山東省水庫環(huán)境及其對(duì)供水安全的影響分析

田守崗，劉 健

（山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南250014）

根據(jù)水利普查資料統(tǒng)計(jì)，目前山東省興建各類水庫6 414 座，總庫容達(dá)到216 億m3，調(diào)洪庫容103 億m3，興利庫容112 億m3。其中大型水庫37 座，中型水庫197 座，小型水庫6 180 座[1]。從空間分布來看，水庫主要集中在魯中、魯東和魯南的低山丘陵區(qū)，煙臺(tái)市、臨沂市、濰坊市和泰安市四市的總量3 373 座，占全省總量的52.6%；魯北和魯西南的菏澤市、德州市、聊城市和濱州市總量為97 座，僅占全省總數(shù)的1.5%。水庫在實(shí)現(xiàn)防洪除澇任務(wù)的同時(shí)，作為重要的地表水源，還承擔(dān)著向城鄉(xiāng)居民生活、工業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)和農(nóng)業(yè)灌溉等多方面的供水任務(wù)，為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的水資源保障[2]。

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和人口的增加，庫區(qū)上游的農(nóng)業(yè)、工業(yè)等人類生產(chǎn)活動(dòng)頻繁，極大地改變了水庫的環(huán)境狀況，對(duì)水庫的水質(zhì)產(chǎn)生了一定的影響[3]。本文基于山東省典型水庫環(huán)境狀況，分析其對(duì)水庫水質(zhì)的影響，進(jìn)而提出相對(duì)應(yīng)的保障措施。

1 水庫環(huán)境狀況分析

水庫環(huán)境按照空間劃分為陸域環(huán)境和水域環(huán)境。其中，陸域環(huán)境主要是指集水域人類活動(dòng)、點(diǎn)源和面源污染、植被覆蓋與水土流失、道路交通穿越等；水域環(huán)境主要是指水庫形狀、庫底淤積、庫區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖等。

1.1 陸域環(huán)境

1）集水域人類活動(dòng)狀況。水庫按照水庫集水域地形條件分為山丘型水庫和平原型水庫。山東省平原型水庫主要分布在魯北的平原地區(qū)。平原型水庫一般為平原地區(qū)圍壩水庫，沒有自然匯水面積，入庫水來源主要為接受垂向大氣降水和跨流域（區(qū)域）調(diào)水[4]。一般情況下，平原水庫的蓄水水位要高于周邊地形，且水庫周邊均建設(shè)了截滲溝和圍網(wǎng)護(hù)欄，人類活動(dòng)對(duì)水庫水質(zhì)產(chǎn)生的直接影響較小。

山東省山丘型水庫主要分布在魯中、魯東和魯南的低山丘陵地區(qū)，其來水主要由大氣降雨，經(jīng)過坡面產(chǎn)流、河道匯流后，積蓄于水庫中。自集水域開始，人類活動(dòng)對(duì)山丘型水庫水質(zhì)會(huì)產(chǎn)生較大影響。坡地開荒，容易引起上游水土流失，梯田與植樹造林則可起到涵養(yǎng)水源、遏制水土流失的功能；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、規(guī)?；B(yǎng)殖以及工礦企業(yè)生產(chǎn)等，則產(chǎn)生直接污染源，對(duì)水庫水質(zhì)產(chǎn)生較大的影響。

2）集水域點(diǎn)源和面源污染狀況。點(diǎn)源污染主要是指水庫壩址上游匯水范圍內(nèi)的大型工礦企業(yè)及集中污水排放口。根據(jù)水庫的功能定位和供水對(duì)象，水庫可作為集中式飲用水水源地、工業(yè)供水水源地和農(nóng)業(yè)灌溉水源地。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，山東省109 個(gè)集中式地表水庫水源地進(jìn)行了保護(hù)區(qū)的劃分，在劃定的保護(hù)區(qū)內(nèi)不存在集中排污口。

