五花山水庫水質(zhì)富營養(yǎng)化污染成因及防治對(duì)策

陳嘉熺，于 婷，鞠永富

(黑龍江省防汛抗旱保障中心，黑龍江 哈爾濱 150040)

五花山水庫水質(zhì)富營養(yǎng)化污染成因及防治對(duì)策

陳嘉熺，于 婷，鞠永富

(黑龍江省防汛抗旱保障中心，黑龍江 哈爾濱 150040)

五花山水庫是黑龍江省綏芬河市唯一的水源地，綏芬河市是我國最重要的對(duì)俄貿(mào)易口岸，保護(hù)好綏芬河市飲用水水源地具有十分重要的意義。本文分析了五花山水庫水質(zhì)污染的趨勢(shì)，研究了利用生物操縱技術(shù)保護(hù)凈化五花山水庫的對(duì)策。

五花山水庫；富營養(yǎng)化污染；防治對(duì)策

1 工程概況

五花山水庫坐落于中俄邊境城市——綏芬河市，該水庫工程是黑龍江省重點(diǎn)工程，是以居民生活用水供水為主，兼顧發(fā)電、森林火災(zāi)預(yù)防和水環(huán)境及森林生態(tài)環(huán)境等綜合利用任務(wù)的中型水庫工程。五花山水庫工程于2010年6月正式開工，總投資5.36億元，原水輸水管線工程同年10月開工建設(shè)，總投資2.11億元，管線總長24.2 km公里。五花山水庫總庫容8266萬m3，興利水位高程425.2 m，大壩長度500 m，高度38 m。五花山水庫庫容可滿足40萬居民的生活用水需求，徹底扭轉(zhuǎn)了綏芬河歷史上水資源短缺、水質(zhì)較差的狀況，同時(shí)為發(fā)揮綏芬河作為黑龍江省發(fā)展一帶一路經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略的重要依托做出重要貢獻(xiàn)。

2 五花山水庫水質(zhì)富營養(yǎng)化的成因

綏芬河市水源地五花山水庫的水質(zhì)前景也令人堪憂。五花山水庫供水工程關(guān)系到幾十萬市民的飲水安全，被稱為生命工程。為確保水庫水質(zhì)達(dá)標(biāo)，市政府先后采取多項(xiàng)措施，如對(duì)一類保護(hù)區(qū)內(nèi)的村屯實(shí)施搬遷，對(duì)庫區(qū)進(jìn)行全面清底等等。 但是這并不能從根本上解決水源地富營養(yǎng)化污染的狀況。

2.1 庫區(qū)森林植被保護(hù)不力，水源涵養(yǎng)狀況不佳

五花山水庫位于綏芬河流域小綏芬河干流上游，原始林相為長白植物區(qū)系的紅松闊葉混交林。但是，自沙俄時(shí)起已有100多年的采伐歷史，多年的掠奪性采伐，導(dǎo)致森林資源數(shù)量大幅度減少，林地面積逐步退縮，林木平均直徑變小，材質(zhì)下降。紅松闊葉混交林已經(jīng)消失，目前以柞樹林和人工植被為主，可采資源已近枯竭。根據(jù)對(duì)小綏芬河干流庫區(qū)及其七條一、二級(jí)支流的衛(wèi)星圖片估算，僅僅壩址上游干、支流兩岸水土流失面積就超過20 km2，勢(shì)必造成森林涵養(yǎng)水源功能減弱、水土流失、污染加劇。

2.2森林公園開展旅游，高山濕地污染逐年加重

五花山水庫壩址東側(cè)第一支流上游4 km外即是綏芬河國家森林公園。森林公園開展旅游項(xiàng)目，隨著人們生活水平的提高，游人數(shù)量將逐年增長，受人群活動(dòng)影響，屆時(shí)小綏芬河上游的徑流將難以維持，導(dǎo)致水量減少和生活垃圾污染水質(zhì)。

2.3 流域內(nèi)人口仍然較多，生活污染無法杜絕

五花山水庫淹沒區(qū)內(nèi)將搬遷南菜營屯、北菜營屯和鹿腳嶺屯三個(gè)村屯，遷移人口879人。但是在壩址以上流域面積內(nèi)的干支流上及其附近還分布有13個(gè)村屯和居民點(diǎn)，分別是：雙橋子林場(chǎng)、北溝、二道溝、二道溝屯、新十文字、洋灰洞子、林業(yè)科青年農(nóng)場(chǎng)、二段林場(chǎng)、綏芬河畜牧場(chǎng)、頭段、雙勝、五花山林場(chǎng)和先鋒大隊(duì)經(jīng)營點(diǎn)等。較大的村屯有北溝村和雙橋子林場(chǎng)，這兩個(gè)村屯距大壩直線距離只有8 km，距水庫庫區(qū)上游僅有3 km左右。兩個(gè)村屯有居民551戶，人口2002人，眾多的居民和家禽、家畜排放的生活污染對(duì)庫區(qū)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

