清河水庫富營(yíng)養(yǎng)化研究及治理對(duì)策

謝志鋼,董王君璞，李淑玲

（遼寧省水文局，遼寧 沈陽 110003）

清河水庫富營(yíng)養(yǎng)化研究及治理對(duì)策

謝志鋼,董王君璞，李淑玲

（遼寧省水文局，遼寧 沈陽 110003）

通過對(duì)清河水庫水質(zhì)和富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)進(jìn)行分析，得出入庫口水質(zhì)稍差且呈富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。通過對(duì)水庫上游集水區(qū)域進(jìn)行污染源調(diào)查發(fā)現(xiàn)農(nóng)藥、化肥污染和分散式畜禽養(yǎng)殖污染占總氮、總磷入庫總量的 90%以上，以此為依據(jù)提出對(duì)水庫上游區(qū)域進(jìn)行非點(diǎn)源綜合整治及入庫水質(zhì)生態(tài)治理的建議。

富營(yíng)養(yǎng)化；污染源調(diào)查；非點(diǎn)源污染；治理對(duì)策

1 概述

遼寧省水資源總量多年平均值為 342 億 m3，人均占有水資源量?jī)H為全國(guó)的 1/3，是北方嚴(yán)重缺水的省份之一。水庫作為遼寧省的主要的地表水飲用水源地，與千百萬人的生活息息相關(guān)，而水庫水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重威脅著水庫供水安全，也嚴(yán)重制約水庫功能的正常發(fā)揮。為避免水庫水質(zhì)受上游污染河流的污染，在河流入庫之前采取相應(yīng)的治污措施是必要的。通過污染源綜合整治及河流入庫前水質(zhì)的生態(tài)處理，可以有效地限制和減少污染物質(zhì)進(jìn)入水庫，從而達(dá)到防治水庫水體富營(yíng)養(yǎng)化的目的。

2 水庫水質(zhì)狀況

清河水庫水質(zhì)目標(biāo)為Ⅱ類，按照 SL 395-2007《地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》 和 GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)清河水庫水質(zhì)和富營(yíng)養(yǎng)化狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)

自 2007 年 7 月開始對(duì)清河水庫的入庫口、庫中心和壩前區(qū)3個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中入庫口和壩前區(qū)至今各監(jiān)測(cè) 78 次，庫中心共監(jiān)測(cè)42 次。水庫水質(zhì)評(píng)價(jià)采用單指標(biāo)評(píng)價(jià)法，按頻次法對(duì)水庫的3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的達(dá)標(biāo)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明：庫中心和壩前區(qū)的水質(zhì)類別主要為Ⅰ類和Ⅱ類，達(dá)標(biāo)率均在 80%以上；入庫口達(dá)標(biāo)率為52.6%，主要超標(biāo)項(xiàng)目為高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮等，說明水庫上游集水區(qū)匯入了這些主要的污染物，導(dǎo)致入庫口水質(zhì)較差。

2.2 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

對(duì)水庫的3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：入庫口、庫中心、壩前區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化占比分別為 78.2%，40.5%，39.7%，見表 1。水庫入庫口、庫中心、壩前區(qū)總磷多年平均濃度分別為 0.044，0.024，0.023 mg/L 為中營(yíng)養(yǎng)，總氮多年平均濃度分別為 4.53，2.81，2.86 m g/L 為中度富營(yíng)養(yǎng)，庫區(qū)氮、磷富營(yíng)鹽濃度低于入庫口，說明上游來水?dāng)y帶了大量的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽，這是水庫水體富營(yíng)養(yǎng)化的潛在威脅。

氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽是藻類生長(zhǎng)的基本要素，同時(shí)也是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要影響因素。Redfield 定律認(rèn)為 TN/TP 的值大于 16 時(shí)，水體中的磷元素可能的限制性營(yíng)養(yǎng)鹽；水庫各斷面 TN/TP 的值均大于 16，說明磷元素不足可能是限制藻類生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)鹽。葉綠素α是浮游植物現(xiàn)存量的重要指標(biāo)，水體葉綠素α含量的高低也反映出水體的營(yíng)養(yǎng)狀況，研究葉綠素與污染物和營(yíng)養(yǎng)鹽的關(guān)系對(duì)水庫富營(yíng)養(yǎng)化有重要的意義。對(duì)壩前區(qū) 2012 至 2013 年的 數(shù) 據(jù) ，包 括 高 錳 酸 鹽 指 數(shù)（x1）、總 磷（x2）、總 氮（x3）、透 明 度（x4）和 葉 綠 素 α（y）5 個(gè) 項(xiàng) 目 ，進(jìn) 行 多元線性回歸分析，得到：

其中，葉綠素與透明度和總磷的相關(guān)性較好（p＜0.05），與總氮和高錳酸鹽指數(shù)的相關(guān)性差，再次說明磷元素是限制水庫富營(yíng)養(yǎng)化的一個(gè)主要因素。

2.3 水庫上游污染源及污染物入庫量調(diào)查

污染源調(diào)查范圍：清河水庫一、二級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)的所有行政村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和縣城，調(diào)查的內(nèi)容包括農(nóng)村生活污染，農(nóng)藥、化肥污染，分散禽畜養(yǎng)殖污染，城鎮(zhèn)地表徑流負(fù)荷等4個(gè)方面。

調(diào)查的內(nèi)容：保護(hù)區(qū)內(nèi)的所有行政村的農(nóng)村人口總量為 110 825 人，農(nóng)藥和化肥施用量分別為744，46 744 t/a，分散式禽畜養(yǎng)殖規(guī)模為 674 339頭標(biāo)準(zhǔn)豬，城鎮(zhèn)面積約為 5.3 km2，該區(qū)域 內(nèi)的化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、總磷（TP）和總氮（TN）的入庫總量分別為 3 223，36，907，521 t/a。各污染源的各項(xiàng)污染指標(biāo)的產(chǎn)生量及入庫量見表2。

