許 琴 王 偉 查東平
(江西省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院,江西 南昌 330006)
鷹潭市中心城區(qū)江南水廠取水口(信江)飲用水源地為河流型水源地,取水口位于信江鷹潭城區(qū)段下游,中心經(jīng)度117°1′50.2″,緯度28°14′51.7″。江南水廠于1992年正式啟用,至2013年服務(wù)年限為21年,服務(wù)人口約20萬人,設(shè)計日取水量為10萬噸,2013年全年取水總量為1964萬噸。
按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)評價,2013年度鷹潭市中心城區(qū)飲用水源地水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限值的Ⅲ類水質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),飲用水源地水質(zhì)無超標(biāo)情況,達(dá)標(biāo)水量1964萬噸。但是如果參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅱ類水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn),2013年度鷹潭市中心城區(qū)飲用水水質(zhì)只有5月份達(dá)標(biāo),其他月份均只達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅲ水質(zhì),主要超標(biāo)因子有糞大腸菌群、總磷、總氮、溶解氧、COD和汞。
鷹潭市現(xiàn)有的飲用水源地取水口(江南水廠)在信江徑流上,毗鄰鷹潭市中心城區(qū),面臨城市生活污水等帶來的風(fēng)險,而且水源地二級保護(hù)區(qū)內(nèi)有交通要道信江大橋橫穿信江徑流,取水口上游4000米處的準(zhǔn)保護(hù)區(qū)還有鷹東大橋,這給現(xiàn)有的飲用水水源地帶來了極大的環(huán)境風(fēng)險,飲用水源地的環(huán)境安全受到威脅。
鷹潭市中心城區(qū)飲用水源地保護(hù)區(qū)內(nèi)目前無點源排污口,無規(guī)?;笄蒺B(yǎng)殖和河道網(wǎng)箱養(yǎng)魚。二級保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)有一處新建的信江大橋,橫跨信江,橋上無污水收集系統(tǒng),此外保護(hù)區(qū)周邊還存在少量分散式生活污水進(jìn)入信江。
但是在鷹潭市中心城區(qū)飲用水源地準(zhǔn)保護(hù)區(qū)上游是貴溪工業(yè)園區(qū),園區(qū)內(nèi)的主要工業(yè)企業(yè)有江西銅業(yè)股份有限公司貴溪冶煉廠、海利貴溪化工農(nóng)藥有限公司、貴溪化肥有限責(zé)任公司、貴溪千盛化工有限責(zé)任公司、貴溪發(fā)電有限公司、江西省貴溪火力發(fā)電廠、貴溪三元冶煉化工有限公司和江西麒麟化工有限公司貴溪冶煉廠等8家企業(yè),這些企業(yè)排放的污水中大多含有各種對人體有毒有害的重金屬,比如:銅、鉛、鋅、鎳、鈷、錫、銻、汞等。
現(xiàn)有的飲用水水源地江南水廠位于鷹潭市中心城區(qū),這給飲用水環(huán)境安全帶來了一定的風(fēng)險,難以避免城市生活污水和城市工業(yè)污水通過地下水等途徑污染飲用水水質(zhì),隨著城市的不斷擴(kuò)張和發(fā)展,此處作為飲用水源地的區(qū)位合理性,值得我們慎重考慮和評估。
根據(jù)近三年鷹潭市中心城區(qū)江南水廠飲用水源地監(jiān)測數(shù)據(jù)。我們發(fā)現(xiàn)鷹潭市江南水廠取水口一級保護(hù)區(qū)水質(zhì)最近三年都未能全部達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)中的Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn),一級保護(hù)區(qū)的水質(zhì)只能達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)中的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn),飲用水水質(zhì)有待提高。
鷹潭市中心城區(qū)無應(yīng)急備用水源地,因此存在極大風(fēng)險。一旦發(fā)生污染事故,無應(yīng)急備用的水源地進(jìn)行緩解和調(diào)度,將直接影響飲用水的水質(zhì),影響鷹潭市老百姓的生產(chǎn)生活。
