美国工程兵师团对堪萨斯管区内水库中阿特拉津的长期监测

孙小利

（中国水利水电科学研究院，北京 100048）

1 概述

阿特拉津 （Atrazine）是在美国中西部和南方农业区应用最为广泛的化学除草剂。阿特拉津在表土中的半衰期为60天，但溶入水中后，取决于不同的条件，半衰期将明显延长［1、2］。在农作物生长期一遇暴雨，土壤中阿特拉津的残余部分随着生成的地表径流，通过溪流进入水库，给水库水质带来污染。尽管进入水库的量相对水库的水量是很小的，一般为微量 （μg／L）级。美国、欧共体和我国均把它内分泌干扰剂化合物名单。美国环保署（EPA）规定自来水中阿特拉津的含量不得超过3μg／L。EPA1992年颁布了 《阿特拉津标注使用限制 （ATRAZINE LABEL RESTRICTIONS）》［3］，对阿特拉津的农田施用进行指导。尽管水库水体中阿特拉津含量较低，但经过最近的科学实验［4］表明：在阿特拉津浓度为2.5μg／L的污染水中生长的雄性青蛙，其中有10%在成熟后，出现了雌性化的特征。尽管没有对人类的针对性实验，但对农业区受阿特拉津影响的人群进行了统计分析。2009年的一项调查研究发现：在怀孕期间受到阿特拉津影响的新生婴儿的体重有所降低。调查了出生在印第安纳州的24000个新生婴儿，并且追踪了每一婴儿母亲怀孕期间生活地区的供水系统。调查发现使用较高阿特拉津浓度 （0.7μg／L）的自来水孕妇的出生儿的体重要比使用较低阿特拉津浓度（0.3μg／L）的自来水孕妇的出生儿的体重要低。并且这些低体重新生儿患先天性心血管病和糖尿病的几率变高。另一项研究，在全美分析了3000万出生儿，研究报告中表明：在4～6月怀孕的母亲，由于当时水源水体中阿特拉津出现的最高浓度，增加了其出生儿患先天性缺陷的风险［4］。

阿特拉津对于农业区地表水的污染是属于非点源污染，防治这种污染的有效性往往受人为和多种自然因素的影响，因此长期监测是十分必要的。在美国，对于具有供水功能的水库，阿特拉津的监测已成为常态，并要求对饮水系统每年检测4次［4］。美国工程兵师团堪萨斯管区对堪萨斯城西北部（NWK）堪萨斯州和密苏里州的18水库进行了连续数十年的水文和水质监测和分析［5］。这些监测每年进行4次，主要集中在4～9月。这些监测包括了阿特拉津浓度的检测。这些水库的用途都是多功能的，其用途包括：洪水控制、供水、娱乐、维护水质、养鱼、发电和补充下游河流流量。

2 美国工程兵师团堪萨斯管区水库阿特拉津污染的监测结果

美国工程兵师团堪萨斯管区根据师团工程规范――师团土木工程项目的水质和环境管理 （ER 1110－2－8154，1995），实施了 《水质规划》。鉴于治理非点源污染地表水水质问题的复杂性，对管区内的水库进行长期连续监测是实施 《水质规划》所必需的。《水质规划》要求提出地表水控制规划中的水质管理目标每十年要进行一次审查和修订，以验证措施的有效性，以及确定需要进一步采取的措施［5］。本文所涉及的18座水库监测时段为1996～2006年。

对于阿特拉津在水库中的测点基本布置方式为： （1）在水库主流和支流入口处设置监测点；（2）在水库的水体中；（3）在水坝前；（4）在水库的出流处。经过10年的监测，现将14座有一定库容的水库监测资料列入表1，在其中10个水库的水样中测出了上游来水中阿特拉津最高浓度高于美国环保署规定的临界值3μg／L。

