水库水质安全保障对策研究——以长潭水库为例

万林 胡庆年 王浩

（台州环境科学设计研究院，浙江 台州 318000）

1.前言

水库通常指蓄水量大于106m3，建有人工大坝，具有明显河流来水特征的蓄水水体，大坝是水库的标志[1]。水库是一种介于河流和湖泊间的半人工半自然水体，广泛分布于世界各地。在我国，库容小于107m3、介于107m3和108m3、大于108m3分别划分为小型、中型和大型水库[2]。水库的主要功能为防洪、发电、灌溉、供水、养殖等，由于当前严重的水环境污染，水库的供水功能日渐重要。自1949年至今，全国兴建各类水库8.6万座、水库总库容6345亿m3，约为全国河流年径流量的1/5，水库年供水能力达5000多亿m3[3]。以2001-2004年我国135座代表性水库水质现状调查，采用营养状态指数法评价表明：中富营养型水库在大、中、小型水库中均处主导地位，其数量及其库容比例分别为55.8%、82.4 %;82%、80.9%;81.8 %、99.9%[4]。目前，我国水库大部分已达到中富营养化水平。水库富营养化、蓝藻爆发、突发性化学危险品输入等风险，已严重影响到水质安全。

2.水质安全保障对策

2.1 外源污染控制

通常水库外源污染源为工业源、生活源、农业源。工业源、生活源以及农业畜禽养殖源通常以点源形式出现，可采用废水生化工艺进行脱氮除磷处理，削减有机物及营养盐。农业面源通常以地表径流方式进入水库，其源控制措施主要为削减化肥、农药使用量，有机肥代替化肥、合理规划流域耕地及农田面积、增加流域水塘面积、退耕还林、退耕还草等，末端控制措施主要为设置水库周边植被过滤带、入库溪流前置库、人工湿地等，截流、沉降、吸收、降解径流中污染物。

2.2 内源污染控制

水库内源污染源主要为富含有机物和营养盐的水库底泥。在水库建设初期水库底泥为水库污染物的汇，水体中的有机物、营养盐以悬浮物的形式沉积至底泥，另外水生生物死亡后的沉积至水库底泥，经过长期积累后底泥在厌氧条件下逐步释放有机物及营养盐。水库底泥污染物控制措施通常为底泥疏浚、种植沉水植物、投加絮凝剂及底泥覆盖物等。

2.3 生态系统恢复

水库生态系统是包括库岸带、水陆交错带、库内水体、底泥等区域内的各类生物及其环境的完整生态系统。水库生态包括陆生生态系统、水陆交错带生态系统、水生生态系统、底泥生态系统四大子系统，各子系统的物质、生物及能量的迁移及相互作用，最终以水库水质形式体现。水库生态系统的恢复需全面恢复其各个子系统，主要方式为恢复库岸带、水路交错带的陆生、水生植物，恢复库内水体、底泥的水生植物、动物。生态系统的恢复可有效增加水库对外源性污染物的去除吸收能力，提高生态系统的稳定性，增加水环境容量。

2.4 突发风险事故应急

水库突发环境风险事故主要表现为水库在春夏时期的蓝藻爆发和突发性化学危险品输入。蓝藻爆发情况下可通过物理、化学或生物等方式除藻。物理除藻包括打捞法、黏土法、物理杀伤法、改变局部环境法（遮光或扬水桶技术等）[5,6]；化学除藻主要是通过投加化学药剂杀灭藻类，目前已合成和筛选出的杀藻剂有：有机物和铜盐、高锰酸钾、铁盐、氯气、臭氧、漂粉精等无机物[7]，使用化学法需高度关注化学品输入导致的二次污染。生物除藻包括：藻类制藻、植物制藻、鱼类制造和微生物絮凝剂制藻等方式[8]。

突发性化学危险品输入应急对策主要是加强危险源管理、建立应急预案、配置可有效应对化学危险品的应急物质和设施。严格控制化学危险品运输车辆进入库区，禁止装载化学危险品的船只进入库区；明确突发事故应急组织机构及职责，制定具体应急措施；设置事故应急收集池、购置应急车辆、常备应急物资。