為了避免鷹潭市現(xiàn)有飲用水源地保護(hù)區(qū)上游因交通穿越帶來的風(fēng)險,建議把中心城區(qū)飲用水源地取水口調(diào)整到現(xiàn)有江南水廠取水口上游5000米處,按照《江西省生活飲用水水源污染防治辦法》對河流型飲用水源地的劃分要求,根據(jù)鷹潭市環(huán)境監(jiān)測站2012年在童家河入口處紅衛(wèi)壩監(jiān)測斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,調(diào)整后的飲用水源地水質(zhì)優(yōu)良。因此無需采用二維水質(zhì)模型預(yù)測最大影響范圍,可采用類比經(jīng)驗方法,結(jié)合國家和我省相關(guān)法律法規(guī)綜合確定。
取水口:童家河匯入口上游500米,經(jīng)度為117o03'39.75",北緯28o16'41.60"。
一級保護(hù)區(qū)范圍:
水域:取水口上游1000m,下游100m范圍的河道水域,寬度為整個河寬;陸域:以《飲用水水源地保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》(HJ/T338-2007)中對一級保護(hù)區(qū)陸域范圍要求為依據(jù),以確保一級保護(hù)區(qū)水域水質(zhì)為目標(biāo),結(jié)合國家和我省相關(guān)法律法規(guī)對一級保護(hù)區(qū)陸域劃定要求,綜合確定水源地一級保護(hù)區(qū)陸域范圍。
根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,沿水流方向,取水口位于信江水流方向左岸,取水口側(cè)陸域第一山脊線范圍內(nèi)由低向高依次分布有河岸灘涂、道路、農(nóng)田和居民房屋;取水口對岸陸域第一山脊線范圍內(nèi)由低向高依次分布有河堤、道路、農(nóng)田和居民房屋。通過咨詢當(dāng)?shù)鼐用?,已知的最高洪水位從未淹及兩岸護(hù)堤??梢?,兩岸的道路形成了天然的堤壩,有效阻擋了洪水的進(jìn)一步侵入。
一級保護(hù)區(qū)范圍劃分結(jié)果:
水域長度:自取水點算起,上游1000m至下游100m范圍;水域?qū)挾龋赫麄€河寬;陸域長度和水域等長,陸域?qū)挾茸匀∷趦蓚?cè)的灘地以及迎水面堤腳向背水面延伸兩側(cè)道路邊界范圍。
二級保護(hù)區(qū)水域范圍:
根據(jù)《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》(HJ/T338-2007)中二級保護(hù)區(qū)水域范圍要求,二級保護(hù)區(qū)水域范圍采用二維水質(zhì)模型計算得到,二級保護(hù)區(qū)上游側(cè)邊界到一級保護(hù)區(qū)上游邊界所需的距離應(yīng)大于污染物從《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度水平衰減到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度的距離。信江鷹潭段為邊界條件較簡單的水域,可采用解析解方法進(jìn)行模擬計算。
(1)計算參數(shù)選取
二維水質(zhì)模型計算需提供信江鷹潭段相應(yīng)的水文參數(shù)、綜合降解系數(shù)、橫向混合系數(shù)和上游河段來水污染物排放強(qiáng)度等相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
根據(jù)鷹潭市梅江水文站提供的信江水文資料,信江枯水期流量為13.887m3/s;信江平均流速u=0.2m/s;信江鷹潭段平均河寬B=120m;河深H=0.6m;坡降比例I=0.145‰。由上述數(shù)據(jù)可以計算得出橫向混合系數(shù)Dy,并且結(jié)合CODcr的Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度為20mg/l,可以計算得出上游河段來水污染物排放強(qiáng)度。
綜合降解系數(shù)采用兩點法計算取得。參考2012年信江河段國控和省控斷面中CODcr和氨氮等主要污染物濃度監(jiān)測數(shù)據(jù),其中,CODcr選取2012年11月的江南水廠控制斷面和雙鳳村監(jiān)測斷面的CODcr污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。雙鳳村控制斷面接納了鷹潭市中心城區(qū)大部分工業(yè)廢水和生活污水,主要反映了鷹潭市中心城區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活對信江所造成的污染情況;雙鳳村削減斷面位于江南水廠斷面下游4.5km處,該斷面水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)可以說明信江對上游污染物的削減情況。