2.4 流域內(nèi)農(nóng)田、林地的面源污染在所難免

水庫流域面積內(nèi)還有大量集中和零散的耕地，僅北溝村就有673.6 hm2耕地，耕地每年都施用大量的化肥和農(nóng)藥，殘留的化肥和農(nóng)藥隨地表徑流進(jìn)入小綏芬河干流，對(duì)水庫的水質(zhì)帶來直接威脅。

此外，水庫流域面積內(nèi)大量的植被每年產(chǎn)生無以計(jì)數(shù)的枯枝落葉，植物腐爛后釋放的大量氮、磷和其他有機(jī)物全部隨地表徑流進(jìn)入五花山水庫庫區(qū)，將直接導(dǎo)致五花山水庫水質(zhì)富營養(yǎng)化。

據(jù)牡丹江市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站2005年9月實(shí)測(cè)，五花山水庫壩址處水體總磷含量為0.032 mg/l，總氮含量為0.37 mg/l，已經(jīng)達(dá)到水體富營養(yǎng)化的水平，這與大量施用化肥、農(nóng)藥和林地釋放氮、磷有直接關(guān)系。

3 五花山水庫富營養(yǎng)化污染防治對(duì)策

3.1 生物操縱防治富營養(yǎng)化的理論基礎(chǔ)

以環(huán)境生態(tài)學(xué)、恢復(fù)生態(tài)學(xué)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論為指導(dǎo)，遵循生態(tài)修復(fù)的整體合理性、生物多樣性、生態(tài)經(jīng)濟(jì)性等基本原則[1]，以提高綏芬河市水源地五花山水庫水環(huán)境承載力和水庫自凈能力為出發(fā)點(diǎn)，優(yōu)化綏芬河水源地水庫生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化五花山水庫水環(huán)境凈化功能，提高水庫自凈能力，維護(hù)水庫生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定，消除水質(zhì)富營養(yǎng)化污染，從源頭上保證綏芬河市和綏陽鎮(zhèn)飲用水水質(zhì)達(dá)到較高標(biāo)準(zhǔn)。

采用生物操縱技術(shù)[2]，利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論防治五花山水庫富營養(yǎng)化是十分簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)實(shí)用的解決方法。

傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)是由“資源→產(chǎn)品→污染排放”所構(gòu)成的物質(zhì)單行道流動(dòng)的經(jīng)濟(jì)模式，在這種經(jīng)濟(jì)中，人們對(duì)資源的利用常常是粗放的和一次性的，于是出現(xiàn)了“大量生產(chǎn)”“大量消費(fèi)”“大量廢棄”的三大現(xiàn)象，因而造成自然環(huán)境破壞，甚至威脅人類的生存。當(dāng)今國際上公認(rèn)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式能很好地解決經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境問題。循環(huán)經(jīng)濟(jì)的基本趨向是按照生態(tài)規(guī)律，利用自然資源，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的生態(tài)化和綠色化。水體的富營養(yǎng)化，從生態(tài)學(xué)的觀點(diǎn)來看被認(rèn)為是一種生態(tài)危機(jī)，但從循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念來考慮，卻可以得出不同的結(jié)論。因此可以認(rèn)為循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式是一種可以變廢為寶的防治五花山水庫富營養(yǎng)化水體的最佳選擇。

根據(jù)高寒地區(qū)水域生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，按水庫功能區(qū)劃分，根據(jù)營養(yǎng)級(jí)串聯(lián)效應(yīng)、營養(yǎng)物生物過濾和初級(jí)生物鏈效應(yīng)[3-4]，采用經(jīng)典的和非經(jīng)典的生物操縱組合技術(shù)防治水源地五花山水庫富營養(yǎng)化污染。

3.2 生物操縱防治富營養(yǎng)化的政策支撐

2004年4月5日，國家環(huán)保總局、農(nóng)業(yè)部、水利部、交通部、科學(xué)技術(shù)部下發(fā)了《關(guān)于發(fā)布<湖庫富營養(yǎng)化防治技術(shù)政策>的通知》規(guī)定鼓勵(lì)湖泊水庫科學(xué)自然養(yǎng)殖魚類，這是防治內(nèi)源排放污染的措施之一；鼓勵(lì)發(fā)展的技術(shù)、裝備和相關(guān)的科學(xué)研究：在水生生態(tài)恢復(fù)方面，鼓勵(lì)水生生物資源恢復(fù)與利用技術(shù)的研究與應(yīng)用，應(yīng)開發(fā)針對(duì)不同地區(qū)、類型、功能湖庫的水生生物資源技術(shù)及相關(guān)裝置；鼓勵(lì)水華爆發(fā)應(yīng)急處理技術(shù)及裝置的研究、生物除藻技術(shù)的研究與應(yīng)用[5-6]。