3.以长潭水库为例

3.1 长潭水库基本情况

台州市长潭水库始建于1958年，位于浙江省台州市黄岩区，介于北纬28°30'～28°40'、东经121°00'～121°04'，是一座以供水和灌溉为主的水库。水库集雨区面积441.3km2，年平均径流量5.65×108m3，水库设计洪水水位39.39m，库容总量6.20×108m3，校核洪水水位43.01m，总库容7.32×108m3，正常库容4.57×108m3。

3.2 主要环境问题及成因分析

3.2.1 主要环境问题

（1）部分指标超标

长潭水库2005-2009年水质主要超标指标为总氮、石油类、总磷。根据近五年长潭水库监测数据，水库pH值、总磷、石油类和叶绿素α呈明显上升趋势；2009年相比2005年平均值pH值上升1.8%、总磷上升75.2%、石油类上升36.7%。水温呈波动趋势。总氮呈下降趋势，2009年比2005年下降4.6%。

（2）pH剧增、藻类爆发

2009年5月份长潭水库pH急增，藻类也迅速增殖，水质恶化现象十分明显。2009年5月20日，水质监测中pH值、总磷和石油类均超标；未检测出微囊藻毒素，但藻类密度数量均在105个/L以上，其中温潭和大众旺监测点藻类数量在106个/L以上。群落结构相对单一，主要优势种为曲壳藻属。2009年6月1日，藻类密度增加一个数量级，达到106个/L以上，其中温潭和大众旺监测点藻类数量在107个/L以上。群落结构极为单一，曲壳藻属成为绝对优势种，占总藻类数的99%以上。根据监测数据计算，3个监测点位的综合营养状态指数值分别为40.17、39.10、41.77，对照湖泊（水库）富营养化评价标准，水库营养化程度达到中营养水平。

（3）环境风险隐患

国际上认为，当水体中的总氮、总磷浓度分别达到0.2mg/L和0.02mg/L的临界值时，就可能出现富营养化现象[9]。当氮磷重量比大于10时，磷成为藻类增长的限制因素[10]。当前，长潭水库总氮呈超标状态，总氮年平均含量稳定在0.5mg/L，总磷含量在5-8月份居于0.025-0.030mg/L之间，达到了国际上的富营养化的基本条件，而且具有蓝藻爆发的潜在危险。长潭水库氮磷之间比例约为20：1，总磷成为蓝藻爆发的关键因素。

长潭水库将规划建设进入库区通往温州的公路。公路建成后，装载化学危险品的货车的通行，也增加了化学危险品泄漏入库的环境风险。一旦发生事故导致有毒有害物质进入长潭水库，必将导致一定时期内水体无法满足饮用功能。

3.2.2 问题成因分析

（1）农业源污染物输入

当前长潭水库的畜禽养殖量较大，猪存栏量9872头，出栏量12415头，牛存栏量1185头，家禽存栏量22.61万羽，出栏量41.80万羽等养殖情况计算，污染物产生量分别为：COD 655.95t/a、氨氮62.03t/a、总磷41.39t/a。畜禽养殖污染物流失量为产生量的35%；污染物排放量为：COD 229.58t/a、氨氮21.71t/a、总磷14.49t/a。

长潭水库库区林地53.37万亩、旱地1.54万亩、水田3万亩。耕地施肥强度：水田：氮肥150kg/hm2，磷肥10kg/hm2；旱地：氮肥350kg/hm2，磷肥25kg/hm2。根据单位面积林地、旱地及水田的径流产污系数及氮肥平均流失率约10%，磷肥平均流失率约3%[11]，进行估算，主要污染物排放量为：COD 2707.3t/a、氨氮217.14t/a、总磷18.55t/a。

（2）生活源污染物输入

长潭水库7个乡镇共有人口102905人，主要污染物产生量为：COD 1126.81t/a、氨氮 98.60t/a、总磷 9.86t/a。现已完成宁溪镇污水处理厂一期工程（服务人口约0.75万人，规模500t/d）及103家农村生活污水治理（服务人口约5.4万人），经过当前工程治理后，生活源污染物排量为：COD 522.78t/a、氨氮 62.87t/a、总磷 5.55t/a。

（3）工业源污染物输入

根据第一次污染源普查，长潭水库工业企业共有128家，污染物产生量为：COD 85.85t/a、氨氮2.95t/a；排放量为COD 47.18t/a、氨氮2.72t/a。