面源污染主要包括農(nóng)村生活污染和農(nóng)業(yè)面源污染。相較于平原型水庫，山丘型水庫周邊往往人類活動(dòng)較為活躍，農(nóng)村農(nóng)居、農(nóng)業(yè)種植密集，因此面源污染對(duì)山丘型水庫水質(zhì)影響較大[5，6]。例如，岸堤水庫在2010 年劃定的一級(jí)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)有100 多處村莊，5 萬余農(nóng)村人口，且大量種植了桃、杏等經(jīng)濟(jì)作物，人類活動(dòng)較為頻繁。2019 年重新劃分了水源地保護(hù)區(qū)，并對(duì)保護(hù)區(qū)進(jìn)行了綜合整治，對(duì)農(nóng)村污水對(duì)水庫水質(zhì)的直接污染進(jìn)行了嚴(yán)格控制。高密市王吳水庫受到區(qū)域氣候環(huán)境的影響，自2015 年以來一直未形成有效徑流，導(dǎo)致水庫干涸無水可供。2020 年8 月底，在強(qiáng)降雨影響下王吳水庫蓄滿，2020 年9 月水庫水質(zhì)監(jiān)測(cè)化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)和五日生化需氧量分別超地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)0.4 倍、0.4 倍和0.15 倍，10月水庫水質(zhì)總磷含量超地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)2.8 倍，說明在汛期大雨后，水庫水質(zhì)存在有一定程度的污染問題。

3）集水域植被覆蓋與水土流失狀況。近年來，山東省大力開展水土流失防治工作。自2016年以來，全省綜合采取封禁治理、梯田改造升級(jí)、栽植水保林、經(jīng)濟(jì)林等措施，不斷加大水土流失治理力度，積極開展了生態(tài)清潔小流域建設(shè)。在重點(diǎn)工程帶動(dòng)下，累計(jì)完成水土流失治理6 588 km2。截至2019 年底，山東省水土流失面積較2011 年（全國(guó)第一次水利普查）減少11.6%，中度及以上水土流失面積減少84.2%以上，實(shí)現(xiàn)面積、強(qiáng)度的雙下降。各水庫結(jié)合自身實(shí)際，積極開展植樹造林工作，極大地提高了水源涵養(yǎng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，全省31 處山丘型水庫國(guó)家級(jí)飲用水水源地的一級(jí)保護(hù)區(qū)植被覆蓋率均在90%以上。

4）上游及庫區(qū)道路交通穿越狀況。據(jù)調(diào)查，山東省水庫保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)大多存在道路交通穿越。各地區(qū)基本建立了危險(xiǎn)化學(xué)品管理制度，對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸車輛進(jìn)行監(jiān)管。但運(yùn)輸危險(xiǎn)化學(xué)品的車輛發(fā)生交通事故后導(dǎo)致危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏到河道中，隨著水流的流動(dòng)發(fā)生物理遷移匯入水庫，使得突發(fā)環(huán)境事件的發(fā)生概率大大提高。同時(shí)，汽車尾氣和輪胎磨損碎屑留置在公路和橋梁上，經(jīng)過風(fēng)吹、雨淋都有可能進(jìn)入水庫，從而給水體帶來石油類、氮磷、重金屬以及微塑料污染風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 水域環(huán)境

1）水庫形狀狀況?！八唬ㄋ睿獛烊荨娣e”曲線直觀反映了水庫的形狀。對(duì)于一定庫容的水庫，寬—淺型水庫水面面積較大，導(dǎo)致水面蒸發(fā)損失增多。較淺的水深使得陽光可以直接透射到庫底，水體溫度升高、光照相對(duì)充足，給水生生物提供了良好的光合和繁殖條件，進(jìn)而影響水質(zhì)[7]；窄—深型水庫由于能夠提供更寬范圍的水生態(tài)系統(tǒng)過渡帶，在保障水質(zhì)安全方面有更大的容許度。例如，青島市的宋化泉水庫和挪城水庫的水庫形狀均為寬—淺型，在當(dāng)前降水來水有限的情況下，就給調(diào)蓄黃河水量和保證水庫水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的博弈問題提出了挑戰(zhàn)。

2）庫底淤積狀況。山東省山丘型水庫主要修建于20 世紀(jì)50～80 年代，主要受上游泥沙淤積影響；平原型水庫基本自本世紀(jì)開始修建，主要外調(diào)水泥沙淤積影響[8]。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料，在1972—1984 年，山東省水文總站對(duì)大型水庫和部分中、小型水庫進(jìn)行庫區(qū)淤積測(cè)量。結(jié)果顯示：自建庫以來，全省大型水庫和中型水庫死庫容平均淤積34.2%和28.4%，興利庫容分別平均淤積5.3%和5.6%。據(jù)調(diào)研，近年來全省水庫未開展大規(guī)模的清淤，水庫淤積情況可能較前期更加嚴(yán)重[9]。淤積的泥沙同時(shí)攜帶著大量的氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)沉積在庫底，在水庫水位較淺、陽光直射或者庫底淤泥擾動(dòng)的時(shí)候，底泥中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)容易釋放，易發(fā)生二次污染[10]。