多年的實(shí)踐證明，治理水體富營養(yǎng)化是復(fù)雜而昂貴的，五花山水庫水體一旦發(fā)生富營養(yǎng)化，消除富營養(yǎng)化將耗資上億元。五花山水庫水源地除利用法律和行政手段盡量消除點(diǎn)源和面源污染，作為第一道水質(zhì)保護(hù)屏障外，還應(yīng)該利用技術(shù)手段，設(shè)置第二道保護(hù)屏障，即利用生物操縱技術(shù)凈化水質(zhì)。該技術(shù)主要是利用生物的吸收、代謝功能將水體有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化遷移出水體，達(dá)到改善水質(zhì)的目的，是低成本、高效益的有效途徑，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)學(xué)的理論。

4 生物操縱防治富營養(yǎng)化的成效分析

4.1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

(1)徹底遏制五花山水庫水體爆發(fā)水華現(xiàn)象，達(dá)到保護(hù)和凈化水質(zhì)目的。

(2)每年至少從五花山水庫清除藻類20 000 t。

(3)每年至少從五花山水庫移出N元素50 t，相當(dāng)去除碳酸氫氨化肥294 t；P元素4 t，相當(dāng)去除過磷酸鈣化肥25 t?；鞠寤ㄉ剿畮炝饔蛎娣e內(nèi)746 km2農(nóng)田和林地釋放氮、磷造成的污染。

4.2 綜合效益分析

4.2.1 生態(tài)效益分析

五花山水庫生物操縱組合技術(shù)防治水體富營養(yǎng)化，提高了水源地水庫水環(huán)境承載力和水庫自凈能力，優(yōu)化了水源地水庫生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化了水庫水環(huán)境凈化功能，維護(hù)了水庫生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定。從源頭上保證了綏芬河市和綏陽鎮(zhèn)近40萬居民飲用水水質(zhì)達(dá)到較高標(biāo)準(zhǔn)，消除了發(fā)生水華產(chǎn)生藻類毒素的威脅，使全市居民身心健康得到保證。

4.2.2 社會(huì)效益分析

通過對(duì)五花山水庫富營養(yǎng)化及水污染的治理，可以建立具有普遍推廣意義的高寒地區(qū)水庫富營養(yǎng)化污染治理生物操縱技術(shù)規(guī)程，為全省乃至全國水源地的水污染生物操縱技術(shù)治理樹立樣板。

4.2.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

(1)直接降低自來水處理成本，消除二次污染。自來水的處理工藝一般是“混凝處理—沉淀—過濾—消毒”，生物操縱技術(shù)每年直接去除五花山水庫中浮游生物和懸浮物2萬余噸，有效降低了水處理的壓力，減少了凈水劑、消毒劑的用量，更重要的是避免了消毒副產(chǎn)物對(duì)飲水造成的二次污染。

(2)生物操縱治理水污染實(shí)現(xiàn)自身經(jīng)濟(jì)良性循環(huán)。采用生物操縱組合技術(shù)治理五花山水庫水質(zhì)污染，在經(jīng)濟(jì)上運(yùn)用的是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理論，循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式能很好地解決經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境問題，循環(huán)經(jīng)濟(jì)的基本趨向是按照生態(tài)規(guī)律，利用自然資源，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的生態(tài)化和綠色化，在消除污染的同時(shí)不斷創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值再重新投入到污染治理中，如此循環(huán)，周而復(fù)始。

[1] 王明翠，劉雪芹，張明輝．湖泊富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[J]．中國環(huán)境監(jiān)測(cè)，2002，18(5)：47-49.

[2] 雷安平，施之新，魏印心. 武漢東湖浮游藻類物種多樣性的研究[J].水生生物學(xué)報(bào)，2003，27(2)：179-184.

[3] 蔣文清. 流速對(duì)水體富營養(yǎng)化的影響研究[D]. 重慶：重慶交通大學(xué), 2009.

[4] 馬成學(xué)，黃璞祎，劉曼紅，等.鏡泊湖枯水期和豐水期浮游植物群落結(jié)構(gòu)[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，38(2)：35-37.

[5] 廖平安, 胡秀琳. 流速對(duì)藻類生長影響的試驗(yàn)研究[J].北京水利，2005(2)：12-15.

[6] 王建國. 西泉眼水庫浮游植物群落結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特征及其與水環(huán)境因子的關(guān)系分析[D]. 哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué), 2011.

陳嘉熺(1966-)，男，黑龍江哈爾濱人，高級(jí)工程師，主要從事水利工程管理工作。E-mail:yblcjx@163.com。

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