蘇 珊 蔣飛紅 梅 鹍
(長(zhǎng)沙水文水資源勘測(cè)局 長(zhǎng)沙市 410014)
水是人類(lèi)及一切生物賴(lài)以生存的必不可少的重要物質(zhì),是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境改善不可替代的極為寶貴的自然資源,而飲用水更是跟人類(lèi)自身密切相關(guān)的重要資源。1999年,為緩解湘江供水壓力,確保省會(huì)長(zhǎng)沙飲用水供應(yīng)安全,湖南省委、省政府及市委、市政府作出了興建引水及水質(zhì)環(huán)境工程的重大決策,將株樹(shù)橋水庫(kù)確定為長(zhǎng)沙市第二水源地,加強(qiáng)對(duì)飲用水源地水質(zhì)安全評(píng)價(jià)和保護(hù),是關(guān)乎人們健康和生命安全的重大事情。
建成于1992年的株樹(shù)橋水庫(kù)位于瀏陽(yáng)市境內(nèi)、瀏陽(yáng)河南源小溪河下游,地處東經(jīng)113°51′~114°19′, 北緯 28°10′~28°29′之間,下距瀏陽(yáng)市城區(qū) 28 km,距長(zhǎng)沙市東郊區(qū)約80 km。株樹(shù)橋水庫(kù)流域涉及瀏陽(yáng)市5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),分別為張坊鎮(zhèn)、小河鄉(xiāng)、七寶山鄉(xiāng)、中和鎮(zhèn)和高坪鎮(zhèn),涉及行政村27個(gè),流域總面積564 km2,占小溪河流域面積的75.3%。水庫(kù)壩頂高程171m,最大壩高78m,壩頂長(zhǎng)245m,頂寬8m,水庫(kù)總庫(kù)容2.78億m3,正常水位165m,相應(yīng)庫(kù)容2.29億 m3,死水位 136m,有效庫(kù)容 1.9億 m3,庫(kù)容系數(shù)0.343,屬多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。
株樹(shù)橋水庫(kù)自2010年8月起正式向市內(nèi)供水,規(guī)劃建設(shè)總規(guī)模為輸水能力95萬(wàn)m3/d,一期工程引水65萬(wàn)m3/d,目前每天向長(zhǎng)沙市供水30萬(wàn)m3。
株樹(shù)橋水庫(kù)飲用水水源地水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)直接采用長(zhǎng)沙水環(huán)境監(jiān)測(cè)分中心監(jiān)測(cè)的株樹(shù)橋、蔣埠江、丁家灣三個(gè)常年監(jiān)測(cè)斷面2011~2014年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括水溫、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧及溶解氧飽和度、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、五日生化需氧量、氨氮、汞、鉛、揮發(fā)酚、石油類(lèi)、氰化物、砷、六價(jià)鉻、鎘、銅、鋅、總磷、氟化物、糞大腸菌群21個(gè)項(xiàng)目。依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002),評(píng)價(jià)結(jié)果如下:
(1)株樹(shù)橋水庫(kù)大壩取水口斷面。
各年份的各項(xiàng)目監(jiān)測(cè)指標(biāo)值均可達(dá)到 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),不存在監(jiān)測(cè)指標(biāo)超標(biāo)的情況,水質(zhì)狀況良好。
(2)蔣埠江斷面。
各年份的各監(jiān)測(cè)指標(biāo)按單因子評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià),2011和2012年評(píng)價(jià)結(jié)果顯示糞大腸菌群指標(biāo)平均值超過(guò)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn);此外,總磷指標(biāo)總體上能達(dá)到Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),但也出現(xiàn)過(guò)超標(biāo)的情況;其余監(jiān)測(cè)指標(biāo)均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。
(3)丁家灣斷面。
