密云水库水体富营养化评价与防治

孟 碟,葛 曦

(贵州省水利水电勘测设计研究院,贵州贵阳 550002)

密云水库水体富营养化评价与防治

孟 碟,葛 曦

(贵州省水利水电勘测设计研究院,贵州贵阳 550002)

以北京密云水库监测获得的数据为例,按照层次分析法(AHP)的步骤建立适用于密云水库的AHP模型,并结合密云水库的自然地理环境和水文环境,对密云水库的水体富营养化程度进行科学评价。根据评价结果有针对性地对密云水库水体富营养化防治提出建议,为能够有效的遏制水库水体富营养化趋势,制定出合理方案,从而有效的消除污染隐患。

密云水库;AHP;水体富营养化;防治

富营养化是指生物所需的氮、磷等无机营养物质大量进人湖泊、河口、海湾等相对封闭、水流缓慢的水体,在适宜的外界环境(水域的物理化学环境)因素综合作用下,引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖,水体溶解氧量下降,水质恶化,鱼类及其它水生生物大量死亡的现象[1]。造成水体富营养化主要有两个方面的原因。一是在自然条件下,由于水土流失、蒸发和降水输送等过程造成水体富营养化;二是现代工业化大生产高耗能、高排放加速了水体富营养化。因此,如何评价和认识水体富营养化问题,并提出有效的防治措施,为水库水体的健康发展提供决策依据,具有重要的现实意义。同时对水体富营养化的科学评价可以为政府水环境质量管理目标的实现提出管理工具和决策支持。笔者根据密云水库监测数据利用层次分析法对水体富养化进行评价,并对防治提出建议。

1 密云水库概况

密云水库建于北京密云潮白河,控制流域面积15788 km2,多年平均流量50 s/m3,设计洪水流量16500 s/m3,总库容43.75亿m3,设计灌溉面积400万a,装机容量8.8万kW。主坝坝型为粘土斜墙土坝,最大坝高66 m(白河主坝),坝顶长度960 m(白河主坝),坝基岩石为砂砾石覆盖层,坝钵工程量1105万m3。主要泄洪方式为岸边溢洪道,大坝特点是坝基混凝土墙和灌浆防渗。密云水库是北京市最大的饮用水源水库,在2002年曾经监测出了微囊藻毒素。由于水体富营养化引起藻类的大量繁殖,藻类中的蓝藻能够产生微囊藻毒素(m icrocystins,MC),给人类健康带来巨大的威胁。尤其是在长期暴露的情况下,即使是低剂量的MC也有相当大的危害[2]。为此,在2007年对密云水库相关的富营养化指标进行了三次监测,监测数据如表1。

表1 密云水库水质监测结果

2 层次分析法(A HP)介绍及评价标准

2.1 层次分析法(A HP)

层次分析法是美国运筹学家 T.L.Saaty于20世纪70年代初期提出的。AHP是对定性问题进行定量分析的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法。它能够把复杂问题中的各种因素通过划分为相互联系的有序层次使之条理化,同时把专家意见和分析者的客观判断结果直接而有效地结合起来,进行层次化得定量分析和描述,最后再利用数学方法来处理每一层次元素权重值后进行排序,排序的结果可直接作为决策的量化依据。

2.2 水体富营养化评价标准

根据地面水环境质量标准GB3838-2002作为评价标准(表2),把湖库水体富营养化状况分为5个等级,贫营养、中营养、中富营养、富营养、重富营养,即评价集为:V={Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ}。

表2 湖库水体富营养化级别的评价标准

3 密云水库AHP模型的建立及评价分析

3.1 建立A HP模型

如图1所示。

图1 密云水库水体富营养化评价层次分析模型

3.2 构造A-B判断矩阵并计算最大特征根及对应特征向量和一致性检验

表3 各准则相对重要性比较

3.3 构造B-C判断矩阵并计算最大特征根及对应特征向量和一致性检验

表4 密云水库富营养层次总排序

即具有满意的一致性,根据密云水库富营养化的层次总排序,次权重从大到小分别是0.398(Ⅲ级),0.334(Ⅰ级),0.158(Ⅱ级),0.074(Ⅳ级),0.036(Ⅴ级),故密云水库2007年5月17日的水体富营养化程度属于三级中富营养程度。

