老虎潭水庫水源地保障措施研究與探討

沈繼濤，郁 聰

（1.浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 310002；2.湖州中環(huán)原水有限公司，浙江 湖州 313000）

1 工程概況

湖州市老虎潭水庫作為浙江省水資源保障百億工程之一，是一座以防洪為主，結(jié)合供水，兼顧灌溉，帶動地方經(jīng)濟發(fā)展的重點骨干水利工程。水庫總庫容9 966萬m3，正常蓄水量7 207萬m3。水庫壩址以上集水面積110.00 km2，多年平均降水量1 498.2mm，多年平均徑流總量8 622萬m3。主要涉及德清縣莫干山鎮(zhèn)、吳興區(qū)埭溪鎮(zhèn)和安吉縣的梅溪鎮(zhèn)，共12個行政村、16 280人。該水庫自2010年3月1日起正式向湖州中心城市并網(wǎng)供水，供水量約18萬m3／d，供水范圍覆蓋吳興區(qū)和南潯區(qū)大部分區(qū)域，受益人口達80余萬人。自老虎潭水庫供水以來，供水水質(zhì)基本穩(wěn)定在國標Ⅱ類水以上 （除總氮），未發(fā)生突發(fā)水污染事件，有效保障了湖州城鄉(xiāng)居民的飲用水安全。

2 水庫上游污染現(xiàn)狀

老虎潭水庫集水區(qū)內(nèi)有莊上水、大陳水、埭溪3條主要河流，其河長分別為6.33，7.47，14.92km，其集水面積分別為23.22，13.48，67.97km2。根據(jù)調(diào)查，水庫上游污染主要分為以下幾部分。

2.1 畜禽養(yǎng)殖污染較重

老虎潭水庫上游的莊上水和埭溪流域內(nèi)，有較多的農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖，目前畜禽養(yǎng)殖大部分未采取有效的畜禽糞便、養(yǎng)殖廢水的處理措施，僅采用簡單沉淀后直接排放，根據(jù)核算，畜禽養(yǎng)殖的污染物中，COD的入庫量達到4 540.72t／a，TP 達 到 76.04t／a，TN 和 氨 氮 分 別 為203.89，65.61t／a，是老虎潭水庫中污染物的主要來源，對水庫的水質(zhì)有較大的影響。

2.2 農(nóng)業(yè)面源污染

根據(jù)調(diào)查，老虎潭上游集水區(qū)共有竹林0.70萬hm2（10.55萬畝，其中筍用林2.00萬畝）、水田276hm2（4 140畝）、茶園477hm2（7 160畝），且農(nóng)戶普遍沿用噴施草甘磷除草及過量施肥增產(chǎn)的生產(chǎn)模式，受雨水沖刷后大量的TN和氨氮流入水庫，年TN的入庫量達到81.7t／a，氨氮達到2.33t／a，農(nóng)業(yè)面源污染情況十分嚴重。

2.3 農(nóng)村生活污染

隨著農(nóng)村人口的增加和人民生活水平的提高，農(nóng)村生活污水、生活垃圾的量也不斷增多，而農(nóng)村生活污水的處理大部分仍處于傳統(tǒng)的直排階段，雨季 （特別是初期雨水）地表徑流沖刷地表污染物進入水庫，污染較為嚴重。根據(jù)調(diào)查，老虎潭水庫集水區(qū)內(nèi)年TN的入庫量達28.94t／a，氨氮達23.09t／a，TP達2.53t／a，農(nóng)村生活污染不容忽視。

2.4 農(nóng)家樂污染

水庫建成后，老虎潭水庫周邊自然景觀得到很大改善，山清水秀，吸引大量的城里居民到老虎潭周邊區(qū)域旅游，庫區(qū)內(nèi)農(nóng)家樂發(fā)展迅速，目前水庫庫區(qū)內(nèi)的農(nóng)家樂有30余家，年旅游人次達16.9萬人，雖然大部分開展農(nóng)家樂的村民家均采取了化糞池來處理污廢水，但也有部分農(nóng)家樂未采取污水處理措施，隨著旅游人數(shù)的增加，農(nóng)家樂的污染需要加強管理和治理。

