陡河水庫水質(zhì)季節(jié)性變化分析及防治措施

徐偉偉

（河北省唐山水文水資源勘測局，河北 唐山 063000）

1 陡河水庫概況

陡河水庫坐落于燕山南麓的陡河上游，位于唐山市東北15km處，總庫容5.1億m3，集水面積530km2，常年水位31.6m （大沽高程），相應(yīng)面積12km2，宜漁水面積 840hm2。

陡河水庫屬于湖泊型水庫，平均水深3.4m，暖溫帶季風(fēng)氣候，四季分明，年均氣溫10.6℃，霜凍期130d，年均降水量678mm，是一座以防洪為主，兼供唐山市工農(nóng)業(yè)用水及居民生活用水的大型綜合性水庫，也是引灤入唐輸水工程的重要組成部分，對唐山市的經(jīng)濟發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

1978年以來，頻繁的經(jīng)濟活動使水庫中的營養(yǎng)鹽含量不斷增多，導(dǎo)致夏季藍藻大爆發(fā)，水庫水質(zhì)不斷惡化，富營養(yǎng)化問題突出影響了陡河水庫的飲用水水源功能［4］。2012年唐山市環(huán)境狀況公報給出了陡河水庫的水質(zhì)現(xiàn)狀。公報指出陡河共設(shè)6個監(jiān)測斷面：陡河水庫西入口、陡河水庫中心、鋼廠橋、女織寨、稻地和澗河口，全年各斷面水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果如表1。

表1 陡河各監(jiān)測斷面水質(zhì)類別及主要污染物

2 陡河水庫水質(zhì)季節(jié)性變化分析

2.1 水質(zhì)分析方法

選取陡河水庫壩上為監(jiān)測點，取表層水樣進行水質(zhì)監(jiān)測，監(jiān)測頻次為每月一次。季節(jié)為春、夏、秋、冬四季。選擇水質(zhì)分析項目主要是CODMn、TN和TP，評價標(biāo)準(zhǔn)參照GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［5］。 CODMn、TN 和 TP 各個季節(jié)數(shù)據(jù)按如下方法得到：以3、4、5月監(jiān)測數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值為春季數(shù)據(jù)，以6、7、8月監(jiān)測數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值為夏季數(shù)據(jù)，以9、10、11月監(jiān)測數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值為秋季數(shù)據(jù)，以12、1、2月監(jiān)測數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值為冬季數(shù)據(jù)。評價依據(jù)為《地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法》（試行）［6］。

2.2 CODMn季節(jié)性變化分析

CODMn濃度的季節(jié)性變化如圖1所示。

圖1 CODMn濃度-季節(jié)

圖1表明，2006～2010年，CODMn隨季節(jié)變化不明顯，濃度最高值出現(xiàn)在2007年夏季，為4.43mg/L。濃度最低值出現(xiàn)在2010年夏季，最低值為2.30mg/L。超過國家II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的只有2007年夏季，占所有評價季節(jié)的5%，近5年各個季節(jié)CODMn值均超過國家I類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但均在國家Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

2.3 TN季節(jié)性變化分析

TN濃度的季節(jié)性變化如圖2所示。

圖2 TN濃度-季節(jié)

圖2表明，TN的季節(jié)性變化顯著，2006～2010年，TN最高值出現(xiàn)在2010年夏季，最高值為2.82mg/L，最低值出現(xiàn)在2006年秋季，最低值為1.20mg/L。近5年超過國家IV水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的季節(jié)有18個，占總數(shù)的90%，超過國家V類水的季節(jié)有2006年春季、2006年夏季、2008年夏季、2008年冬季、2009年春季、2009年冬季、2010年春季、2010年夏季，共計8個占近5年所有季節(jié)的40%。進一步分析發(fā)現(xiàn)，TN的最低值都出現(xiàn)在每年的秋季，高值多出現(xiàn)在每年的夏季，具有顯著的季節(jié)變化特征。

2.4 TP季節(jié)性變化分析

TP濃度的季節(jié)性變化如圖3所示。

圖3 TP濃度-季節(jié)

圖3表明，TP的季節(jié)性變化并不十分顯著。2006～2010年，TP最高值出現(xiàn)在2010年春季，最高值為0.076mg/L，最低值出現(xiàn)在2007年冬季，最低值為0.010mg/L。超過國家III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的有2009年冬季，2010年春季，占所有評價季節(jié)的10%，超過國家II水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的季節(jié)有11個，占55%，近五年各個季節(jié)TP值，只有2007年冬季值在國家I類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

通過對CODMn、TN、TP的分析，陡河水庫水質(zhì)突出的問題是TN濃度高，并且每年的秋季出現(xiàn)低值，高值則多出現(xiàn)在夏季，CODMn、TP則無顯著季節(jié)性變化。因此控制TN的排放，不僅是抑制陡河水庫富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因子，更是提高和改善陡河水庫的關(guān)鍵水質(zhì)指標(biāo)。除此之外，對于TN的控制還應(yīng)進行N的各形態(tài)的分析，確定N的形態(tài)主要超標(biāo)因子。