各年份的各監(jiān)測(cè)指標(biāo)除糞大腸菌群指標(biāo)之外,均可達(dá)到 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。糞大腸菌群有超過(guò)Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的情況,甚至達(dá)到Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),存在一定程度上的糞大腸菌群污染問(wèn)題。
從株樹(shù)橋水庫(kù)水質(zhì)現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)來(lái)看,水庫(kù)的3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)株樹(shù)橋、蔣埠江和丁家灣總體上水質(zhì)較好,蔣埠江和丁家灣存在個(gè)別時(shí)段糞大腸菌群、總磷超標(biāo)的現(xiàn)象。
各監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)評(píng)價(jià)成果見(jiàn)表1。
表1 株樹(shù)橋水庫(kù)各監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)評(píng)價(jià)成果表
2.2.1 Kendall檢驗(yàn)法
定義檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量S:
其中,sign()為符號(hào)函數(shù)。當(dāng) Xi-Xj小于、等于或大于零時(shí),sign (Xi-Xj)分別為-1、0 或 1;M-K統(tǒng)計(jì)量公式S大于、等于、小于零時(shí)分別為:
Z為正值表示增加趨勢(shì),負(fù)值表示減少趨勢(shì)。Z的絕對(duì)值在大于等于1.28、1.64、2.32時(shí)表示分別通過(guò)了信度90%、95%、99%顯著性檢驗(yàn)。
當(dāng)Kendall檢驗(yàn)進(jìn)一步用于檢驗(yàn)序列突變時(shí),則檢驗(yàn)方法如下:
設(shè)有一時(shí)間序列如下:x2,x3,…xn,構(gòu)造一秩序列 ri,ri表示 xi>xj(1≤j≤i)的樣本累積數(shù)。定義Sk:
在時(shí)間序列隨即獨(dú)立假定下,定義統(tǒng)計(jì)量:
UFk為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布,給定一顯著水平α,當(dāng)|UFk|>Uα,表明序列存在一個(gè)明顯的增長(zhǎng)或減少趨勢(shì)。把此方法引用到反序列中,再重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程,并使計(jì)算值乘以-1,得到UBk。通過(guò)分析統(tǒng)計(jì)序列UFk和UBk可以進(jìn)一步分析序列x的趨勢(shì)變化,若 或 的值大于0,則表明序列呈上升趨勢(shì),小于0則表明呈下降趨勢(shì);當(dāng)它們超過(guò)信度線(xiàn)時(shí),即表示存在明顯的上升或下降趨勢(shì);若UFk和UBk這兩天曲線(xiàn)交點(diǎn)位于信度線(xiàn)之間,則此點(diǎn)可能就是突變點(diǎn)的開(kāi)始。
2.2.2 水庫(kù)水質(zhì)變化趨勢(shì)分析
選取株樹(shù)橋水庫(kù)三個(gè)常規(guī)監(jiān)測(cè)斷面株樹(shù)橋水庫(kù)取水口、蔣埠江和丁家灣2011~2014年總磷、氨氮、COD和鎘水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),采用kendall檢驗(yàn)法進(jìn)行水質(zhì)變化的趨勢(shì)分析,詳見(jiàn)表2,分析結(jié)果為:
表2 株樹(shù)橋水庫(kù)監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)kendall趨勢(shì)分析表
總磷監(jiān)測(cè)指標(biāo):3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面全年期及汛期、株樹(shù)橋水庫(kù)取水口非汛期整體隨時(shí)間呈顯著下降趨勢(shì)變化。從單項(xiàng)指標(biāo)分析,水質(zhì)呈好的趨勢(shì)發(fā)展。