根据上述调查计算，长潭水库主要污染物输入总量：COD 3506.84t/a，其中农业源、生活源、工业源分别占83.7%、14.9%、1.3%；氨氮304.44t/a，其中农业源、生活源、工业源分别占78.5%、20.7%、0.9%；总磷38.54t/a，其中农业源、生活源、工业源分别占85.7%、14.3%、0%。COD、氨氮、总磷污染物农业种植源分别占77.2%、71.3%、48.1%；养殖源分别占6.5%、7.1%、37.6%。以长潭水库多年平均径流量5.65亿立方米估算，在不考虑水库水生生态系统对外源性总磷吸收的情况下，以《地表水环境质量标准》二级标准为依据，水库总磷的环境稀释容量为14.13吨。当前水库的总磷输入量为38.54吨，已远远高于该值。

（4）底泥污染物释放

长潭水库建库于1958年建成，至今已经有52年历史。通常氮磷营养物质大量输入情况下，逐步在水库底泥中沉淀积累。以总磷排放量估算，其输入量大大超过了长潭水库的稀释容量，在水库中不断积累。在水库建成初期营养盐不断输入水库，逐步积累至底泥之中。经过一段时间积累后，底泥的营养盐将逐步向水体释放，形成水库营养盐的内源。

（5）库区生态结构退化

长潭水库库区生态系统包括整个集雨区、库区滨岸带及库区水域等。湖库滨岸带即连接湖库水域与陆域的交错带，是削减和缓冲外界环境污染的天然防护带。长潭水库当前滨水带由于居民的生产生活导致生态系统受到不同程度的破坏，原有的不同类型的植被被农田、耕地及居民住宅所替代，大大削弱了作为水库水质防护的天然屏障能力。

3.3 维护水质安全的对策及建议

长潭水库的水质保护，需多方面进行控制。首先需要控制农业、生活及工业污染的污染物输入；其次还需对底泥进行有效控制，减少内源的污染物输入；再次还要积极恢复库区的生态系统，提高水库的自净能力；最后需对环境风险事故进行有效预防，建立完善必要的应急处置系统。

3.3.1 生活源控制

农村生活污水治理重点采用分散式污水处理装置与农业生态利用相结合。对于距离水库水域较近区域内的农村生活污水采用分散式装置进行处理后达标排放，对于距离库区较远的山区农村生活污水通过改厕的方式进行集中收集后生态利用。城镇生活污水通过污水处理厂集中处理达标后排放。当前需加快库区内宁溪镇污水处理厂二期工程及管网建设，提高污水收集率和污水厂运行负荷。对于生活污水处理系统，应加强该系统的质量管理，保证收集处理率，同时加强必要的运营维护。

对于库区内居民生活垃圾必须做到日产日清，进一步完善与加强“户集村收、乡镇运输、区县处理”的三级生活垃圾处置。加强对库区船只管理，减少船只使用频次和使用时间，对于船只上的含油废水、生活污水、生活垃圾进行收集处理。大力推广农村无磷洗涤剂，可采用补贴或免费方式向库区居民提供无磷洗涤剂。

3.3.2 农业源控制

农业种植源和养殖源的污染物输入量比重最大。大力开展水库库围、坡度大区域进行退耕还林工程，继续加强库区移民。同时，全面开展科学施肥工程，重点控制氮磷肥料的施用量，特别是磷肥的施用量，逐步提高有机肥料的施用比例，提高氮磷肥料的利用效率。农业养殖源通过建立生态养殖小区的方式，将散户养殖集中，通过耕地、水田的有机肥料需求量，确定养殖规模，做到养殖废物的全部综合利用。养殖小区重点采用“猪沼果”的生态模式，并合理发展少污染、无污染的农产品加工业，提高农产品附加值。

3.3.3 工业源控制

工业源的控制的重点是从源头控制，严禁新建有生产废水产生的工业项目。对于现有的废水产生企业通过关停、转产的方式淘汰有废水产生的企业。对于只有生活污水产生的企业必须通过自建设施或纳入污水厂做到达标排放。