3 陡河水庫TN超標(biāo)防治措施

3.1 加強農(nóng)業(yè)污染的綜合治理

（1）農(nóng)業(yè)面源起因于土壤的擾動而引起農(nóng)田中的土粒、氮磷在降雨或灌溉過程中，借助農(nóng)田地表徑流、農(nóng)田排水和地下滲漏等途徑而大量地進入水體，或因畜禽養(yǎng)殖業(yè)的任意排污直接造成水體污染。農(nóng)業(yè)面源同點源相比，具有隨機性、廣泛性、滯后性、模糊性和潛伏性的特點［10］。

（2）農(nóng)田化肥、農(nóng)藥施用、農(nóng)村家畜糞便與垃圾堆放是另外一個重要的污染源。研究表明，農(nóng)藥和化肥的使用是造成水體污染和富營養(yǎng)化的最主要來源。陡河水庫庫區(qū)周邊及上游控制流域有耕地2.11萬hm2，年均施化肥1.2萬t，農(nóng)藥85.1t?；屎娃r(nóng)藥的用量分別為600kg/hm2和4kg/hm2。施用在農(nóng)田里的化肥和噴灑在作物上的農(nóng)藥，除去植物吸收、揮發(fā)、土壤吸附等消耗外，在降雨作用下隨徑流匯入河道后再入水庫，致使水庫水體總磷、總氮等污染物質(zhì)含量增高。

（3）農(nóng)村家畜糞便和垃圾的隨意堆放，在降雨季節(jié)，隨著地表徑流也會進入水體形成大面積的污染。

3.2 實施生態(tài)攔截技術(shù)

氮、磷流失生態(tài)攔截工程主要是采取 “三清除”（清除垃圾、淤泥、雜草）和“三攔截”（攔截污水、泥沙、漂浮物）輔助措施，通過溝渠收集、攔截壩穩(wěn)水位充氧、生態(tài)塘攔截，坡種草、岸種柳、溝塘種植物，利用植物的根系吸附和吸收、水生生物的分解氧化、水生動物的吞噬等協(xié)同作用來攔截徑流水體中的氮、磷［13］。

在我國太湖、滇池、洱海等許多湖泊面源污染控制中都采用過人工濕地工程技術(shù)。國內(nèi)外研究表明，隨著面源污水在人工濕地內(nèi)的流動，總氮和總磷等污染物的濃度逐漸下降。Beutel等［14］研究結(jié)果顯示，人工濕地的沉降池單元和表面流濕地單元分別可去除農(nóng)田徑流中氮源污染物的21%和60%。因此采取生態(tài)攔截技術(shù)對改善陡河水庫水質(zhì)氮的超標(biāo)具有重要意義。

3.3 強化水庫內(nèi)生態(tài)修復(fù)

農(nóng)業(yè)水生植物修復(fù)是生物方法和生態(tài)方法中的通用技術(shù)。水生植物按生態(tài)類型，可分為沉水植物和挺水植物。如今利用特定技術(shù)，還可將陸生植物應(yīng)用于富營養(yǎng)化水體修復(fù)當(dāng)中。目前國內(nèi)外學(xué)者對植物修復(fù)富營養(yǎng)化水體進行了諸多研究，并取得了一定的成就，篩選出了一些優(yōu)勢種。現(xiàn)在國際上公認(rèn)的淡水水生修復(fù)植物有寬葉香蒲、蘆葦、苦草、鳳眼蓮、軟水草和狐尾草等，經(jīng)驗證它們對水中的營養(yǎng)物質(zhì)和污染物均具有很好的吸收作用［15］。研究表明，微生物作為生態(tài)系統(tǒng)中的分解者，對污染物的去除和養(yǎng)分的循環(huán)起著很重要的作用。尤其當(dāng)水生態(tài)系統(tǒng)中接納大量的無機營養(yǎng)物質(zhì)時，該作用尤其突出。通過對氮的氨化、硝化、反硝化作用，微生物驅(qū)動著水體中氮的生物地球化學(xué)循環(huán)［16］。同時，利用湖泊生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中的蚌螺、草食性浮游動物和魚類，對富營養(yǎng)化水體中的營養(yǎng)鹽有機碎屑和浮游植物進行直接吸收，也是去除營養(yǎng)鹽的有效途徑［17］。因此，應(yīng)開發(fā)基于陡河水庫生態(tài)系統(tǒng)的N的去除技術(shù)，強化陡河水庫自凈能力。

4 結(jié)語

通過對唐山市陡河水庫近五年高錳酸鉀指數(shù)（CODMn）、總氮（TN）、總磷（TP）季節(jié)變化趨勢的分析，最低值多出現(xiàn)每年的秋季，高值則多出現(xiàn)在夏季，CODMn、TP則無顯著季節(jié)變化。因此控制TN的排放是改善陡河水庫水質(zhì)的重中之重。雖然近年來，唐山市針對陡河水庫環(huán)境問題進行綜合環(huán)境整治，但陡河水庫水質(zhì)的改善特別是TN濃度改善收效甚微。同時，根據(jù)對已采取的治理措施的分析，得出陡河水庫水質(zhì)并未顯著改善的重要原因是未出臺針對流域內(nèi)非點源治理措施，尤其是以農(nóng)業(yè)化肥流失為主的面源治理的有效措施。對此，本文提出了加強農(nóng)業(yè)面源的綜合治理，實施生態(tài)攔截技術(shù)及強化水庫內(nèi)生態(tài)修復(fù)三項防治措施，以期對水庫的水質(zhì)改善有所幫助。

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