大黑汀水庫水環(huán)境分析及污染物控制對策

張愛芹

(河北省唐山市遷西縣大黑汀水庫管理處，河北 唐山 064300)

大黑汀水庫作為天津、唐山市及下游居民生活、工農(nóng)業(yè)用水的水源，近幾年來大黑汀水庫的流域及周邊采礦業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)及基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，給大黑汀水庫及流域生態(tài)環(huán)境帶來了一定的影響，合理開發(fā)和保護水資源是基礎(chǔ)性工作。水庫作為人工水利工程，具有防洪、灌溉、供水、發(fā)電等綜合功能。它是天津、唐山城市的飲用水和備用水的來源。其水質(zhì)直接影響到當(dāng)?shù)鼐用竦娘嬎踩彤?dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展。水質(zhì)的好壞關(guān)系到人們的健康、安全和生活質(zhì)量。水環(huán)境質(zhì)量評價是保證水質(zhì)安全、合理利用水資源、控制水環(huán)境污染的前提[1]。

1 研究區(qū)概況

大黑汀水庫是跨流域向天津、唐山、灤河供水的大型水利工程，流域面積3.5萬km2。其中，潘家口至大黑汀水庫流域面積1400km2，總庫容3.37億m3。為Ⅱ型年調(diào)節(jié)水庫。其功能是承擔(dān)潘家口水庫的調(diào)節(jié)水量，為提高天津、唐山等城市的供水水平創(chuàng)造條件。大黑汀水庫周邊地形為丘陵地帶，礦產(chǎn)資源豐富，交通便利。兩側(cè)村莊眾多(管理范圍內(nèi)自然村24個)，隸屬黔西縣5個鎮(zhèn)。源頭河是直接進入大黑汀水庫的最大支流。因此，為天津、唐山、灤河等地提供水源，保證水庫水質(zhì)不受污染，具有十分重要的意義。

2 研究方法及數(shù)據(jù)來源

2.1 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)唐山市水文局所提供的資料，2011-2019年大黑汀水庫年均入庫水量、年均出庫水量、年均水面面積35000m2、年均庫容3.37m3、年均水位125m，圖(1)、達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)中II類水質(zhì)標準時三項污染物的標準值為：COD，15mg/L；氨氮，0.5mg/L；總磷，0.025mg/L。水力沖刷系數(shù)經(jīng)計算為1.85，磷的理論滯留系數(shù)經(jīng)計算為0.63。

圖1 部分監(jiān)測時段水位變化圖

本次評價所需水質(zhì)監(jiān)測資料由唐山市大黑汀生態(tài)經(jīng)濟開發(fā)區(qū)管委會及唐山市水環(huán)境檢測中心提供。監(jiān)測資料選取的監(jiān)測斷面為大黑汀水庫取水口，其位置約在大黑汀水庫出口向上1km處。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)來確定COD、氨氮、總磷三項評價因子。

2.2 水質(zhì)評價法

單因素評價法是我國常用的水質(zhì)評價方法，也是我國地表水環(huán)境質(zhì)量標準中規(guī)定的一種水質(zhì)評價方法。通過單因素監(jiān)測結(jié)果與水域功能類別相應(yīng)標準值的對比分析，評價水質(zhì)是否達標，并對超標項目及倍數(shù)進行說明。以最差因子對應(yīng)的水質(zhì)類別作為評價水體的總體水質(zhì)類別和功能類別[2-4]。單因素評價指標公式為：

Pi=Ci/C0

(1)

式中：Pi為單因子評價指數(shù)；Ci為第i中水質(zhì)因子的實測值；C0為水質(zhì)評價標準。

評價指數(shù)Pi值越小，說明該項評價因子的評價質(zhì)量越好;當(dāng)Pi值>1時，說明該項評價因子濃度超過規(guī)定的水質(zhì)標準，且數(shù)值越大，該項評價因子的環(huán)境質(zhì)量越差。

2.3 水環(huán)境容量計算模型

2.3.1 模型選擇

大黑汀水庫作為大(2)型水庫，水停留時間較長，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，污染物進入水庫后有充足的時間與水體進行混合，因此可將其作為一個混合均勻的水體進行研究。根據(jù)湖泊或水庫物質(zhì)平衡方程，可以推導(dǎo)出有機物的一維水質(zhì)模型，其方程如下：

(2)

式中：V為水庫總?cè)萘浚籆r為入庫水污染物濃度的平均值；K為污染物降解系數(shù)；Q與q分別為入庫和出庫流量；Ce為出庫水污染物濃度的平均值；C為污染物總體平均值。

水庫總磷等營養(yǎng)鹽濃度隨時間的變化率是輸入、輸出和沉降物質(zhì)量的函數(shù)。營養(yǎng)模型基于物質(zhì)平衡方程。不同水體的水文、地理環(huán)境和社會發(fā)展條件不同，適用模型也不同。著名的模型有Vollenweider模型、Dillon模型、Hotan模型、OECO模型等。考慮到Warren-Weddell模型中沉降系數(shù)難以確定，河田澗模型和OECD模型中沒有沉降系數(shù)和養(yǎng)分降解系數(shù)的限制，選擇Dillon模型計算總磷的水環(huán)境容量。計算公式如下。

(3)

