西泉眼水庫(kù)污染源分析與評(píng)價(jià)

劉 陽(yáng) 張 穎 劉 洋

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030)

西泉眼水庫(kù)位于黑龍江省阿城市、尚志市和五常市交界處,壩址位于阿城市平山鎮(zhèn)泉河村，地處北緯45°09′，東經(jīng)127°09′，地處松花江南岸，是與一級(jí)支流阿什河上游為一體的大型丘陵水庫(kù)。西泉眼水庫(kù)于1992年開始興建,于2000年10月通過(guò)竣工驗(yàn)收。它是以防洪、灌溉、除澇為主要建設(shè)任務(wù)，同時(shí)兼顧養(yǎng)魚、旅游、發(fā)電等綜合效益。為了西泉眼水庫(kù)的合理開發(fā)，我們對(duì)該水庫(kù)的污染源進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。

導(dǎo)致水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的污染源有五類：工業(yè)企業(yè)或城鎮(zhèn)形成的點(diǎn)污染源；集水面積內(nèi)農(nóng)田等地表因降水形成的面污染源；受到污染的匯入河流形成的入水污染源；降水和降塵污染；庫(kù)區(qū)周圍旅游業(yè)形成的污染和養(yǎng)殖投餌污染。下面分別評(píng)述西泉眼水庫(kù)五類污染源的污染狀況，并進(jìn)行各類污染源的年污染貢獻(xiàn)量比較分析。

1 西泉眼水庫(kù)污染源的分析與評(píng)價(jià)

1.1 點(diǎn)污染源

西泉眼水庫(kù)無(wú)直接入庫(kù)的點(diǎn)源。位于帽兒山鎮(zhèn)的帽兒山鋼鐵廠是通過(guò)河流間接入庫(kù)的一個(gè)點(diǎn)源。另外還有兩個(gè)生活污水點(diǎn)源，即帽兒鎮(zhèn)和平山鎮(zhèn)。帽兒山鎮(zhèn)鎮(zhèn)內(nèi)人口15 000人，平山鎮(zhèn)鎮(zhèn)內(nèi)人口8 000人，兩鎮(zhèn)均無(wú)排水管網(wǎng)。

帽兒山鋼鐵廠年產(chǎn)值17 000萬(wàn)元，該廠通過(guò)利用爐渣和附近的石灰石、黏土資源，采用立窯生產(chǎn)水泥。該廠有職工2 200人，家屬5 800人左右，家屬區(qū)與廠區(qū)相連，廢水一并排入阿什河。日排放廢水量1 400t左右，其中生產(chǎn)廢水760t/d，生活廢水640t/d。年廢水排放總量為50多萬(wàn)t。廢水中主要污染物為化學(xué)需氧量、總氮、總磷。研究期間，對(duì)帽兒山鋼鐵廠廢水排放總口進(jìn)行了三次監(jiān)測(cè)，帽兒山鋼鐵廠的廢水監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)值見表1。

表1帽兒山鋼鐵廠廢水監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)值

帽兒山鎮(zhèn)和平山鎮(zhèn)兩個(gè)生活污水點(diǎn)源均無(wú)排水管網(wǎng)，無(wú)體系化的排污溝，無(wú)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。所以采用“經(jīng)濟(jì)合作發(fā)展組織(OECD)”推薦的系數(shù)值—總氮13g/(人·d)、總磷1.5g/(人·d)來(lái)估算兩鎮(zhèn)的氮素、磷素的排放總量見表2。

表2帽兒山鎮(zhèn)和平山鎮(zhèn)排放氮、磷估算值 單位：t/a

由于帽兒山和平山兩鎮(zhèn)生活污水均以沿街潑灑的方式排放，所以兩個(gè)生活污水點(diǎn)源排放的氮、磷僅有一少部分隨地表徑流以面源污染的形式進(jìn)入西泉眼水庫(kù)，在以下面源的討論中將進(jìn)一步計(jì)算分析。

1.2 面源污染

面源污染的定量化主要通過(guò)兩種途徑：一種是通過(guò)對(duì)受納水體所接受的污染物量進(jìn)行觀測(cè)、分析和計(jì)算，推算集水面積的污染物輸出量；另一種是通過(guò)對(duì)面源污染物輸出的主要過(guò)程——降雨、地表徑流的運(yùn)動(dòng)、污染物的積聚和遷移等的模擬，計(jì)算污染物的輸出量。主要的定量化方法有單位負(fù)荷法和模擬法。本研究采用單位負(fù)荷法推算面源入庫(kù)總氮、總磷的量，并對(duì)主要面源進(jìn)行分析。研究中根據(jù)植被和土地利用狀況設(shè)置面源降水監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

