漳澤水庫底泥氮磷釋放過程及污染控制方案

王旭艷

（山西漳澤水庫管理有限公司山西長治046021）

0 引言

漳澤水庫樞紐位于長治市北郊交漳村與淹村之間，屬于海河流域漳衛(wèi)南運(yùn)河水系，是一座集工業(yè)、城市供水、灌溉、防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游等綜合功能的大（Ⅱ）型水庫，在長治市的發(fā)展中有著重要的地位，但從2003年起水庫水質(zhì)總體評(píng)價(jià)為Ⅴ類，而且污染日趨嚴(yán)重，到目前仍處于Ⅴ類到劣Ⅴ類。水庫水質(zhì)惡化，主要原因就是水體的富營養(yǎng)化問題，富營養(yǎng)化的主要控制因子是氮磷。水庫水體中氮磷等污染物的來源主要分為外源和內(nèi)源。外源主要由庫區(qū)上游的工業(yè)廢水和生活污水隨著入庫河流進(jìn)入水庫引起，內(nèi)源主要來源是底泥中污染物的釋放。

2000年以來，國家針對水資源保護(hù)頒布了很多相關(guān)的政策、法令，雖然一定程度上有效控制了水庫的外源污染，但內(nèi)源污染卻未得到很好的解決，例如，杭州西湖的沉積物每年向湖水中釋放磷113 t，沉積物的釋放量約占入湖磷總量的41%，沉積物內(nèi)源污染己經(jīng)和外源污染一樣成為危害水體生態(tài)環(huán)境的主要污染源，要想從根本上解決水體污染問題，研究沉積物內(nèi)源污染顯得尤為重要。

漳澤水庫運(yùn)行60 多年來，底泥積累越來越多，庫容也隨之在逐漸減少，目前底泥淤積量已超4 000 萬m3，且底泥顏色呈現(xiàn)為黑色，污染嚴(yán)重，對水庫水體的富營養(yǎng)化和底棲生物的影響越來越大。漳澤水庫的富營養(yǎng)化問題，不僅降低了水庫水環(huán)境質(zhì)量，也影響著水庫供水、旅游、灌溉等功能的正常發(fā)揮。目前，水庫的外源污染尚未得到有效解決，使得內(nèi)源污染仍在繼續(xù)發(fā)展，因此研究水庫的內(nèi)源底泥污染迫在眉睫。

1 漳澤水庫概況

1.1 漳澤水庫基本情況

漳澤水庫總庫容4.27 億m3，大壩長2 514 m，正常蓄水位（902.4 m）時(shí)，壩前最大水深8.94 m，庫尾水深0.94 m，平均水深5.49 m，屬于淺水水庫。大陸性季風(fēng)氣候，一年四季分明，每年10月至次年5月，干燥少雨，6月以后，雨量增多。根據(jù)長治市第二次水資源評(píng)價(jià)，全市年平均降雨量573.3 mm。2007—2016年入庫徑流量平均值為1.202 1 億m3，出庫徑流量平均值為0.978 7 億m3。

1.2 漳澤水庫污染現(xiàn)狀

現(xiàn)狀水庫外源污染主要包括入庫河流進(jìn)入的污染物、漳澤電廠直接排入的循環(huán)冷卻水等。內(nèi)源污染方面，通過觀察在漳澤水庫采集的底泥樣品，發(fā)現(xiàn)水庫上層底泥污染較為嚴(yán)重，呈黑色的稀泥狀，厚度約40～50 cm。水位900.86 m 時(shí)，1965年水庫庫容為10 610 萬m3，2018年水庫庫容為8 021 萬m3，兩者水庫庫容之差（即2018年水位900.86 m 以下底泥淤積量）為2 589 萬m3。根據(jù)2010年漳澤水庫測量成果，900.86 m 水位下底泥淤積量為2 321 萬m3，與2010年相比，2018年900.86m水位下底泥淤積量增加了268 萬m3，年平均淤積量為33.5 萬m3。

2 漳澤水庫底泥氮磷釋放過程分析

結(jié)合漳澤水庫的地形特點(diǎn)及水庫水體匯入和流動(dòng)情況，在庫區(qū)具有代表性的區(qū)域采用網(wǎng)格法布設(shè)北斷面（1＃、2＃）、中北斷面（3＃、4＃、5＃）、中斷面（6＃、7＃、9＃、11＃）、中南斷面（8＃、10＃、12＃、13＃）、南斷面（14＃、15＃、16＃）共16 個(gè)采樣點(diǎn)，于2017年10月至2018年9月共進(jìn)行10 次底泥采樣。由于南部斷面處于河流入庫口，污染較嚴(yán)重，因此該處采樣點(diǎn)分布較密集。