3 水質(zhì)現(xiàn)狀評價

取2013年全年湖家埭 （埭溪）、大陳、莊上、中心和壩前5個點位的水質(zhì)指標檢測結(jié)果均值分析見表1。

表1 2013年水質(zhì)指標檢測結(jié)果表 （取均值）

從表1中可以看出5個監(jiān)測斷面的水質(zhì)指標中，pH達標；DO、CODMn和NH3－N分別滿足GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中I、II類標準；而埭溪、大陳以及莊上的TP和TN分別屬于IV和劣V類標準。針對TP和TN兩個指標取水庫2010年1月至2013年12月水質(zhì)監(jiān)測資料進行分析，3個入水口及壩前總氮、總磷監(jiān)測指標變化趨勢見圖1。

圖1 3個入水口及壩前總氮、總磷監(jiān)測指標變化趨勢圖

根據(jù)圖1可知，3條河流入庫口TN和TP都較高，屬于IV～劣V類標準，其中TN普遍為劣Ⅴ類水質(zhì)。而壩前水質(zhì)經(jīng)水庫水體自凈調(diào)節(jié)，TN為Ⅴ類水質(zhì)；TP為Ⅱ類水質(zhì)。

4 水質(zhì)分析預測

4.1 入庫污染負荷預測

根據(jù)老虎潭現(xiàn)狀污染負荷調(diào)查情況，在假設不采取任何污染防治措施的情況下，預測2020年入庫污染負荷。由于庫區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平不同于平原地區(qū)，尤其對于位于水庫庫區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)來說，基本上處于限制發(fā)展區(qū)，如果不實施人口搬遷、庫區(qū)工業(yè)企業(yè)污染治理，規(guī)劃水平年排污情況不會有太大變化。因此，本次僅考慮農(nóng)村生活污染負荷按當?shù)厝丝谧匀辉鲩L率2.4‰計，畜禽養(yǎng)殖污染負荷按畜禽養(yǎng)殖規(guī)模每年增加5%計，其余污染源負荷保持現(xiàn)狀不變，到2020年COD入庫量達8 224.45t／a、NH3－N達143.20t／a、TN達461.05t／a、TP達133.14t／a。

4.2 老虎潭水庫水質(zhì)預測

地表水質(zhì)預測模型采用浙江省水利廳頒布的 《水庫水源安全保障工程實施方案編制導則》中推薦的質(zhì)量平衡模型，模型表達式為：

式中：Qi為 入 庫 流 量，m3／d；Ci為 入 庫 污 染 物 濃 度，mg／L；Qp為出庫流量，m3／d；C0為時段初水庫污染物濃度，mg／L；V0為初始水庫庫容，m3；Δt為時段長度，d；C為時段末出流污染物濃度，mg／L；V為時段末水庫庫容，m3；K為污染物降解速率，L／d。

根據(jù)模型計算，在不采取任何措施的情況下，2020年老虎潭水庫中CODMn濃度為10.52mg／L，氨氮濃度為0.84 mg／L，不能滿足GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅱ類標準。

4.3 水庫富營養(yǎng)化預測

富營養(yǎng)化預測模型采用狄龍模型，模型表達式為：

式中：（N，P）為庫水體中氮、磷濃度，mg／L；E為水庫單位面積氮、磷負荷量，g／m2；H 為水庫平均深度，m；ρ為水力沖刷系數(shù)，ρ＝Q／V ；V 為水庫容積，m3；Q為入庫水量，m3；R為氮、磷滯留系數(shù)，R ＝0.426·exp（－0.271Qi）＋0.547·exp（－0.009 49Qi），Qi為單位面積水量負荷，m，Qi＝Q／A，A為水庫水面面積，m2。

根據(jù)模型計算，在不采取任何措施的情況下，2020年老虎潭水庫TN為2.81mg／L，TP為0.81mg／L，老虎潭水庫總氮和總磷指標均為劣Ⅴ類水體，老虎潭水庫處于中度富營養(yǎng)化至重度富營養(yǎng)化之間［1］。