表1 水库特征表

各水库的测点分布为：水库来水入口处，各水库分支和水库的坝前和后。在各个水库各测点的阿特拉津测值表明，一般在水库入口处可以测到最大值，见表1，水库水体中的值基本与水坝前和水库的出流的值相近。所调查水库的水位变化规律一般都是在初春季节，水位最低，然后开始蓄水超过水库的多功能水位，在夏未达到最高，以后逐渐降低。根据对各水库阿特拉津连续10年的监测，各水库上游来水中阿特拉津浓度的最大值往往出现在晚春季节，即在每年的5～6月间。这段时间水库水位从较低开始升高。其原因是在每年这段期间，正值杂草开始生长，流域内的农田喷洒过阿特拉津不久，随着降雨产生了第一次含有较高浓度的阿特拉津径流，流入水库。随后水库入流中的阿特拉津浓度逐渐降低。阿特拉津的每年浓度变化与该地区的年降雨分布并不一致，多年月均降雨量在6至7月间达到最大值（图1）［6］。根据表1中的监测结果，6个水库阿特拉津最大浓度出现在2002和2003年的5和6月，其中乌龟溪水库来水阿特拉津最大浓度达到了41.2μg／L。通过对这些水库的水位过程线的分析，在这段时间内，出现了较长时间的低水位，在水库的入流处产生了阿特拉津的高浓度，但冲入水库的阿特拉津经过混掺和稀释以后，浓度逐渐降低，在水库坝前（后）的平均浓度均未超过EPA规定的临界值。但有10座水库的坝前的最高浓度超过了3μg／L，其中泊莫纳水库坝后和派瑞水库派瑞坝前的最高浓度分别为8.2和7.23μg／L。这些检测数据表明以这些水库作为水源的饮用水质季节性已经受到了阿特拉津影响。

图1 监测水库群地区多年平均月降雨量

3 典型案例分析

3.1 史密斯维尔水库

史密斯维尔水库是一座防洪、水上娱乐、渔业多功能水库，并负有饮水水源功能。自1997年至2001年坝前测点阿特拉津浓度有逐年降低的趋势，即从1997年的超过4μ／L的最大值降到2001年的3μ／L下。但2002～2003年水库水位有很长时间在多用途水位以下（图2）。这些水库的上游来水中的阿特拉津浓度都出现超过美国环保署（EPA）规定的最大允许浓度（MCL＝3μ／L）。其中尽管2002和2004年史密斯维尔水库来流阿特拉津浓度都小于1999、2000和2001年的值，但因水位降低，水体缩小，使得水库水体阿特拉津总浓度升高，在史密斯维尔水库其它测点（测点3和8）的阿特拉津浓度都超有过了3μg／L的值（图3）。通过对图中各测点值的分析，可以认为：阿特拉津污染物主要是经过16号测点，流入水库，经过混掺后，顺流向下游扩散，最终污染物到达坝前。坝前测点3的阿特拉津峰值要比水库上游测点14由要滞后1个月左右，比测点16要滞后大约2个月。于史密斯维尔水库还负有供给水厂原水的功能，于2006年在水库水厂取水口的上游增加了测点。其结果表明阿特拉津浓度都基本超过了3μg／L。根据这些资料，应当在水库上游对阿特拉津污染的进行进一步的防治。

图2 史密斯维尔水库水位图

图3 史密斯维尔水库各测点阿特拉津浓度

3.2 米尔福特水库

米尔福特水库库容为13.86亿m3，为多功能水库，并负有饮水水源功能。水库水位线和上游来水的阿特拉津浓度变化见图4和5。在1997和2003年春季也出现了较长时间的低水位。与其它水库比较，阿特拉津浓度季节性（或水位）变化较为典型，浓度最高发生在5、6月间，然后逐月降低。在1997和2003年的晚春，在水库水位升高的时期，上游来水的阿特拉津含量都产生了高达14和28μg／L的峰值。很明显水库的低水位对减轻阿特拉津的污染产生了非常不利的影响。

图4 米尔福特水库水位过程线图

图5 1996～2006年米尔福特水库入口第24号测点表层水样阿特拉津浓度

3.3 乌龟溪水库

乌龟溪水库形状为一狭谷型水库，上游有两个分汊，在测点11处附近汇合。水库的功能为防洪、水上娱乐、渔业、饮用水源和水生物栖息地。水库水位有三个蓄水水位临界值，水库多功能水位为327.66m，季 节 性 洪 水 水 位 控 制 在 327.66～346.25m，临界最高水位控制在346.25～352.59m之间。阿特拉津浓度最大漂移值在从水库的低水位升至328.57m以上时发生。早在20世纪80年代中，就开始对水库的阿特拉津浓度进行了监测。1993年67%水样的阿特拉津浓度在3μg／L以上。1994～1998年超过临界值的测值已经降到27%。

