大黑汀水库水环境分析及污染物控制对策

张爱芹

(河北省唐山市迁西县大黑汀水库管理处，河北 唐山 064300)

大黑汀水库作为天津、唐山市及下游居民生活、工农业用水的水源，近几年来大黑汀水库的流域及周边采矿业、养殖业、旅游业及基础设施的发展，给大黑汀水库及流域生态环境带来了一定的影响，合理开发和保护水资源是基础性工作。水库作为人工水利工程，具有防洪、灌溉、供水、发电等综合功能。它是天津、唐山城市的饮用水和备用水的来源。其水质直接影响到当地居民的饮水安全和当地经济的发展。水质的好坏关系到人们的健康、安全和生活质量。水环境质量评价是保证水质安全、合理利用水资源、控制水环境污染的前提[1]。

1 研究区概况

大黑汀水库是跨流域向天津、唐山、滦河供水的大型水利工程，流域面积3.5万km2。其中，潘家口至大黑汀水库流域面积1400km2，总库容3.37亿m3。为Ⅱ型年调节水库。其功能是承担潘家口水库的调节水量，为提高天津、唐山等城市的供水水平创造条件。大黑汀水库周边地形为丘陵地带，矿产资源丰富，交通便利。两侧村庄众多(管理范围内自然村24个)，隶属黔西县5个镇。源头河是直接进入大黑汀水库的最大支流。因此，为天津、唐山、滦河等地提供水源，保证水库水质不受污染，具有十分重要的意义。

2 研究方法及数据来源

2.1 数据来源

根据唐山市水文局所提供的资料，2011-2019年大黑汀水库年均入库水量、年均出库水量、年均水面面积35000m2、年均库容3.37m3、年均水位125m，图(1)、达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中II类水质标准时三项污染物的标准值为：COD，15mg/L；氨氮，0.5mg/L；总磷，0.025mg/L。水力冲刷系数经计算为1.85，磷的理论滞留系数经计算为0.63。

图1 部分监测时段水位变化图

本次评价所需水质监测资料由唐山市大黑汀生态经济开发区管委会及唐山市水环境检测中心提供。监测资料选取的监测断面为大黑汀水库取水口，其位置约在大黑汀水库出口向上1km处。根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)来确定COD、氨氮、总磷三项评价因子。

2.2 水质评价法

单因素评价法是我国常用的水质评价方法，也是我国地表水环境质量标准中规定的一种水质评价方法。通过单因素监测结果与水域功能类别相应标准值的对比分析，评价水质是否达标，并对超标项目及倍数进行说明。以最差因子对应的水质类别作为评价水体的总体水质类别和功能类别[2-4]。单因素评价指标公式为：

Pi=Ci/C0

(1)

式中：Pi为单因子评价指数；Ci为第i中水质因子的实测值；C0为水质评价标准。

评价指数Pi值越小，说明该项评价因子的评价质量越好;当Pi值>1时，说明该项评价因子浓度超过规定的水质标准，且数值越大，该项评价因子的环境质量越差。

2.3 水环境容量计算模型

2.3.1 模型选择

大黑汀水库作为大(2)型水库，水停留时间较长，基本处于稳定状态，污染物进入水库后有充足的时间与水体进行混合，因此可将其作为一个混合均匀的水体进行研究。根据湖泊或水库物质平衡方程，可以推导出有机物的一维水质模型，其方程如下：

(2)

式中：V为水库总容量；Cr为入库水污染物浓度的平均值；K为污染物降解系数；Q与q分别为入库和出库流量；Ce为出库水污染物浓度的平均值；C为污染物总体平均值。

水库总磷等营养盐浓度随时间的变化率是输入、输出和沉降物质量的函数。营养模型基于物质平衡方程。不同水体的水文、地理环境和社会发展条件不同，适用模型也不同。著名的模型有Vollenweider模型、Dillon模型、Hotan模型、OECO模型等。考虑到Warren-Weddell模型中沉降系数难以确定，河田涧模型和OECD模型中没有沉降系数和养分降解系数的限制，选择Dillon模型计算总磷的水环境容量。计算公式如下。

(3)