COD監(jiān)測(cè)指標(biāo):株樹(shù)橋水庫(kù)取水口和丁家灣全年期和非汛期整體隨時(shí)間呈顯著下降趨勢(shì)變化,而兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的汛期及蔣埠江斷面三個(gè)時(shí)期無(wú)趨勢(shì)變化。從單項(xiàng)指標(biāo)分析,水質(zhì)呈好的趨勢(shì)發(fā)展。
氨氮監(jiān)測(cè)指標(biāo):除蔣埠江斷面非汛期呈顯著下降趨勢(shì)變化外,其他均無(wú)趨勢(shì)變化。從單項(xiàng)指標(biāo)分析,水質(zhì)變化趨勢(shì)不明顯。
鎘監(jiān)測(cè)指標(biāo):3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,汛期均呈現(xiàn)顯著上升的趨勢(shì),且蔣埠江斷面全年期為顯著上升。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),鎘監(jiān)測(cè)指標(biāo)可達(dá)到相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)I類(lèi)水的標(biāo)準(zhǔn),但是從趨勢(shì)分析呈變差的趨勢(shì)發(fā)展,必須引起重視并查明原因。
根據(jù)Kendall檢驗(yàn)法進(jìn)行水質(zhì)趨勢(shì)分析,從選取的總磷、COD、氨氮三項(xiàng)敏感指標(biāo)分析得出,株樹(shù)橋水庫(kù)水質(zhì)呈好的趨勢(shì)發(fā)展,但是重金屬鎘指標(biāo)的趨勢(shì)分析水庫(kù)水質(zhì)呈變差的趨勢(shì)發(fā)展,分析主要原因是株樹(shù)橋水庫(kù)上游的廢礦點(diǎn)源污染造成的,水庫(kù)上游的高坪鎮(zhèn)三合水村耙齒山境內(nèi)廢礦洞有4個(gè),礦區(qū)距小溪源垂直距離約1 km,而小溪源距取水口也僅1.5 km距離,另外七寶山鄉(xiāng)也有礦區(qū),其距離水庫(kù)垂直距離約5 km,由于礦區(qū)長(zhǎng)期采礦煉礦,其廢水、廢氣和廢渣導(dǎo)致當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)嚴(yán)重的土壤重金屬污染,尤其是汛期受到雨水沖刷下,含重金屬的泥沙隨水流進(jìn)入河流,進(jìn)而流入小溪河和株樹(shù)橋水庫(kù),這給水庫(kù)水質(zhì)帶來(lái)極大的安全隱患。
為防止人類(lèi)活動(dòng)等對(duì)水源地保護(hù)和管理的干擾,攔截固體污染物直接進(jìn)入水源保護(hù)區(qū),必須采取隔離防護(hù)措施。目前,株樹(shù)橋水庫(kù)飲用水源地保護(hù)區(qū)已建設(shè)了部分隔離防護(hù)欄、界碑、界樁、宣傳警示牌等,但規(guī)模較小數(shù)量較少,防護(hù)措施還比較薄弱,與國(guó)家重要飲用水水源地達(dá)標(biāo)建設(shè)的目標(biāo)還有一定距。
近年來(lái)株樹(shù)橋水庫(kù)周邊工業(yè)污染雖然得到有效控制,但還需繼續(xù)加強(qiáng)整治。自《長(zhǎng)沙市株樹(shù)橋水庫(kù)飲用水水源保護(hù)條例》實(shí)施以來(lái),各級(jí)政府加大了對(duì)株樹(shù)橋水庫(kù)的保護(hù)方面的投入,特別是對(duì)周邊工礦企業(yè)實(shí)施了整治,關(guān)停了流域內(nèi)的多家污染企業(yè),并整頓了一些排污大戶(hù),經(jīng)過(guò)一系列的整治,污染嚴(yán)重的工業(yè)企業(yè)基本搬遷,水庫(kù)周邊的工業(yè)污染得到有效控制。但來(lái)自食品廠(chǎng)和復(fù)膜紙廠(chǎng)的年廢水排放量和污染物排放量還占有一定的比例,需要有關(guān)部門(mén)引起重視。
飲用水源地位于農(nóng)村,農(nóng)業(yè)中使用的化肥、農(nóng)藥,直接隨著地表徑流進(jìn)入水體,使水體微量有毒污染物增加,這些污染物質(zhì)對(duì)人體及其它生物的影響,都是不容忽視的。
(1)禽畜養(yǎng)殖污染。對(duì)于株樹(shù)橋水庫(kù)庫(kù)區(qū)的禽畜養(yǎng)殖污染源,主要來(lái)自周邊的養(yǎng)殖場(chǎng)、魚(yú)塘以及附近村民的家庭養(yǎng)殖,而且區(qū)域分布主要集中在張坊鎮(zhèn)、七寶山鄉(xiāng)和小河鄉(xiāng),3個(gè)鄉(xiāng)的養(yǎng)豬專(zhuān)業(yè)戶(hù)和魚(yú)塘承包戶(hù)較多,規(guī)模較大,對(duì)庫(kù)區(qū)水環(huán)境具有一定的影響。