(2)主要計算公式
①CODcr綜合降解系數(shù)K
結(jié)合信江水文參數(shù)和水源地現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果,已知:信江流速u為0.2m/s,江南水廠斷面CODcr濃度CA為12mg/l,雙鳳村斷面CODcr濃度CB為7.73mg/l,兩斷面間距離為4.5km,則根據(jù)以下公式可以計算得到綜合降解系數(shù)K=1.69 1/d。
U:河流流速(m/s)
Δx:A點和B點間河流長度(m)
CA:A點污染物濃度值(mg/l)
CB:B點污染物濃度值(mg/l)
②橫向擴(kuò)散系數(shù)Dy
已知信江河深H、河寬B、坡降I等數(shù)據(jù),則根據(jù)以下公式可以計算得出橫向混色系數(shù)Dy=0.024m2/s。
H:河深(m)
B:河寬(m)
I:坡降比例
g:重力加速度取9.8m/s2
③預(yù)測濃度值C(x,y)
根據(jù)《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》(HJ/T338-2007)中相關(guān)要求,預(yù)測濃度計算采用二維穩(wěn)定排放解析解模式。
根據(jù)枯水期信江流量和CODcr的Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度,計算得出M為277.74g/s,結(jié)合其他計算參數(shù),根據(jù)以下公式可以得出縱向x,橫向y處的污染物濃度值,由此可推算出CODcr污染物從《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB 3838-2002 Ⅲ類衰減到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度所需的距離。
M:上游河段污染物排放強(qiáng)度(g/s)
h:河深(m)
ux:河流流速(m/s)
n:反射次數(shù)(當(dāng)n>4以后,計算結(jié)果趨于穩(wěn)定,計算時取n=4)
通過計算得出信江縱向和橫向濃度分布,具體見表1和圖1。
由表1可知,CODcr污染物由《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)15mg/l以下,所需要的降解距離至少為2950m。
表1 信江CODcr污染物由Ⅲ類水質(zhì)衰減到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)污染物濃度分布
圖1 CODcr污染物濃度降解趨勢示意圖
②NH4_N綜合降解系數(shù)K
參考2012年信江河段國控和省控斷面中氨氮濃度監(jiān)測數(shù)據(jù),選取2012年9月份信江雙鳳橋至余江界牌斷面監(jiān)測數(shù)據(jù),該斷面位于鷹潭主城區(qū)下游,屬于削減斷面,斷面間距離為7.55km。由此可以看出,上述選取斷面均為信江市省控和國控斷面,上述兩斷面均接納了信江沿岸大部分工業(yè)廢水和生活污水,能夠反映該區(qū)域工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活對信江所造成的污染情況,斷面水質(zhì)數(shù)據(jù)可以說明信江對上游污染物的削減情況。結(jié)合信江水文參數(shù)和水源地現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果,已知:信江流速u為0.2 m/s,江南水廠斷面NH4_N濃度CA為0.229mg/l,雙鳳村斷面NH4_N濃度CB為0.071mg/l,兩斷面間距離為7.55km,則根據(jù)公式以下可以計算得到綜合降解系數(shù)K=2.68 1/d。
u:河流流速(m/s)
目前已有一些教育軟件公司嘗試開發(fā)相應(yīng)的基于智能手機(jī)的課堂互動系統(tǒng),如清華大學(xué)的雨課堂平臺、師星學(xué)堂以及基于手機(jī)端的教學(xué)互動反饋系統(tǒng)EZStudy系統(tǒng)等。這些互動系統(tǒng)一般都是以校園網(wǎng)為基礎(chǔ),在普通多媒體教室中,由學(xué)生智能手機(jī)與教室原有的計算機(jī)、投影儀或大屏電視、相應(yīng)的軟件資源共同組成,具備傳統(tǒng)教室的基本特征和教學(xué)功能,同時可實現(xiàn)教學(xué)資源的數(shù)字化和教學(xué)活動的網(wǎng)絡(luò)化。其中,軟件資源包括課堂教學(xué)互動系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)、手機(jī)端移動APP以及數(shù)字化學(xué)習(xí)資源[2]。