根據(jù)上述分析，如不采取任何污染防治措施，到2020年，總氮和總磷指標均為劣Ⅴ類水體，老虎潭水庫將處于中度富營養(yǎng)化至重度富營養(yǎng)化之間。為確保湖州城市供水安全，水庫水源保護工作刻不容緩。

5 水源地保護措施

5.1 水質(zhì)控制目標

根據(jù) 《浙江省湖州市老虎潭水庫水源地保護規(guī)劃》中對飲用水源保護區(qū)的劃分，老虎潭水庫取水口半徑500m范圍內(nèi)的區(qū)域為一級水源保護區(qū)，執(zhí)行GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中Ⅱ類水質(zhì)標準，其它區(qū)域為二級水源保護區(qū)，執(zhí)行Ⅲ類水質(zhì)標準。

5.2 水庫污染防治措施體系

根據(jù)湖州市老虎潭水庫水源地安全保障委員會委托中國水電顧問集團華東水電勘測設計研究院等有關科研單位調(diào)查分析研究，老虎潭水庫水源保護宜建立以下防治措施體系，即：在上游庫區(qū)、周邊、水庫庫體層層設防，采取庫區(qū)污染源治理工程、水庫水環(huán)境整治工程、水土保持工程、生態(tài)建設工程、水庫突發(fā)水污染事件防范工程、水庫水體監(jiān)測能力建設等工程措施，結(jié)合加強水庫水源地保護的制度建設、加強水庫水源地保護監(jiān)督管理、加強庫區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整，建立水庫水源地水質(zhì)預警預報和應急處理機制、加強水庫水源地保護宣傳等非工程措施，確保清水入庫和水庫水源地水質(zhì)安全。

從污染源分布來看，農(nóng)業(yè)面源污染、農(nóng)村生活污染和第三產(chǎn)業(yè)點源污染 “農(nóng)家樂”以及畜禽養(yǎng)殖污染是老虎潭水庫集水區(qū)目前需要削減的主要污染源。老虎潭水庫水源地保護方案擬采取 “系統(tǒng)源頭控制—末端污染治理—產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整—水庫水體生境改善—全流域監(jiān)督管理緊密結(jié)合”的水源保護區(qū)水污染綜合防治理念與技術路線，以水源地污染源控制為根本措施，以污染物分類、分區(qū)控制為原則，以點源、面源污染為控制重點，以強化管理為配套，針對不同種類污染源采取不同的治理措施和管理對策，實現(xiàn)對流域內(nèi)污染的全面治理，穩(wěn)定保持老虎潭水庫飲用水水源保護區(qū)水環(huán)境質(zhì)量。

5.2.1 物理隔離

首先考慮設置隔離防護方案，以生態(tài)隔離帶為主，物理隔離帶 （防護欄）為輔來防止人類不合理活動對水源保護區(qū)水量水質(zhì)造成影響。隔離防護方案在一定程度上控制了人類不合理的活動 （譬如灌溉取水，網(wǎng)箱養(yǎng)殖等），可以降低或減輕人類不合理活動可能對水源保護區(qū)水量水質(zhì)的影響，有利于保護老虎潭水庫水源地水量及水質(zhì)，對防治水質(zhì)惡化起到一定的積極作用。

5.2.2 各種污染控制方案

5.2.2.1 畜禽養(yǎng)殖污染控制方案

由于庫區(qū)畜禽養(yǎng)殖污染占整個庫區(qū)污染源比重較大，若不控制畜禽養(yǎng)殖規(guī)模，老虎潭水庫近期、遠期污染負荷較現(xiàn)狀將明顯增加。為此，湖州市政府劃定老虎潭集水區(qū)范圍內(nèi)為禁養(yǎng)區(qū)，禁止規(guī)模畜禽養(yǎng)殖，統(tǒng)一關閉現(xiàn)有的規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場并采用貨幣方式補償，該項工作已于2013年啟動實施，目前大部分已經(jīng)完成，計劃2014年底畜禽養(yǎng)殖場污染處理率達到100%；這樣就大大控制了流域范圍內(nèi)畜禽養(yǎng)殖污染排放，對維持和改善庫區(qū)及支流水質(zhì)起到極大的作用，有效防止庫區(qū)富營養(yǎng)化發(fā)展趨勢［2］。