(2)農(nóng)田徑流污染。對(duì)株樹(shù)橋庫(kù)區(qū)各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政村的農(nóng)田面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和污染物的排放量進(jìn)行計(jì)算分析得出,一級(jí)保護(hù)區(qū)和核心保護(hù)區(qū)的保護(hù)程度較好,農(nóng)田污染源相對(duì)較少,產(chǎn)生的農(nóng)田污染物所占的比例較低;二級(jí)保護(hù)區(qū)范圍較廣,庫(kù)區(qū)的農(nóng)田徑流污染源主要集中在集雨區(qū),加強(qiáng)集雨區(qū)的農(nóng)田管理和污染治理是處理農(nóng)田徑流污染源的關(guān)鍵。
隨著城鄉(xiāng)的發(fā)展和居民生活水平的提高,越來(lái)越多的生活廢水和生活垃圾成為了新的污染源。由于沒(méi)有排水措施,生活污水直接或間接排放入庫(kù),污染著水庫(kù)水體,生活垃圾由于缺乏經(jīng)常性的管理資金,大部分直接堆放在庫(kù)區(qū)周邊,在雨水淋溶和沖刷下,絕大部分則通過(guò)坡面匯流入河后流入水庫(kù),造成水庫(kù)形成了明顯的岸邊污染帶,特別是白色垃圾,對(duì)水庫(kù)水質(zhì)造成的影響周期比較長(zhǎng)久,處理起來(lái)比較困難。
經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)查計(jì)算分析,株樹(shù)橋水庫(kù)流域農(nóng)村生活污染源主要來(lái)自人口分布較多的集雨區(qū),鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要有張坊鎮(zhèn)、小河鄉(xiāng)和七寶山鄉(xiāng),另外,小河鄉(xiāng)部分和七寶山鄉(xiāng)部分也是污染源的主要集中點(diǎn)。
目前,株樹(shù)橋水庫(kù)的三產(chǎn)中污染主要來(lái)自餐館、修理店和醫(yī)療診所,產(chǎn)生的污染三產(chǎn)污染源較少,呈現(xiàn)零星分布的特點(diǎn),分布在株樹(shù)橋庫(kù)區(qū)流域的張坊鎮(zhèn)、小河鄉(xiāng)、七寶山鄉(xiāng)和中和鎮(zhèn)。由于服務(wù)業(yè)數(shù)量較少,排污量不大,因此對(duì)庫(kù)區(qū)水環(huán)境的影響有限,故三產(chǎn)污染影響不大,重點(diǎn)在于控制規(guī)模,防范于未然。
由于株樹(shù)橋水庫(kù)上游有幾座廢礦,礦區(qū)經(jīng)長(zhǎng)期采礦煉礦,其廢水、廢氣和廢渣導(dǎo)致當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)嚴(yán)重的土壤重金屬污染,而含重金屬的泥沙隨雨水進(jìn)入河流,進(jìn)而流入小溪河和株樹(shù)橋水庫(kù),這給水庫(kù)水質(zhì)帶來(lái)極大的安全隱患。
株樹(shù)橋水庫(kù)污染治理缺乏宏觀控制和整體規(guī)劃,鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)之間缺少協(xié)調(diào)、合作和溝通。對(duì)于污染源的治理方面,沒(méi)有對(duì)株樹(shù)橋水庫(kù)進(jìn)行過(guò)水環(huán)境保護(hù)、水污染控制的總體規(guī)劃工作,沒(méi)有明確的保護(hù)目標(biāo)和任務(wù)分解,各鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)之間的污染治理比較分散,沒(méi)有形成統(tǒng)一的協(xié)調(diào)機(jī)制,缺乏有效的合作和溝通。
根據(jù)株樹(shù)橋水庫(kù)水源地水質(zhì)的現(xiàn)狀情況,為避免水源地水質(zhì)受到污染,影響供水安全,應(yīng)進(jìn)一步完善隔離防護(hù)、宣傳警示工程,采取污染源綜合整治、生態(tài)修復(fù)與保護(hù)等措施,使株樹(shù)橋飲用水水源地水質(zhì)安全更有保障。
(1)在各保護(hù)區(qū)邊界設(shè)立明確的地理界標(biāo)和明顯的警示標(biāo)志,對(duì)取水口、取水設(shè)施以及穿越核心保護(hù)區(qū)的道路設(shè)置隔離設(shè)施,以防止人類(lèi)活動(dòng)等對(duì)水源地保護(hù)和管理的干擾,攔截固體污染物直接進(jìn)入水源保護(hù)區(qū)。