式中：L为总磷的单位面积负荷量；Cs水质标准最低值时的总磷浓度；∂水力冲刷系数；R为磷的理论滞留系数；θ为水深的平均值；W为水环境容量；Aw为水面积。

2.3.2 衰减系数

污染物的生物降解和沉积等物理化学过程可以概括为污染物的综合衰减系数。唐山市水资源规划和国家地表水环境容量核定技术评价点等相关成果和规定可以确定污染物的综合衰减系数K，并在实验室进行实测和模拟分析。综合衰减系数K计算如下：

(4)

式中：△t为试验时间段；Ca为试验起始浓度；Cb为试验结束浓度；根据上式，COD和NH3-N的综合衰减系数分别为0.01/d和0.17/d。

3 研究结果

3.1 水质评价结果

氨氮、COD、挥发酚三项指标的浓度均可以达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)，评价结果较好，总磷评价结果较差，所有年份均超出水质评价标准。详见表1。污染指数变化趋势见图2。

表1 大黑汀水库水质评价表

由趋势图2可以看出，2011年至2019年COD污染指数变化出现升高的趋势，总磷出现降低的趋势，氨氮出现小幅度增加。

图2 污染指数变化趋势

3.2 水环境容量计算

将模型参数值带入水质模型，可得大黑汀水库理论水环境容量。将2011年大黑汀水库水质监测年均值带入水质模型，可得大黑汀水库已用水环境容量和剩余水环境容量。其计算结果如表2所示。

表2 水环境容量计算表 t/a

由表2可知，大黑汀水库COD、氨氮的理论水环境容量为30728t/a、12356t/a，实际水环境容量值分别为21364t/a，7364t/a。COD与氨氮均未超过水环境容量理论值，剩余水环境容量较为充裕。总磷的实际水环境容量大于理论水环境容量，剩余水环境容量为-11.14，这表明COD与氨氮的入库量与水库的自净能力达到较好的平衡，而总磷的入库量大于水库的自净能力[5]。

3.3 污染物控制对策

水安全是关系经济发展、社会稳定和生态环境的重要问题。在过去的几年里，大黑汀水库管理办公室在施工控制、防洪、供水发电等方面建立了一系列措施，极大地提高了大船渡建设的安全能力。然而，水安全面临新的威胁，水资源管理面临新的问题。水资源可持续利用的关键是保护水系统，防止水污染，维护水环境和水环境，构建维护生态安全的水资源保障体系。因此，进一步完善水污染防治工作迫在眉睫。

1)加强管理和维护系统：随着人口的增加和经济的发展，城市水资源的短缺和污染已成为现实。由于流域水资源缺乏统一管理，在经济利益的驱动下，大黑汀的水资源受到严重污染和浪费。目前，流域水污染防治的法律法规还不完善，影响了水污染防治的深度。今后，他加强立法研究，积极与天津市、唐山市等政府协商，制定了班加基、大坝饮用水污染防治措施，在激进的轨道上实施了《水污染防治法》，并从授予许可制度、污染物排放许可制度、授予许可制度、处罚制度等方面建立长效机制，确保有效。

2)加快综合管理工程建设：目前，库区污染日趋严重，污染防治进展缓慢，库区生态环境保护滞后。因此，不允许加快仓库的综合安全。从源头到清洁生产控制，从源头到生产总量控制，从总量控制，从简单控制到调整工业产品结构和合理布局的原则，试图对仓库的污染状况进行调查并迅速加快措施步伐。

3)基础研究的发展：必须进行基础研究以抑制大黑汀的水污染。加强水质评价、矿山开采、矿产生产、尾矿、生态环境保护和网络化鱼田恢复等方面的研究与开发，确保水资源污染最低，提高管理水平，是大黑汀水库管理中的重要问题。

4 结 论

文章采用单因子指标法评价大黑汀水库的水质情况，使用一维数学模型计算水库水环境容量。得出：氨氮、COD、挥发酚三项指标的浓度均可以达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)，评价结果较好，总磷评价结果较差，所有年份均超出水质评价标准。COD与氨氮的入库量与水库的自净能力达到较好的平衡，而总磷的入库量大于水库的自净能力。