Δx:A點和B點間河流長度(m)
CA:A點污染物濃度值(mg/l)
CB:B點污染物濃度值(mg/l)
②橫向擴(kuò)散系數(shù)Dy
已知信江河深H、河寬B、坡降I等數(shù)據(jù),則根據(jù)下列公式可以計算得出橫向混色系數(shù)Dy=0.024 m2/s。
H:河深(m)
B:河寬(m)
I:坡降比例
g:重力加速度取9.8m/s2
③預(yù)測濃度值C(x,y)
根據(jù)《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》(HJ/T338-2007)中相關(guān)要求,預(yù)測濃度計算采用二維穩(wěn)定排放解析解模式。
根據(jù)枯水期信江流量和NH4_N的Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度,計算得出M為13.88g/s,結(jié)合其他計算參數(shù),根據(jù)下面公式可以得出縱向x,橫向y處的污染物濃度值,由此可推算出NH4_N污染物從《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅲ類Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度所需的距離。
C(x,y)=
M:上游河段污染物排放強(qiáng)度(g/s)
h:河深(m)
ux:河流流速(m/s)
n:反射次數(shù)(當(dāng)n>4以后,計算結(jié)果趨于穩(wěn)定,因此計算時取n=4)
通過計算得出信江縱向和橫向濃度分布,NH4_N污染物由Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)1.0 mg/l衰減到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.5 mg/l以下,所需要的降解距離至少為4470m。
綜上所述,調(diào)整后的鷹潭市中心城區(qū)二級保護(hù)區(qū)水域長度應(yīng)該是沿一級保護(hù)區(qū)邊界向上游延伸4470米;支流塔橋河自匯入口上溯2000米;寬度:信江及塔橋河整個河寬。
二級保護(hù)區(qū)陸域范圍:
水源地二級保護(hù)區(qū)陸域范圍劃分主要通過采用最新的資源3號衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù),分析得出與一級保護(hù)區(qū)和二級保護(hù)區(qū)水域等長的陸域范圍內(nèi)集水面積,并結(jié)合國家及江西省有關(guān)飲用水源地二級保護(hù)區(qū)陸域范圍劃定要求等綜合確定。
長度:和水域等長;寬度:取水口兩側(cè)的灘地延伸至兩側(cè)道路邊界范圍。
(1)選擇應(yīng)急備用水源地的基本要求
a.水量要求
作為應(yīng)急備用水源地,必須要在短時間內(nèi)能夠形成一定規(guī)模的供水,才能滿足應(yīng)急期供水的要求。因此除了要評價應(yīng)急備用水源地的常規(guī)水量,還需要結(jié)合應(yīng)急要求的特殊性,對水源地的應(yīng)急水量進(jìn)行分析。在應(yīng)急開采的情況下,地表水水源地的應(yīng)急水量體現(xiàn)為湖、庫的興利庫容量;而地下水水源地則體現(xiàn)為可以動用的地下水儲存資源量。鷹潭市應(yīng)急備用水源所需水量至少應(yīng)滿足鷹潭市城市總體規(guī)劃近期的總供水量,適當(dāng)考慮城市規(guī)劃發(fā)展后期的用水量要求。
b.水質(zhì)要求
鷹潭市的特點是降水充沛,水資源補(bǔ)給、更新能力強(qiáng)。但是區(qū)內(nèi)缺少大型的匯水條件和蓄存空間,市區(qū)范圍內(nèi)缺乏大型水庫,有一定匯水條件和蓄存空間的中、大型水庫離市區(qū)都有一定的距離,這是鷹潭市尋求應(yīng)急備用水源地必須要面對的一個現(xiàn)實情況,同時尋求的應(yīng)急備用水源地的水質(zhì)需符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838)Ⅱ-Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求。
c.風(fēng)險防范能力要求
應(yīng)急備用水源地的選擇既要考慮自然突變可能造成的影響,還要盡量避開風(fēng)險源、工業(yè)園區(qū)、石油化工廠、垃圾填埋廠、危險品倉庫及運輸線路、尾礦庫等風(fēng)險源,防止風(fēng)險源對飲用水源造成的影響。