(2)為控制非點(diǎn)源污染,在近期,主要考慮包括農(nóng)村生活污水分散處理工程,城鎮(zhèn)生活污水處理工程,生活垃圾收集及處理工程,畜禽養(yǎng)殖沼氣化工程,農(nóng)業(yè)面源污染治理等。在中、遠(yuǎn)期,遵循生態(tài)經(jīng)濟(jì)理念,著重從源頭控制污染負(fù)荷,進(jìn)一步保障水質(zhì),在近期的基礎(chǔ)上,深入推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)、生態(tài)施肥、保護(hù)性耕作等措施。
(3)在水源地周?chē)N植防護(hù)林,防止人類(lèi)活動(dòng)等因素對(duì)飲用水水源地的各種不利干擾,采取有效措施攔截污染物直接進(jìn)入水源保護(hù)區(qū),確定防護(hù)林種植范圍,減少水土流失。
(4)針對(duì)株樹(shù)橋水庫(kù)存在的廢礦點(diǎn)源污染隱患,提出治理方案包括廢礦治理和生態(tài)植被兩個(gè)方面的綜合治理,主要包括廢礦石、廢渣治理以及廢礦周邊的植被修復(fù)。
(5)加強(qiáng)飲用水源地水質(zhì)的監(jiān)測(cè)工作,在對(duì)水庫(kù)水質(zhì)定期監(jiān)測(cè)的同時(shí),應(yīng)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析,提出措施和要求。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試能力與快速反應(yīng)能力,充分利用已建水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和預(yù)警系統(tǒng),加強(qiáng)對(duì)水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
(6)走可持續(xù)發(fā)展之路,以改善生態(tài)環(huán)境為根本點(diǎn)和切入點(diǎn),制定一個(gè)統(tǒng)一的流域水資源保護(hù)規(guī)劃。使經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與資源條件、環(huán)境狀況相適應(yīng)。大力推廣植樹(shù)種草,退耕還林,增加植被覆蓋率,達(dá)到涵養(yǎng)水源,防止水土流失,提高生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)功能。加大生活、生產(chǎn)污染治理力度,推進(jìn)農(nóng)村環(huán)境綜合整治。禁止將污水和垃圾倒入河、湖、溝、渠。提倡科學(xué)使用農(nóng)藥、化肥,盡量減少農(nóng)藥、化肥的施用量。
(7)建立資源有償使用制度。在資源使用制度上建立有償使用制度,明確“誰(shuí)受益、誰(shuí)補(bǔ)償、誰(shuí)破壞、誰(shuí)恢復(fù)”的原則,建立生態(tài)補(bǔ)償制度,用于補(bǔ)償集雨區(qū)群眾由于水質(zhì)保護(hù)所造成的經(jīng)濟(jì)損失。
(8)建立管理長(zhǎng)效機(jī)制。為保障廣大群眾飲水安全,增加有效供給、保護(hù)水源地水質(zhì)水量的角度出發(fā),應(yīng)逐步建立起法律監(jiān)管、技術(shù)保障、監(jiān)測(cè)與應(yīng)急、社會(huì)參與四大體系。
株樹(shù)橋水庫(kù)作為長(zhǎng)沙市的第二飲用水源地,承擔(dān)著向長(zhǎng)沙市供水的任務(wù),水源地水質(zhì)穩(wěn)定在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以?xún)?nèi),為水質(zhì)良好的水源地。但是,株樹(shù)橋水庫(kù)在供水服務(wù)的同時(shí)存在一定的安全隱患,如水庫(kù)上游留存的幾座廢礦則是點(diǎn)源污染源,針對(duì)這一安全隱患,本文提出了將廢礦石、廢渣進(jìn)行治理以及對(duì)廢礦周邊的植被進(jìn)行修復(fù)的建議。為避免水源受到污染,消除安全隱患,確保水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到目標(biāo)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),本文進(jìn)一步提出了加強(qiáng)水源地保護(hù)措施的建議,這將有利于株樹(shù)橋水庫(kù)給供水地居民提供更為優(yōu)質(zhì)的水源,提高居民生活質(zhì)量和健康水平,也有利于改善生態(tài)環(huán)境和社會(huì)環(huán)境,為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。
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