單位負(fù)荷法計(jì)算公式為：

(1)

式中：

L——各種土地利用類型總污染負(fù)荷量，kg/a；

Li——第i種土地利用類型污染負(fù)荷量，kg/a；

Xi——第i種土地利用類型單位負(fù)荷，kg/(km2·a)；

Ai——第i種土地利用類型的總面積，km2；

n——土地利用類型個(gè)數(shù)。

其中，Xi的計(jì)算式為：

Xi=10·αi·γi·P

(2)

式中：

αi——氮、磷濃度參數(shù)，mg/L；

γi——不同土地利用類型的降水徑流系數(shù)；

P——年降水量，cm/a。

氮、磷濃度參數(shù)αi見表3，不同土地利用類型的降水徑流系數(shù)γi，見表4。

表3氮、磷濃度參數(shù)αi 單位：mg/L

表4徑流系數(shù)

西泉眼水庫(kù)集水面積1 151km2，其中林地約991km2，農(nóng)田約149km2，草地約20km2，鄉(xiāng)鎮(zhèn)占地約11.8km2。除林地、農(nóng)田、草地、鄉(xiāng)鎮(zhèn)占地外，還有河流、水庫(kù)等水域面積。集水面積內(nèi)年使用氮肥(折純計(jì)算)約926t，主要是尿素和硝酸銨。磷肥(折純計(jì)算)約384t，主要種類是磷酸二胺。

根據(jù)面源基本情況和單位負(fù)荷法，推算西泉眼水庫(kù)集水面積內(nèi)各種土地利用類型的污染負(fù)荷見表5。由表5可見，林地占面源輸入水庫(kù)的氮素中的比重最大，其次是農(nóng)田；磷素是農(nóng)田占的比重最大，其次是林地。所以農(nóng)田和林地是主要的面污染源。磷是決定湖庫(kù)水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵性限制因素，面源輸入水庫(kù)的磷素一半以上來(lái)自農(nóng)田。從這方面講，農(nóng)田是西泉眼水庫(kù)首要面污染源。雖然帽兒山和平山兩鎮(zhèn)按OECD推薦的系數(shù)值計(jì)算的氮、磷排放量較大，但隨地表徑流進(jìn)入西泉眼水庫(kù)的氮約為5.476t/a、磷約為0.665t/a(見表5)，顯著小于帽兒山鋼鐵廠的排放入庫(kù)量。所以西泉眼水庫(kù)的主要點(diǎn)源是帽兒山鋼鐵廠。

表5不同面源污染負(fù)荷

1.3 入庫(kù)河流

阿什河和黃泥河是匯入西泉眼水庫(kù)的兩條河流。阿什河有一條較大支流——二道河。我們分別在二道河入阿什河口內(nèi)、阿什河二道河口上、阿什河入西泉眼水庫(kù)口內(nèi)和黃泥河入西泉眼水庫(kù)口內(nèi)設(shè)置了水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面。每個(gè)斷面均監(jiān)測(cè)總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨氮、水溫、pH值、化學(xué)需氧量、生化需氧量、溶解氧等30項(xiàng)指標(biāo)，見表6。

表6河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)平均值統(tǒng)計(jì)表 單位：mg/L

續(xù)表

項(xiàng) 目二道河斷面阿什河支流斷面匯合處斷面黃泥河斷面電導(dǎo)率26．919．524．10硫化物0．005250．00650．004750．005總氰化物0．0020．0020．0020．003鉻(六價(jià))0．0020．0020．0020．002溶解性鐵0．1740．1260．1571．09總錳0．0560．170．0241．02總銅0．00150．00180．00120．0007總鉛0．00050．00120．00050．0005總鋅0．04950．0040．00920．004總鎘0．00020．00020．00020．002總砷0．000090．001420．000050．0001硒(四價(jià))0．000320．00040．000370．0006總汞0．0000050．0000050．0000050．000005揮發(fā)酚0．0010．0010．0010．001石油類0．0050．0050．0050．005陰離子表面活性劑0．06250．0250．030．039氟化物(以F-計(jì))0．25020．27760．2420．17氯化物(以Cl-計(jì))32．1112．3431．5611．2硫酸鹽(以SO2-4計(jì))18．1516．8717．8316．0