3）庫區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖狀況。水產(chǎn)養(yǎng)殖亦是水庫承擔(dān)的一項(xiàng)重要功能。近幾年，山東省堅(jiān)持“調(diào)整結(jié)構(gòu)、控制規(guī)模、品種多樣、吃濾結(jié)合、防控污染、減少病害、穩(wěn)步發(fā)展”的原則，除放養(yǎng)鯉、鳙等常規(guī)品種外，把草魚、羅非魚、鯽魚、大規(guī)格魚種培育等作為網(wǎng)箱養(yǎng)魚的重點(diǎn)。目前，全省水庫累計(jì)養(yǎng)魚面積4．84 萬hm2。

山東省大、中型水庫一般均具有生活飲用水供水功能，水庫網(wǎng)箱養(yǎng)殖已經(jīng)全部禁止，取而代之的是兼具生態(tài)功能的增殖放流。例如，濰坊峽山水庫從2008 年開始大力實(shí)施增殖放流。青島棘洪灘水庫科學(xué)投放濾食性魚類凈化了水質(zhì)，從而解決了藻類對(duì)供水安全的影響。經(jīng)監(jiān)測(cè)，科學(xué)投放成效顯著，每年夏秋季節(jié)水庫總氮都會(huì)大幅度降低，推斷為藻類生長(zhǎng)吸收了氮，濾食性魚類濾食藻類，形成了生態(tài)良性循環(huán)[11]。

山東省生產(chǎn)性養(yǎng)殖的任務(wù)主要由小型水庫承擔(dān)，重點(diǎn)利用小水庫具有易管理、回捕率高、便于精養(yǎng)的特點(diǎn)，采取大水面增殖與網(wǎng)箱養(yǎng)魚相結(jié)合，并輔以施肥措施的精養(yǎng)開發(fā)模式，網(wǎng)箱精養(yǎng)鯉、鯽、草、羅非魚等品種。小型水庫在發(fā)展生產(chǎn)養(yǎng)殖的同時(shí)，由于人工的投放餌料，也給水質(zhì)帶來了一定的影響和風(fēng)險(xiǎn)。

2 環(huán)境狀況對(duì)水質(zhì)影響分析

任何一種環(huán)境因素，對(duì)水庫水質(zhì)都會(huì)起到正面或者負(fù)面的影響。如水庫集水域適當(dāng)?shù)娜祟惢顒?dòng)產(chǎn)生的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，會(huì)給水庫水體中的浮游生物提供營(yíng)養(yǎng)，從而保證整個(gè)水庫生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。而超量的氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，會(huì)引起水質(zhì)惡化、浮游生物過載。適量科學(xué)的增殖放流會(huì)對(duì)水質(zhì)有一定的凈化作用，而過量增殖放流魚類會(huì)引起水庫生態(tài)系統(tǒng)的破壞，導(dǎo)致水質(zhì)惡化。

根據(jù)2016—2018 年全省水庫水功能區(qū)監(jiān)測(cè)結(jié)果，主要承擔(dān)生活飲用水供水任務(wù)的62 個(gè)水庫中，符合Ⅱ類以上水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)水庫占比38%，符合Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)水庫占比60%，IV 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)水庫占比2%，主要是化學(xué)需氧量和高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)。水庫水質(zhì)超標(biāo)大多發(fā)生在豐水期，說明由于豐水期降水沖刷地表、攜帶著人類活動(dòng)產(chǎn)生的污染物質(zhì)進(jìn)入水庫，影響了水庫水質(zhì)。從營(yíng)養(yǎng)狀況來看，輕度營(yíng)養(yǎng)水庫占比40%，中度營(yíng)養(yǎng)狀況占比60%。從年際變化分析得知，2016—2019年全省水質(zhì)總體具有逐年提高的趨勢(shì)，其中達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水庫數(shù)量增加，而呈現(xiàn)中度營(yíng)養(yǎng)狀況的水庫數(shù)量亦在逐年上升。

3 水庫供水安全保障措施

3.1 構(gòu)建水庫—流域共同體

構(gòu)建水庫—流域共同體，打造“海綿流域”。水庫作為人類興利除害的重要水利基礎(chǔ)設(shè)施，連同上游流域是山、水、林、田、湖、草的直觀體現(xiàn)。山東省的山、水、林、田、湖的建設(shè)與保護(hù)已經(jīng)引起了社會(huì)的高度重視，而對(duì)于草的建設(shè)與保護(hù)相對(duì)較弱。草地的建設(shè)有效減少了陸地蒸發(fā)損失、增加了壤中流，從而可以減緩洪峰流量，凈化水質(zhì)，增加水庫來水量[12]。加大草地建設(shè)、入庫河流人工濕地建設(shè)，可以消減暴雨徑流對(duì)水庫的沖擊，較大程度降低水庫的污染物輸入量，尤其是氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽等污染物，從而提高入庫水質(zhì)，保障供水安全。