图6 乌龟溪水库水位图

图7 1996～2006年乌龟溪水库各测点水表层水样的阿特拉津浓度箱线表

图8 1997～2006年乌龟溪水库第32测点表层水样的阿特拉津浓度

图9 乌龟溪水库出口测点阿特拉津浓度

水库分汊测点32在2002年出现阿特拉津浓度32.5μg／L的最大值，在另一分汊测点30测出了41.2μg／L的最大值。在交汇处的测点11则测出了阿特拉津浓度34.5的峰值（图8）。在2002和2003年水库出现了较低的水位（图6），在2003年4和5月都出现了大大超过EPA所规定的临界值。通过对图7和8的研究分析，水库阿特拉津污染负荷物极像桩塞流体，逐步向下移动，在水库下游被稀释，浓度有所降低［5］。坝前阿特拉津的峰值在同一个月达到最大值（图9）［6］。但是，在整个夏季，水库下游最初较低的阿特拉津污染浓度逐步升高。在夏末，虽然在水库下游水体阿特拉津浓度未超过EPA规定的临界值，但水库下游阿特拉津污染浓度超过了水库上游的值，水库主体水质直接受到了上游污染的影响［7］。从图9的水库出口监测结果分析，水库主体水体阿特拉津浓度变化是逐年降低的，并且稳定在1μg／L左右。这就是根据《阿特拉津标注使用限制》，在流域内对阿特拉津施用进行指导得到的结果。

4 结 论

通过对美国工程兵师团对18水库连续十年的水文和水质监测资料分析和研究得出结论。

（1）1993年实施了EPA颁布的《阿特拉津标注使用限制》，在所监测的水库的阿特拉津污染程度都有减缓的趋势，但当水库水位较长处于低水位后，水库骤然升高，来水中的阿特拉津的含量往往出现超过临界值的较高的尖峰值。阿特拉津在水库中的污染是动态的，污染物扩散到全库的时段一般与水库的形状、入流流量、水位变化等方面有关。

（2）鉴于水库水质阿特拉津非点源污染问题的复杂性，长期监测是是十分必要的。累计监测资料是理解和有效管理师团的地表水项目基础条件。根据这些资料对不同的水库，才能制定出相应的治理阿特拉津非点源污染目标，包括为了达到所提出目标，所要实施的有效措施。例如美国工程兵师团对史密斯维尔水库提出了进一步治理阿特拉津污染的要求。

（3）我国对地表水阿特拉津污染的研究已经有了20年左右的历史。对于非点源产生的区域内多座水库水质污染长期连续监测尚未进行，通过研究分析美国工程兵师的长期监测资料，对我国水库开展防治阿特拉津非点源污染的工作是非常有益的。

［1］严登华，何岩，王浩 .东辽河流域地表水体中Atrazine的环境特征［J］.环境科学，2005，5，第26卷第3期：203－208

［2］Devlin，D.L.，and D.L.Regehr.Water Quality：Best Management Practices for Atrazine.Cooperative Extension Service.Kansas State University，Manhattan，KS.Publ.MF－2182.1996

［3］EPA.Atrazine－ Proposed Label Changes Accepted or Revised by EPA，April 1992

［4］Jennifer Sass Andrew Wetzler.Mae Wu，Mayra Quirindongo.Still Poisoning the Well，NRDC.April 2010

［5］US Army Corps of Engineers Kansas City District.2006Annual Water Quality Program Report.April 2007

［6］US Army Corps of Engineers Kansas City District.Kansas－Lower Republican Basin Total Maximum Daily Load.996－2004Unpublished Water Quality Data from Tuttle Creek Lake，2006

［7］Kansas State University K.State Research and Extension.Tuttle Creek Lake Watershed Restoration and Protection Strategy.June 2010