5.2.2.2 農(nóng)業(yè)面源污染控制方案

對老虎潭流域范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)面源污染主要采?。?/p>

（1）積極推廣測土配方、平衡施肥和科學用藥等種植技術，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，推行農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)，乃至退耕還林等工作創(chuàng)造有利條件。

（2）針對水庫上游殘次林、馬尾松林、竹林較多的情況，開展松改闊、經(jīng)濟林改用材林等項目，并結(jié)合水環(huán)境綜合治理工作，對25°以上陡坡墾種綜合治理。

農(nóng)業(yè)面源污染控制技術在推廣實行過程中需縣區(qū)及農(nóng)業(yè)、國土等部門積極推進農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)，實現(xiàn)土地的大戶集中經(jīng)營管理。雖然，農(nóng)業(yè)面源污染控制技術在實施過程中有一定難度，但隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)和化肥農(nóng)業(yè)等新技術的推行，農(nóng)業(yè)面源污染將逐步得到控制。到2020年，老虎潭水庫面源污染較現(xiàn)狀削減率分別達到埭溪流域90%，莊上水、大陳水流域80%。

5.2.2.3 農(nóng)村生活污染控制方案

農(nóng)村生活污染主要包括農(nóng)村生活垃圾和農(nóng)村生活污水2個方面。本次流域農(nóng)村生活垃圾處理主要采取 “戶保潔、村收集、鎮(zhèn)運輸、區(qū)縣 （市）處理”的方式，提高生活垃圾處理全過程效益。到2020年，老虎潭水庫行政村生活垃圾收集覆蓋率達到95%，處理率達到100%。

農(nóng)村生活污水處理根據(jù)收集模式可以分為集中型和分散型2種模式。集中型處理模式是指農(nóng)戶污水經(jīng)污水管道收集后集中處理。分散型處理模式是指將農(nóng)戶污水分散收集，以一戶或幾戶為一個單元，進行單獨處理。根據(jù)生活污水、洗滌廢水不同處理方式又可分為污廢合流制和污廢分流制。污廢合流制是指農(nóng)戶污廢水統(tǒng)一處理，一般合流制模式采用化糞池＋土地處理 （自然處理）的方式。分流制是指農(nóng)戶污廢水分開處理，針對洗滌廢水的專門處理一般采用豎直滲井或水平滲溝的方式。農(nóng)村生活污水主要根據(jù)不同村莊實際情況采取不同的模式處理。到2020年，老虎潭水庫行政村農(nóng)村生活污水處理率達到100%。

從以上農(nóng)村生活污染措施的實施來看，生活垃圾全部運往吳興垃圾處理場處理，達到了無害化處理效果；生活污水經(jīng)改建后的污水處理措施處理后，末端處理系統(tǒng)的尾水將通過人工濕地和豎直豎井等方式最終經(jīng)土地滲透的方式進行消化，不設排污口，因此，確保了水源地范圍內(nèi)不新增污染物排放口，大大削減了農(nóng)村生活污染對水庫水質(zhì)及其支流水質(zhì)的影響，改善庫區(qū)及其支流水質(zhì)［3］。

5.2.2.4 第三產(chǎn)業(yè)農(nóng)家樂污染控制方案可達性分析

旅游、環(huán)保等部門齊抓共管限制流域內(nèi)新建 “農(nóng)家樂”，對流域內(nèi)已有的 “農(nóng)家樂”污染主要采?。?/p>

（1）對部分未采取污染處理設施的農(nóng)家樂采取三格式厭氧沼氣池加人工濕地處理后排放土壤的處理方式；

（2）定期對農(nóng)家樂垃圾收集狀況進行抽查，確保經(jīng)營垃圾的 “自產(chǎn)自清”，同時考慮設置部分垃圾房。

目前流域內(nèi)部分農(nóng)家樂已經(jīng)采取了三格式厭氧沼氣池加人工濕地處理后排放土壤的處理方式，這種方式貼近當?shù)貙嶋H情況，推廣較容易，此次污染控制措施在末端出水環(huán)節(jié)增加滲溝處理，最終污廢水全部經(jīng)土地消化后不排入老虎潭水庫及其上游支流，大大減輕農(nóng)家樂點源污染對庫區(qū)及支流水體污染負荷的影響，改善庫區(qū)水質(zhì)。