式中：L為總磷的單位面積負荷量；Cs水質(zhì)標準最低值時的總磷濃度；?水力沖刷系數(shù)；R為磷的理論滯留系數(shù)；θ為水深的平均值；W為水環(huán)境容量；Aw為水面積。

2.3.2 衰減系數(shù)

污染物的生物降解和沉積等物理化學(xué)過程可以概括為污染物的綜合衰減系數(shù)。唐山市水資源規(guī)劃和國家地表水環(huán)境容量核定技術(shù)評價點等相關(guān)成果和規(guī)定可以確定污染物的綜合衰減系數(shù)K，并在實驗室進行實測和模擬分析。綜合衰減系數(shù)K計算如下：

(4)

式中：△t為試驗時間段；Ca為試驗起始濃度；Cb為試驗結(jié)束濃度；根據(jù)上式，COD和NH3-N的綜合衰減系數(shù)分別為0.01/d和0.17/d。

3 研究結(jié)果

3.1 水質(zhì)評價結(jié)果

氨氮、COD、揮發(fā)酚三項指標的濃度均可以達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)，評價結(jié)果較好，總磷評價結(jié)果較差，所有年份均超出水質(zhì)評價標準。詳見表1。污染指數(shù)變化趨勢見圖2。

表1 大黑汀水庫水質(zhì)評價表

由趨勢圖2可以看出，2011年至2019年COD污染指數(shù)變化出現(xiàn)升高的趨勢，總磷出現(xiàn)降低的趨勢，氨氮出現(xiàn)小幅度增加。

圖2 污染指數(shù)變化趨勢

3.2 水環(huán)境容量計算

將模型參數(shù)值帶入水質(zhì)模型，可得大黑汀水庫理論水環(huán)境容量。將2011年大黑汀水庫水質(zhì)監(jiān)測年均值帶入水質(zhì)模型，可得大黑汀水庫已用水環(huán)境容量和剩余水環(huán)境容量。其計算結(jié)果如表2所示。

表2 水環(huán)境容量計算表 t/a

由表2可知，大黑汀水庫COD、氨氮的理論水環(huán)境容量為30728t/a、12356t/a，實際水環(huán)境容量值分別為21364t/a，7364t/a。COD與氨氮均未超過水環(huán)境容量理論值，剩余水環(huán)境容量較為充裕?？偭椎膶嶋H水環(huán)境容量大于理論水環(huán)境容量，剩余水環(huán)境容量為-11.14，這表明COD與氨氮的入庫量與水庫的自凈能力達到較好的平衡，而總磷的入庫量大于水庫的自凈能力[5]。

3.3 污染物控制對策

水安全是關(guān)系經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定和生態(tài)環(huán)境的重要問題。在過去的幾年里，大黑汀水庫管理辦公室在施工控制、防洪、供水發(fā)電等方面建立了一系列措施，極大地提高了大船渡建設(shè)的安全能力。然而，水安全面臨新的威脅，水資源管理面臨新的問題。水資源可持續(xù)利用的關(guān)鍵是保護水系統(tǒng)，防止水污染，維護水環(huán)境和水環(huán)境，構(gòu)建維護生態(tài)安全的水資源保障體系。因此，進一步完善水污染防治工作迫在眉睫。

1)加強管理和維護系統(tǒng)：隨著人口的增加和經(jīng)濟的發(fā)展，城市水資源的短缺和污染已成為現(xiàn)實。由于流域水資源缺乏統(tǒng)一管理，在經(jīng)濟利益的驅(qū)動下，大黑汀的水資源受到嚴重污染和浪費。目前，流域水污染防治的法律法規(guī)還不完善，影響了水污染防治的深度。今后，他加強立法研究，積極與天津市、唐山市等政府協(xié)商，制定了班加基、大壩飲用水污染防治措施，在激進的軌道上實施了《水污染防治法》，并從授予許可制度、污染物排放許可制度、授予許可制度、處罰制度等方面建立長效機制，確保有效。

2)加快綜合管理工程建設(shè)：目前，庫區(qū)污染日趨嚴重，污染防治進展緩慢，庫區(qū)生態(tài)環(huán)境保護滯后。因此，不允許加快倉庫的綜合安全。從源頭到清潔生產(chǎn)控制，從源頭到生產(chǎn)總量控制，從總量控制，從簡單控制到調(diào)整工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和合理布局的原則，試圖對倉庫的污染狀況進行調(diào)查并迅速加快措施步伐。

3)基礎(chǔ)研究的發(fā)展：必須進行基礎(chǔ)研究以抑制大黑汀的水污染。加強水質(zhì)評價、礦山開采、礦產(chǎn)生產(chǎn)、尾礦、生態(tài)環(huán)境保護和網(wǎng)絡(luò)化魚田恢復(fù)等方面的研究與開發(fā)，確保水資源污染最低，提高管理水平，是大黑汀水庫管理中的重要問題。

4 結(jié) 論

文章采用單因子指標法評價大黑汀水庫的水質(zhì)情況，使用一維數(shù)學(xué)模型計算水庫水環(huán)境容量。得出：氨氮、COD、揮發(fā)酚三項指標的濃度均可以達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)，評價結(jié)果較好，總磷評價結(jié)果較差，所有年份均超出水質(zhì)評價標準。COD與氨氮的入庫量與水庫的自凈能力達到較好的平衡，而總磷的入庫量大于水庫的自凈能力。