(2)鷹潭市區(qū)域內(nèi)可供選擇的應(yīng)急備用水源地比選
a.基本概況
通過實地調(diào)研和資料分析,我們得知在鷹潭市區(qū)域范圍內(nèi)能夠同時滿足以上作為應(yīng)急備用水源地的3個基本要求,或者通過建設(shè)發(fā)展,可以達(dá)到基本建設(shè)條件的備用水源地有白露河、五湖水庫和洪湖水庫。
白露河:白露河又名白公河,是信江一級支流,流域多年平均降水量為1924.5 mm,平均多年產(chǎn)水量2.668億m3,日平均73萬m3。水力資源理論蘊(yùn)藏量為0.34萬kw,已建有五湖中型水庫及上房等小型水庫。白露河流域無工業(yè)污染源,農(nóng)業(yè)面源污染比較小,森林覆蓋率高,水質(zhì)好。
五湖水庫:五湖水庫位于白露河支流,集水面積35.84 km2,最大水面積4.7 km2,最大庫容2640萬m3,有效庫容量為2100萬m3。是一座以灌溉為主兼顧發(fā)電、養(yǎng)殖的中型年調(diào)節(jié)水庫。水庫設(shè)計灌溉面積為1733 hm2,最大實灌面積1400 hm2。五湖水庫周邊無工業(yè)污染源,但是庫區(qū)存在水產(chǎn)養(yǎng)殖污染,庫區(qū)周邊有農(nóng)村生活污染和畜禽養(yǎng)殖污染。
洪湖水庫:洪湖水庫位于信江支流白塔河,集水面積為7.34 km2,多年平均徑流量為0.102億m3,是一座以灌溉為主,兼顧發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖的中型月調(diào)節(jié)水庫。水庫總庫容為0.138億m3,設(shè)計裝機(jī)容量為250 kW,實際裝機(jī)容量為400 kW,設(shè)計灌溉面積為1130 hm2。洪湖水庫周邊無風(fēng)險源,水庫周邊存在農(nóng)業(yè)面源污染和畜禽養(yǎng)殖污染。
(2)應(yīng)急備用水源地水資源評價
a.水量比較
五湖水庫控灌面積2.78萬畝,經(jīng)水量平衡分析,五湖水庫灌溉保證率為90%的典型年(1978年)來水量2901萬m3,在滿足控灌區(qū)的灌溉要求后,還有余水210萬m3,通過白塔新渠引水補(bǔ)充調(diào)節(jié),能增加供水量7000萬m3,能確保滿足控灌區(qū)和10萬m3/d水廠的用水要求。平均每天可取水20萬m3,能完全滿足水量要求。
白露河沿線農(nóng)業(yè)面污染小,水質(zhì)好,水量能滿足近期城區(qū)用水需求,但是它需要穿過320國道取水,這樣流域面積會大大縮小,同時還要重新建設(shè)水庫才能滿足供水的要求。
洪湖水庫水面積相對五湖水庫小,多年平均徑流量為0.102億m3,水量較小,白塔新渠處于洪湖水庫與五湖水庫的中間位置,洪湖水庫也可通過白塔新渠引瀘溪河水。
因此從水量上來比較,五湖水庫最優(yōu),白露河次之,洪湖水庫最少。
b.水質(zhì)比較
白露河流域林地多,植被好,生活污染和農(nóng)業(yè)污染小,無工業(yè)污染,水質(zhì)好。
洪湖水庫目前沒有水產(chǎn)養(yǎng)殖,但是周邊有養(yǎng)豬場,養(yǎng)豬企業(yè)產(chǎn)生的廢水排入湖中。洪湖水庫面積小相對容易管理,農(nóng)業(yè)面源不易進(jìn)入。
五湖水庫屬于余江水產(chǎn)場。有大量的水產(chǎn)養(yǎng)殖,養(yǎng)殖污染多,目前不適合作飲用水源。
因此從水質(zhì)上比較,白露河最優(yōu),洪湖水庫次之,五湖水庫最差。
c.多方案比選
經(jīng)過以上比較分析可知,五湖水庫水量最大,白露河水質(zhì)最優(yōu),但是從長遠(yuǎn)考慮,白露河的水量難以通過人為措施來增加,而五湖水庫的水質(zhì)可以通過對庫區(qū)周邊的農(nóng)村和漁業(yè)養(yǎng)殖采取污染治理措施減少污染物的排放,從而提高五湖水庫的水質(zhì)。所以綜合水量、水質(zhì)以及風(fēng)險防范因素考慮,選擇五湖水庫作為鷹潭市應(yīng)急備用水源地是比較合理的選擇。
總之,隨著鷹潭市城區(qū)的不斷擴(kuò)張發(fā)展,目前的鷹潭市中心城區(qū)江南水廠取水口水源地的水質(zhì)風(fēng)險和環(huán)境管理風(fēng)險都在不斷提高,重新調(diào)整劃分新的飲用水源地和選擇一個應(yīng)急備用水源地迫在眉睫,當(dāng)這些確定之后,許許多多有關(guān)飲用水源地的污染治理、規(guī)范化建設(shè)和管理制度的制度等問題都需要及時解決,只有這樣,才能保障飲用水源地的水質(zhì)安全,才能讓應(yīng)急備用水源地在應(yīng)急的時候及時發(fā)揮效用,在發(fā)生飲用水環(huán)境污染事故時把損失和影響降到最低,保障鷹潭市老百姓的飲水安全。