綜合分析，目前老虎潭水庫及其支流水質(zhì)超標因子主要為總氮、總磷和大腸菌群數(shù)，這些因子的超標原因主要是農(nóng)村面源污染、生活污染和畜禽養(yǎng)殖污染。經(jīng)過各項污染措施治理，工業(yè)污染廢水全部回用，排放量為零；畜禽養(yǎng)殖養(yǎng)殖場處理為100%，僅有少部分零星畜禽養(yǎng)殖廢水無序排放；農(nóng)家樂污染經(jīng)處理后排放量為零；農(nóng)村生活污染近期處理率為100%，只有少部分農(nóng)村生活污染排入支流及庫區(qū)；農(nóng)村面源近期削減量：埭溪流域90%，莊上水、大陳水流域80%。本方案實施后，老虎潭水庫內(nèi)各類污染源將得到較大幅度的削減，其削減情況見圖2、圖3。

圖2 治理前后各因子削減量及比例圖

圖3 治理前后各水系各因子削減量及比例圖

經(jīng)分析，結(jié)合水質(zhì)現(xiàn)狀分析，總氮、總磷削減后庫區(qū)及支流水質(zhì)可達到Ⅱ類或Ⅲ類水質(zhì)指標，并可進一步得到改善。

5.2.3 建立補償考核機制

水源地的保護工作能否長期有效執(zhí)行，關鍵在于能否根據(jù)研究區(qū)的社會經(jīng)濟現(xiàn)狀及流域生態(tài)保護與建設問題，設計并建立了適應研究區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展需求的生態(tài)補償機制框架。目前，湖州市政府為水源保護工作開展設立了專項資金，出臺了 《湖州市老虎潭水庫水源地生態(tài)保護專項資金管理辦法》，并同時出臺了 《湖州市老虎潭水庫鎮(zhèn)級考核獎勵細則 （試行）》、《湖州市老虎潭水庫水源地保護村級考核補助細則 （試行）》，制定了清晰可考的考核標準，并與專項資金的撥付掛鉤，按照考核結(jié)果撥付獎勵補助資金，最大程度地調(diào)動鎮(zhèn)、村兩級保護水源的積極性。

6 結(jié) 語

在水資源日益緊張的今天，水庫這種相對穩(wěn)定的清潔水源越來越為人們所依賴，湖州市政府十分重視老虎潭水庫水源保護，且通過這幾年的努力取得了一定的效果，但水源保護工作依舊任重道遠。水庫的污染源主要是人、畜、農(nóng)3個方面，但核心問題還在于人，移民出庫，實行水源保護區(qū)封禁管理自然是一勞永逸的方案，但這終究受到政策、資金等問題的約束不能一蹴而就，將水庫上游地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值、生態(tài)保護建設總成本和水庫下游地區(qū)人民意愿支付價格三者有機的結(jié)合起來，提出一套合理的生態(tài)補償標準測算體系，同時對補償資金在下游受益地區(qū)的分擔及在上游保護地區(qū)的分配進行探討，綜合考慮受益程度、支付意愿、支付能力、流域面積和入庫水量等多方面因素確保補償資金分擔與分配的公平、合理，這是有待下一步深入研究與探討的課題。

［1］楊曉紅，常燕春，林琳，等.老虎潭水庫水體富營養(yǎng)化狀況及成因調(diào)查 ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學，2014（1）：105－107.

［2］丁新新，余曉云，裴來順，等.老虎潭水庫畜禽養(yǎng)殖污染現(xiàn)狀及防治對策 ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學，2012（3）：413－416.

［3］杜鵬飛，郝曉偉.浙江省飲用水庫上游農(nóng)村污水處理現(xiàn)狀及防控技術 ［J］.浙江水利科技，2015 （1）：55－57.