3.3.4 底泥污染控制

水库底泥污染物控制措施通常为底泥疏浚、种植沉水植物、投加絮凝剂及底泥覆盖物等。底泥疏浚工程量大、费用高，并对水库生态系统产生一定破坏作用；种植沉水植物可有效沉淀悬浮态有机物和营养盐，增加水体透明度，改善水库生态系统；投加絮凝剂及底泥覆盖物主要是通过增加底泥稳定性，减少水动力和生物扰动，控制底泥污染物释放。对于长潭水库底泥控制可以沉水植物种植和底泥疏浚工程为重点，在不同区域将二者进行有机结合。底泥疏浚应注意防止二次污染和生态破坏，水生植物种植需建立有效的维护管理制度。

3.3.5 陆地生态系统恢复

对于库区内山地土壤侵蚀区积极开展水土保持工作，对于坡度大于25°以上的耕地实行退耕还林。合理种植护坡植物，树种草种要选择根系发达、生长快、抗逆性强的本地物种，并进行乔、灌、草的合理配置和设计，减少水土流失和农业面源污染。加强水库库区森林植被建设，逐步提高林地比例，对于疏林地、荒地进行改造，加强林地的水源涵养功能。优化库区植物群落，设计顶级群落结构和植物区系，建立采用混交林和复合多层次结构。

3.3.6 滨岸带生态系统恢复

在长潭水库库区38m等高线以下所有陆域（饮用水源一级保护区）范围内，建设结构合理的乔灌草相结合的沿岸保护带。植物物种选择可重点考虑水库内常见的多年常绿乔木、多年生木本植物及混合草皮。根据地形特点，保持沿岸防护带一定宽度，确保最低宽度在20m以上。在水库的水位线以下，可选择性在一定区域内种植湿生植物、挺水植物及浮叶植物，重点考虑种植湿生植物和挺水植物，并安排资金和人员进行管理，定期收割。

3.3.7 入库溪流人工湿地建设

长潭水库地表径流主要通过宁溪、柔极溪、上垟溪等主要入库溪流进入水库。入库溪流是库内所有污染物入库的主要渠道，通过建设人工湿地可大大降低水库的污染物输入量，特别氮磷营养盐的输入。根据目前长潭水库入库径流中污染物浓度较低的现状，考虑到建设成本和对入库径流的抗冲击能力要求，可在溪流入口的河滩地建设表流式人工湿地，并建设入库溪流拦水坝，消减暴雨径流对人工湿地的冲击。人工湿地建设范围为溪流入口水库38米水位以下至水库33米水位以上水域。入库溪流人工湿地中的湿生植物带可以种植香蒲、芦苇、灯心草、宽叶香蒲、茭草等去污能力较强的植物。在运行过程中需及时重新种植湿地植物、去除杂草和挖掘沉积物。

3.3.8 建立环境风险应急系统

长潭水库对照国际经验，已经达到富营养化的条件，潜在蓝藻爆发风险。当前可通过增加鲢鳙等虑食性鱼类的放养量，种植沉水植物，加强藻类控制。建设水库水质在线监测预警系统，监测主要指标，准确监控蓝藻增殖情况；同时建立水库蓝藻爆发应急响应对策，明确不同情况下的应急除藻措施。

库区内建设跨库公路以后，化学危险品泄漏事故发生概率将大大增加。对于水库输入性环境风险，首先要从源头控制，加强风险预防，完善风险管理，建立风险应急系统。危险品运输车辆必须符合相关规范，禁止通行危险性大、毒性高的危险品运输车辆；设置水库公路导流沟和应急池；建立水库环境风险应急预案，完善水库环境风险应急的组织，明确事故责任，配套相关应急硬件设施。

3.3.9 备用水源建设

根据台州市的地理位置特点，可重点考虑将临海市牛头山水库、溪口水库与长潭水库互为备用水源。通过建设三个水库主要自来水厂的相互供水管道，在单个水库事故状况下，可相互作为饮用水备用水源，可大大提高台州市区饮用水的安全保障。

3.3.10 研究与规划

对长潭水库库区范围主要污染源、陆生生态系统、水生生态系统、水库水质、水库底泥进行全面研究，进一步明确主要污染物的入库量和水库环境容量、底泥与水质的关系、水质与藻类的关系、应急对策与技术等重要内容。在此基础上，制定切实可行的长潭水库水质中长期保护和利用规划，有针对性的逐步推进水库饮用水源地保护。

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