

由此，石兜—坂頭水庫單位面積年水土流失量約為14.52t/hm2，水庫保護(hù)區(qū)匯水區(qū)面積64.81km2，則該流域潛在年水土年流失量為9.41×104t，類比廈門同安汀溪水庫水土流失面積占庫區(qū)流域面積比例為1.035%計算，石兜—坂頭水庫年水土流失量為973.95t。

侵蝕出的泥沙在向庫區(qū)運動時，會發(fā)生沉積等過程，不可能全部流到庫區(qū)，實際流失量與侵蝕量的比值稱為泥沙流失率，或輸沙比。借鑒相關(guān)文獻(xiàn)研究結(jié)果[11]，同時，石兜—坂頭水庫周邊地區(qū)森林覆蓋率較高，植被條件較好，但流域面積小，徑流流程較短，因此，綜合確定該地區(qū)的輸沙比為0.25，則年水土流失入庫量約243.49t。

2.6.2 溶解態(tài)N、P入庫量

對水庫富營養(yǎng)化來說，水土流失輸入水庫的溶解態(tài)氮磷起主要作用。用“溶解態(tài)氮磷”這個詞是為了強(qiáng)調(diào)從水中測得的那部分氮磷的含量, 而不是泥沙所吸附的那部分氮磷，即指通過斷面處的總氮和總磷。

用入庫百分率計算溶解態(tài)污染物的負(fù)荷。入庫百分率是綜合考慮污染物從土壤中溶出、隨徑流遷移轉(zhuǎn)化吸附沉降，包括物理、化學(xué)和生物過程在內(nèi)的污染物的最終入庫量占其產(chǎn)生量的百分?jǐn)?shù)。李寧等研究[12]表明，氮進(jìn)入水體的百分比為40%，磷為20%。本文取氮磷入庫百分比分別為40%和20%。計算公式如下：

式中：L —— 匯水區(qū)各污染物入庫量（t）；

X —— 單位面積侵蝕量（t/hm2）；

ρ—— 土壤中各污染物百分含量。根據(jù)相關(guān)研究[12,13]類比取值：庫區(qū)周邊地區(qū)流失土壤中的氮磷污染物背景含量(mg/kg)，平均含氮率為0.12%，即1200mg/kg；平均含磷率為0.029%，即290 mg/kg。

η —— 各污染物入庫百分率；

A —— 匯水區(qū)面積（hm2）。

2.6.3 CODCr進(jìn)入水體的量

常原飛[14]等研究表明，水體中COD與SS有很強(qiáng)的相關(guān)性，泥沙是SS的主要來源，其中含有大量難生物降解的有機(jī)質(zhì)。土壤有機(jī)質(zhì)與有機(jī)化合物一樣是由碳、氫、氧、氮、磷和硫等非金屬元素所組成，碳是有機(jī)質(zhì)最主要的成分。因此可以通過土壤中的有機(jī)質(zhì)含量求出碳的含量，進(jìn)而推求化學(xué)需氧量。土壤中碳儲量可以用有機(jī)質(zhì)含量乘以Bemmelen換算系數(shù)（即0.58gC/gSOC）求得[15]。

可知，碳和氧的原子比約為1:3，重量比為1:4。

因此，水土流失引起的COD污染負(fù)荷計算公式為：

式中：4為碳和COD的轉(zhuǎn)換系數(shù)；ρ為土壤中的碳含量（%）。

2.6.4 計算結(jié)果

應(yīng)用公式（1）、（2）、（3）計算得出，每年由水土流失流入該水庫的泥沙量為243.49t。每年溶解態(tài)N、P 入庫量分別為0.467t 和0.056t。每年CODCr入庫量為17.32t。

3 調(diào)查結(jié)果及綜合評價分析

為充分了解不同污染源及污染物對庫區(qū)水體污染的綜合情況，利用等標(biāo)污染負(fù)荷法對庫區(qū)污染狀況進(jìn)行評價和分析，結(jié)果見表8，圖1。

表8 石兜—坂頭庫區(qū)流域各污染源排放污染物的綜合評價

圖1 石兜—坂頭水庫污染狀況分布圖

綜合表8和圖1，從污染源類別來看，石兜—坂頭水庫因各種農(nóng)業(yè)面源污染排放入水體的污染物數(shù)量最為可觀，年排放量42.98t，占總污染物排放量的53.29%；其次是水土流失造成的徑流污染（年排放量17.84t，占總污染物排放量的22.13%）和農(nóng)村生活污水（年排放量17.39t，占總污染物排放量的21.56%），三者排放量占總排放量的88.52%。

從污染物類別來看，排放量以CODCr最大（67.49t），其次是氮（9.96t），總磷最少（3.20t），但按等標(biāo)排放量大小排序，則依次是總磷（127.90×106m3/a）、氮（19.92×106m3/a）、CODCr（4.50×106m3/a），其污染率指數(shù)分別為83.97%、13.07%、2.95%?？梢?，總磷是水庫水體污染的最主要污染物，污染率指數(shù)最高，對庫區(qū)水質(zhì)影響最大，也是造成其水體富營養(yǎng)化的主要原因。