間隙水是指水體底泥空隙中不受土粒吸著能移動(dòng)的水分；上覆水是位于底泥上部的水層，也是水庫的底層水。通過分析底泥、間隙水、上覆水中氮磷濃度之間的關(guān)系，來探討內(nèi)源氮磷釋放過程。底泥、間隙水、上覆水全年平均總氮、總磷濃度對比見表1，漳澤水庫底泥、間隙水、上覆水中氮、磷含量相關(guān)系數(shù)見表2。

表1 漳澤水庫各區(qū)域底泥、間隙水、上覆水氮磷濃度表 單位：mg/kg、mg/L

表2 漳澤水庫底泥、間隙水、上覆水中氮、磷含量相關(guān)系數(shù)表

從表1 中可看出，上覆水、間隙水、底泥總氮、總磷濃度呈遞增趨勢，且底泥中的總氮、總磷遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于間隙水，說明底泥是總氮、總磷的貯存場；間隙水中總氮是上覆水的1.2～4.2 倍，總磷是上覆水的2.4～5 倍，由此可見，底泥中的氮磷首先釋放至間隙水，而后再由間隙水?dāng)U散到上覆水中。

利用Excel 相關(guān)系數(shù)函數(shù)correl 對底泥、間隙水、上覆水中氮、磷含量進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)性系數(shù)越接近1 說明分析因素之間的相關(guān)性越大。從表2 中可看出，底泥和間隙水中總氮含量相關(guān)系數(shù)為0.418，總磷含量相關(guān)系數(shù)為0.700，相關(guān)性不顯著，說明底泥中氮磷釋放到間隙水的過程受到物理、化學(xué)以及生物等多重因素影響；底泥與上覆水中總氮的相關(guān)系數(shù)為0.216，總磷含量相關(guān)系數(shù)為0.763，顯著性不明顯，說明底泥中氮磷是先釋放到間隙水，再由間隙水到上覆水，釋放過程受多種因素影響；間隙水和上覆水中總氮含量相關(guān)系數(shù)為0.880，總磷含量相關(guān)系數(shù)為0.909，呈現(xiàn)高度正相關(guān)性，說明間隙水中的氮磷對上覆水影響明顯。由此可見，底泥中的氮磷首先釋放至間隙水，然后由間隙水?dāng)U散至上覆水。

3 漳澤水庫底泥污染控制建議方案

內(nèi)源污染控制的總體原則是底泥的污染程度不同，采取的治理措施也不同，重點(diǎn)是在對環(huán)境的二次污染最小的情況下，以最小的工程量達(dá)到最大的治理效果和環(huán)境效益。

目前，底泥污染治理方法主要包括底泥氧化、底泥疏浚、底泥覆蓋、生態(tài)修復(fù)四個(gè)方面。各治理技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合漳澤水庫實(shí)際，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、治理效果、應(yīng)用情況等方面對各方法進(jìn)行對比，結(jié)果見表3。

表3 底泥治理方法對比表

綜上分析，單純的底泥氧化、底泥疏浚、底泥覆蓋往往會(huì)打破疏浚區(qū)原有的生態(tài)系統(tǒng)，若實(shí)施后未進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，水體未建立強(qiáng)大的自凈能力，隨著時(shí)間的推移，水環(huán)境改善不能長期維持，水質(zhì)將再次惡化。生態(tài)修復(fù)作為水庫水環(huán)境治理必不可少的手段之一，能夠彌補(bǔ)其它治理方法對生態(tài)系統(tǒng)造成的局部干擾與破壞。

4 結(jié)語

上覆水、間隙水、底泥中的總氮、總磷含量呈遞增趨勢，說明底泥是水庫氮磷的貯存場，當(dāng)水庫水體受到擾動(dòng)時(shí)，上覆水環(huán)境條件發(fā)生改變，底泥中的氮磷就會(huì)再次釋放出來，成為水體的污染源；底泥、間隙水、上覆水中的總氮、總磷含量具有顯著相關(guān)性，說明底泥中的氮磷先釋放到間隙水，再通過間隙水污染上覆水，由于水體的垂直交換運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而污染整個(gè)水庫，說明底泥作為漳澤水庫的內(nèi)源污染源嚴(yán)重影響水庫的水質(zhì)。

綜合考慮各種底泥污染治理方法的利弊，漳澤水庫內(nèi)源污染治理建議方案為：在庫尾采取底泥疏浚，疏浚后進(jìn)行底泥覆蓋。壩前采取底泥氧化措施，輕度污染區(qū)即水庫中部采取底泥覆蓋，最后在整個(gè)水庫采取生態(tài)修復(fù)。同時(shí)配合外源治理措施，在水庫入庫處建立污水處理廠，入庫口建立人工濕地，并建設(shè)水庫環(huán)庫截污溝和水陸生態(tài)交錯(cuò)帶。內(nèi)源外源治理協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)改善漳澤水庫水質(zhì)的目標(biāo)。