表2 清河水庫污染調(diào)查及入河量估算

3 水庫上游污染綜合整治建議

清河水庫上游點(diǎn)源污染已經(jīng)得到了很好地控制，非點(diǎn)源污染成為清河水庫的主要污染來源，主要污染物為高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、總磷和總氮。

3.1 非點(diǎn)源污染綜合整治工程

清河水庫的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽主要來源為非點(diǎn)源污染，由表 2 知，農(nóng)田地表徑流污染（農(nóng)藥、化肥污染）和分散式畜禽養(yǎng)殖污染是清河水庫的主要污染源。解決清河水庫水體富營(yíng)養(yǎng)化問題的關(guān)鍵在于控制非點(diǎn)源氮和磷的輸入，根據(jù)水庫污染源情況，對(duì)其整治措施主要從兩方面考慮。

1）加強(qiáng)水土保持和農(nóng)田徑流控制。水土保持工程主要包括林草種植，谷坊工程、小河道理工程、魚鱗坑、果樹臺(tái)田等；農(nóng)田徑流控制措施主要有保土耕作、植物穿帶、退耕還林還果等，同時(shí)還加強(qiáng)減少地表徑流的技術(shù)及化肥、農(nóng)藥合理施用技術(shù)研究。

2）加強(qiáng)分散式畜禽養(yǎng)殖污染控制。分散式畜禽養(yǎng)殖規(guī)模較小、分布不集中、管理粗放，導(dǎo)致大量畜禽糞便隨意沿河道堆放和無序排放，這已經(jīng)成為清河水庫氮、磷污染的主要的面源污染源之一，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)分散式養(yǎng)殖的科學(xué)管理和規(guī)劃布局、優(yōu)化畜牧場(chǎng)設(shè)計(jì)方案、科學(xué)配方飼料、建設(shè)畜禽糞便處理及資源化設(shè)施、發(fā)展混養(yǎng)模式、加大對(duì)規(guī)?；B(yǎng)殖的政策扶持。

3.2 入庫水質(zhì)生態(tài)治理

入庫口水質(zhì)生態(tài)治理的內(nèi)容主要包括：河湖濱帶生態(tài)修復(fù)以及人工濕地建設(shè)。

1）湖濱帶是水陸生態(tài)系統(tǒng)間的一個(gè)過渡和緩沖區(qū)域，其界面特點(diǎn)使得它具有保持物種多樣性、攔截物質(zhì)流和能量流、穩(wěn)定相鄰生態(tài)系統(tǒng)、凈化水體和減少污染等功能。從洱海湖濱帶示范工程的成功經(jīng)驗(yàn)可以看出，將湖濱帶的生態(tài)修復(fù)工程與農(nóng)村面源污水處理相結(jié)合，強(qiáng)化湖濱帶的環(huán)境功能，是當(dāng)前緩解農(nóng)村面源污染的行之有效的應(yīng)急措施。

2）人工濕地是指為處理污水而人為設(shè)計(jì)建造的工程化的濕地系統(tǒng)。人工濕地利用基質(zhì)、植物和微生物這個(gè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的物理、生物和化學(xué)的三重協(xié)調(diào)作用，通過過濾、吸附、共沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的高效凈化，同時(shí)通過營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（氮、磷）和水分的生物地球化學(xué)循環(huán)，促進(jìn)綠色植物生長(zhǎng)并使其增產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)廢水的資源化與無害化利用。

4 結(jié)語

清河水庫上游集水區(qū)匯入了大量的污染物和氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽，導(dǎo)致入庫口水質(zhì)較差且富營(yíng)養(yǎng)化程度高。農(nóng)田地表徑流和分散式畜禽養(yǎng)殖污染匯入水庫的總氮和總磷占其入庫量的 90%以上，建議加強(qiáng)水土保持、控制農(nóng)田徑流、控制分散式畜禽養(yǎng)殖污染，對(duì)入庫水質(zhì)進(jìn)行生態(tài)治理，控制入庫氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽總量，降低水庫水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。

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圖2 接收井洞口旋噴樁布置圖

3）接收井澆筑時(shí)已在洞口封門距沉井外井壁5 cm 處砌筑一道 50 cm 的磚墻。當(dāng)機(jī)頭至接收井離井壁 50 cm 時(shí)，放出機(jī)頭正確位置，再按機(jī)頭位置將接收井洞口處磚墻拆除（磚墻敲碎后形成圓洞的直徑應(yīng)比機(jī)頭直徑大 2 cm 左右）。

4）在井內(nèi)設(shè)置延伸導(dǎo)軌，將機(jī)頭徐徐推進(jìn)接收井內(nèi)，避免機(jī)頭進(jìn)洞時(shí)出現(xiàn)“磕頭”現(xiàn)象。

5）機(jī)頭進(jìn)洞后，一直推進(jìn)到第一節(jié)管子到達(dá)設(shè)計(jì)位置后停止頂進(jìn)，并立即將預(yù)留孔和管壁之間的空隙用快硬抗?jié)B水泥砂漿填充密實(shí)封堵洞口。

6）用小油缸將機(jī)頭與管子分開，再用行車將機(jī)頭起吊至地面。

5 結(jié)語

輸水管線穿越大遼河段工程已按上述方案完成施工，事實(shí)證明：通過在工作井和接收井洞口實(shí)施旋噴樁加固土體方案，并采取相應(yīng)的防范措施，有效防止了洞口處涌水、土體流失、坍塌及管子沉降等問題的出現(xiàn)，確保頂管施工順利進(jìn)行。

[收稿日期]2013-12-30

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