4 庫區(qū)流域面源污染防治對策探討

石兜—坂頭水庫的氮磷污染物主要來自于農(nóng)村面源，包括農(nóng)業(yè)耕種施肥、農(nóng)村生活污水及固體廢物排放和水土流失。各種來源的氮磷最終通過徑流進(jìn)入水庫。無疑，減少氮磷排放量特別是磷的排放將有利于改善庫區(qū)水質(zhì)和防止水體進(jìn)一步富營養(yǎng)化。氮磷主要由農(nóng)業(yè)耕種、地表徑流和農(nóng)村生活等非點污染源排放，因此控制非點源即面源污染，進(jìn)一步改善庫區(qū)生態(tài)環(huán)境，提高水環(huán)境質(zhì)量，是該飲用水源地環(huán)境保護(hù)的一項重要工作。

4.1 加強(qiáng)庫區(qū)水源涵養(yǎng)林管理

加大庫區(qū)的水土流失治理力度，嚴(yán)格控制天然林采伐，實施封山育林；≥25°的坡地退耕還林，加大＜25°坡地的水土保持力度，盡量避免順坡墾植。一重山的涵養(yǎng)林和護(hù)坡護(hù)岸林，由市或區(qū)級人民政府設(shè)置警示標(biāo)志，禁止砍伐。抓好源頭天然林的保護(hù)和一重山生態(tài)林及100 米內(nèi)防護(hù)林帶建設(shè)，禁止擅自在一重山或外延100米范圍之內(nèi)10度以上山坡地進(jìn)行開墾、取土、采石等損害植被的行為。

有計劃地改造流域內(nèi)的低質(zhì)低效林分，合理調(diào)整生態(tài)公益林森林類型結(jié)構(gòu)布局，增加鄉(xiāng)土樹種（如合歡、木荷、樸樹、臺灣相思樹、構(gòu)樹、苦楝、楓楊、大青、牡荊、桃金娘、車桑子、豺皮樟、石楠等）的比例，營造針闊混交林，提高林分質(zhì)量，充分發(fā)揮生態(tài)公益林水源涵養(yǎng)功能，提高水土保持能力。

積極推行生態(tài)高效林業(yè)，開展林地減肥、減藥、循環(huán)增效生態(tài)保護(hù)工程，進(jìn)一步控制林業(yè)面源污染。

4.2 提倡農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)，遏制農(nóng)業(yè)耕作面源污染

推廣采用生態(tài)田埂，在現(xiàn)有田埂的基礎(chǔ)上，加高田埂10～15cm，同時在田埂兩側(cè)栽種紫云英、大豆等固土效果好、吸收能力強(qiáng)、管理粗放且有一定經(jīng)濟(jì)效益的植物，有效攔截農(nóng)田地表徑流的養(yǎng)分流失。大力提倡生物防治，積極推廣病蟲害綜合防治技術(shù)，推廣使用高效、低毒、低殘留的農(nóng)藥，合理施用農(nóng)藥，減少農(nóng)藥施用量；積極推廣實施測土配方和平衡施肥技術(shù)、肥料深施等農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)。

4.3 重視農(nóng)村生活污水和垃圾處理

建議庫區(qū)農(nóng)村生活垃圾實行“戶保潔、村收集，鎮(zhèn)運輸、區(qū)處理”的實施原則，按照《城鎮(zhèn)環(huán)境衛(wèi)生設(shè)施設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)》，對庫區(qū)內(nèi)自然村按照5 戶農(nóng)戶（16～18 人）1 個垃圾箱、80～100 戶農(nóng)戶（250～350 人）1 個垃圾收集房的原則配置，垃圾箱收運頻率每天一次，垃圾收集房收運頻率為2～3 天，確保垃圾不堆積。采取農(nóng)戶自行負(fù)責(zé)自家自戶的保潔和垃圾收集，村、鎮(zhèn)級政府組織協(xié)調(diào)收集運輸?shù)姆绞?，?xì)化農(nóng)村生活垃圾處理的分工和責(zé)任，提高生活垃圾處理全過程效益。

4.4 積極開展水源地環(huán)境保護(hù)宣傳

開展經(jīng)常性的水源安全保障、水源地保護(hù)和生態(tài)建設(shè)宣傳教育工作，加強(qiáng)水源保護(hù)的法律法規(guī)、農(nóng)村環(huán)境污染防治科技知識的普及和傳播，提高全民特別是庫區(qū)周邊民眾對水源地保護(hù)工作的參與意識和自覺性，把保護(hù)水庫水質(zhì)及周邊環(huán)境付諸實際行動，自覺抵制污染飲用水水源地的行為，逐步實現(xiàn)人水和諧共處。

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