3.2 控制生產(chǎn)生活污染源

采取一定的措施對(duì)水庫上游農(nóng)村和工業(yè)生產(chǎn)污染源進(jìn)行控制。

農(nóng)村污染源控制主要包括農(nóng)村生活污水治理和農(nóng)業(yè)面源污染治理。主要措施有：1）采用分散式污水處理裝置與農(nóng)業(yè)生態(tài)利用相結(jié)合的方式對(duì)農(nóng)村生活污水進(jìn)行處理。2）城鎮(zhèn)生活污水通過污水處理廠集中處理達(dá)標(biāo)后排放。3）庫區(qū)內(nèi)居民的生活垃圾必須做到日產(chǎn)日清，進(jìn)一步完善與加強(qiáng)“戶集村收、鄉(xiāng)鎮(zhèn)運(yùn)輸、區(qū)縣處理”的三級(jí)生活垃圾處置。4）控制農(nóng)業(yè)種植源和養(yǎng)殖源的污染物輸入量。大力推廣農(nóng)村無磷洗滌劑；大力開展水庫庫圍、坡度大區(qū)域進(jìn)行退耕還林工程；調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，推廣低肥高產(chǎn)種植作物，全面開展科學(xué)施肥工程，重點(diǎn)控制氮磷肥料的施用量，逐步提高有機(jī)肥料的施用比例，提高氮磷肥料的利用效率，農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖源通過建立生態(tài)養(yǎng)殖小區(qū)的方式，將散戶養(yǎng)殖集中，通過耕地、水田的有機(jī)肥料需求量，確定養(yǎng)殖規(guī)模，做到養(yǎng)殖廢物綜合利用。

工業(yè)源控制的主要措施主要有：1）從源頭控制，嚴(yán)格落實(shí)工業(yè)污水處理達(dá)標(biāo)排放。2）對(duì)于有水功能要求的水庫，其上游的工業(yè)廢水處理要進(jìn)一步提標(biāo)，或者通過管道導(dǎo)流到流域外排放。3）在承擔(dān)飲用水水源任務(wù)水庫的保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，嚴(yán)禁新建有生產(chǎn)廢水產(chǎn)生的工業(yè)項(xiàng)目。

3.3 控制底泥污染

底泥污染控制措施通常為底泥疏浚、種植沉水植物、投加絮凝劑及底泥覆蓋物等。對(duì)水庫庫底沉積物進(jìn)行清淤疏浚，不僅可以提高水庫的庫容量，而且可以控制底泥的二次污染。但是，底泥疏浚工程量大、費(fèi)用高，并對(duì)水庫生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定破壞作用。種植沉水植物可有效沉淀懸浮態(tài)有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽，增加水體透明度，改善水庫生態(tài)系統(tǒng)。投加絮凝劑及底泥覆蓋物，增加底泥穩(wěn)定性，減少水動(dòng)力和生物擾動(dòng)，控制底泥污染物釋放。根據(jù)各水庫實(shí)際情況，選擇合適的措施控制底泥污染。

3.4 建立環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急系統(tǒng)

建立環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急系統(tǒng)。1）優(yōu)化布設(shè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，采取建設(shè)水庫水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)和定點(diǎn)取樣室內(nèi)化驗(yàn)等方法，準(zhǔn)確掌握水庫水質(zhì)變化情況。2）提高水庫水質(zhì)。適當(dāng)增加鰱、鳙等濾食性魚類的放養(yǎng)量，種植沉水植物。3）控制突發(fā)環(huán)境事件。危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛必須符合相關(guān)規(guī)范，禁止通行危險(xiǎn)性大、毒性高的危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛，設(shè)置水庫公路導(dǎo)流溝和應(yīng)急池。4）建立水庫環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案，完善水庫環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急的組織，明確事故責(zé)任，配套相關(guān)應(yīng)急硬件設(shè)施。

4 結(jié) 語

本文對(duì)影響水庫水質(zhì)的庫區(qū)環(huán)境因素進(jìn)行了分析，并提出了一系列的水庫供水安全保障措施。通過采取一定的工程和非工程措施對(duì)水庫進(jìn)行管理和保護(hù)，從而提高水庫的水質(zhì)，保障區(qū)域人民生活生產(chǎn)用水需求及供水安全。