1.4 降水降塵污染

降水降塵的污染可根據(jù)多年平均降水量和降水、降塵的總氮、總磷實(shí)測(cè)值估算直接入庫(kù)的降水和降塵的氮、磷年貢獻(xiàn)量。我們?cè)谖魅鬯畮?kù)庫(kù)區(qū)分別設(shè)了兩個(gè)降水采樣點(diǎn)和兩個(gè)降塵采樣點(diǎn)于神女峰賓館和漁業(yè)公司，兩點(diǎn)位相距約1.5km。共進(jìn)行了6次降水檢測(cè)和2次降塵檢測(cè)，檢測(cè)總氮和總磷兩項(xiàng)指標(biāo)。用總氮和總磷的平均值、多年平均降水量(564mm)、年平均降塵量(85.2t/km2)、水庫(kù)多年平均水面積(30.8km2)估算，西泉眼水庫(kù)直接入庫(kù)的降水、降塵的氮、磷污染負(fù)荷列于表7。由表7可見，降塵的氮、磷污染負(fù)荷均大于降水。

表7降水、降塵氮、磷濃度及污染負(fù)荷

1.5 庫(kù)區(qū)周圍旅游業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)污染

西泉眼水庫(kù)建有的旅店、飯店規(guī)模均不大。船只數(shù)目也不多。由于多年來(lái)按哈爾濱市備用水源加以保護(hù)，年接待游客僅有4萬(wàn)～5萬(wàn)人次。年放養(yǎng)魚苗約30t，年捕魚約100t。由于游客少，游船小而少，水面娛樂(lè)污染很小，所以不予計(jì)算。西泉眼水庫(kù)養(yǎng)魚不投餌，故無(wú)養(yǎng)殖投餌污染。

同樣采用OECD推薦的系數(shù)值，估算西泉眼水庫(kù)旅游業(yè)污染?？紤]到絕大多數(shù)游客均為白天游玩，按年5萬(wàn)人每人半天計(jì)，旅游業(yè)污染每年產(chǎn)生的氮、磷負(fù)荷分別為325kg和38kg。

2 各種污染源氮、磷污染負(fù)荷比較與分析

匯入西泉眼水庫(kù)的阿什河和黃泥河均基本在水庫(kù)集水面積內(nèi)，不含外來(lái)的污染，兩河污染分別含有集水面積內(nèi)的點(diǎn)源和部分面源，因此河流污染源不能參與污染源氮、磷污染負(fù)荷的比較分析。點(diǎn)源、面源、直接入庫(kù)的降塵和降水、旅游業(yè)等4類污染源的氮、磷污染負(fù)荷比較數(shù)據(jù)列于表8、表9。由表8、表9可見，面源的氮、磷貢獻(xiàn)值最大?？砂迅黝愇廴驹醇?xì)劃為人為可控和人為不可控兩部分，其中點(diǎn)源、農(nóng)田面源、鄉(xiāng)鎮(zhèn)面源和旅游業(yè)污染為人為可控源，因此是水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化防治重點(diǎn)。而點(diǎn)源帽兒山鋼鐵廠的氮、磷污染負(fù)荷均占可控源的15%以上，也是富營(yíng)養(yǎng)化的一個(gè)防治重點(diǎn)。

表8污染源的氮、磷污染負(fù)荷比較

表9可控污染源的氮、磷污染負(fù)荷比較

3 結(jié)論

(1)據(jù)分析，可導(dǎo)致西泉眼水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的污染源分為五類：一是工業(yè)企業(yè)或城鎮(zhèn)形成的點(diǎn)污染源；二是集水面積內(nèi)農(nóng)田等地表因降水形成的面污染源；三是受到污染的匯入河流形成的入水污染源；四是降水和降塵污染；五是庫(kù)區(qū)周圍旅游業(yè)形成的污染和養(yǎng)殖投餌污染。

(2)按各類污染源的氮、磷污染負(fù)荷比較分析，農(nóng)田面源是西泉眼水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化主要的人為可控源。

[1]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局科技標(biāo)準(zhǔn)司.中國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化及其防治研究[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2001.

[2]黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.哈爾濱市西泉眼水庫(kù)供水工程[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2006.