3.4 计算结果

密云水库的营养状况,根据水体富营养化的评价标准评分法,综合以上对密云水库监测数据的计算,其结果表明:北京最大的水源地密云水库的富营养化程度大多数还是较高,属于三级中富营养化程度。分析原因主要为大量氮磷化合物排入密云水库,破坏了原生态平衡,大量藻类生物的繁殖,使水体中的溶解氧下降,从而导致鱼类等生物缺氧死亡,死亡的鱼类生物尸体又加速和循环了水体营养化。根据这一事实推断,大量氮磷化合物排入密云水库是造成该水库富营养化的根本原因。另一个原因是水库中的藻类植物进行光合作用又合成本身的原生质,循环加速了这一进程。

4 结语

综上所述,密云水库营养程度属于三级中富营养,富营养化程度较高,可以看出密云水库也是属于中富营养型水库,个别时段情况也会恶化,COD、总磷、总氮超标严重,为了提高水库水体质量,只有各级部门加强合作,相互配合,采取有效措施,才能取得成效。因此,建议:

(1)严格控制氮磷等营养物的输入。绝大多数水体富营养化主要是外界输入的氮磷等营养物在水体中富集造成的。如果减少或者截断外部输入的氮磷等营养物质,就使水体失去了营养物质富集的可能性。为此,首先应该严格控制外源性营养物质输入水库,从源头上抓起,准确调查清楚排入水体的氮磷等营养物质的主要来源点,并计算出年排放的氮、磷总量,为实施控制外源性营养物质的措施提供可靠的科学依据。

(2)抑制氮磷等营养物的再生和循环。氮磷等营养物一旦流入水库,就很可能被水库中的某些生物吸收并加以利用,从而打破原有的生态平衡。比如藻类生物会因为营养过剩而大量生长,导致藻类生物抢占氧气致其他水生物的死亡,其他水生物的死亡尸体又再次成为氮磷营养物,就这样使氮磷等营养物得到恶性循环。因此,应充分调查,明确造成水库营养化的根本原因,针对不同的情况采取不同的科学办法抑制氮磷等营养物的再生和循环。

(3)要系统地掌握密云水库的水体富营养化机理及变化过程,并对其发展趋势进行有效的预测。采取科学调水、生态修复等技术手段从各方面进行综合防治,严格控制氮磷等营养物排入水库,同时减少汛期径流所携带的营养物质流入,并最大限度地进行水土保持,减少和控制磷等营养物输入水库。只要污染源得到控制,密云水库富营养化现象就可以得到进一步的改善。

[1] 齐孟文,刘凤娟.城市水体富营养化的生态危害及其防治措施[J].环境科学动态,2004,(1):44-46.

[2] CARM ICHAEL WW,FALCONER IR.Diseases related to freshwater blue2green algal toxins and control measures.In:FALCONER IR,ed.Algal toxins in seafood and drinking water[M].London:Academic Press,1993:187-20.

Assessmen t and con trol of water eutrophication in M iyun Reservoir

MENGDie,GE Xi

(Guizhou Survey&Design Research Institute for W ater Resources and H ydropow er,GuiYang Guizhou550002,China)

Taking the data obtained from monito ring in M iyun Reservoir in Beijing fo r examp le,A HP model w hich was suitable for M iyun Reservoir was established according to the analytic hierarchy p rocess(A HP),and then the model was app lied to assess the water eutrophication level of M iyun Reservoir scientifically,combine the natural geographical environment and hydrological environment of M iyun Reservoir.Based on the evaluation results,targeted p roposals were submitted fo r the control of water eutrophication in M iyun Reservoir to contain the water eutrophication tendency effectively,and made a reasonable so lution,thus eliminated pollution hazard effectually.

M iyun Reservoir;A HP;Water eutrophication;Control

X824

:A

1001-9383(2011)02-0053-05

2011-05-25

孟碟(1978-),男,博士研究生,工程师,从事水利水电工程分析研究,mengdiexyz@163.com.