大連市重要飲用水源地水質超標原因分析

(遼寧省大連市水文局，遼寧 大連 116023)

大連市人均水資源量僅為538 m3，約占全國人均水資源量的1/4，屬資源型缺水城市，是我國 40個嚴重缺水城市之一。目前，大連市生活用水、工業(yè)以及農業(yè)用水以地表水為主，主要靠大氣降水補給，根據2017年大連市水資源公報數據，全市地表水供水量約占總供水量的66%。近年來，由于城市人口急劇增長、工業(yè)、農業(yè)不斷擴大以及居民生活水平不斷提高，大連市對水的需求劇增；同時，由于連續(xù)干旱少雨，可利用的水源日益短缺，加之城鎮(zhèn)污水無節(jié)制的排放，使地表水不斷受到污染。大連市面臨著資源型和污染型并存的水資源問題，成為制約其經濟社會發(fā)展的重要因素。

為了更好地防治水污染問題，進一步加強飲用水源地水量水質動態(tài)監(jiān)測，完善飲用水源地水質監(jiān)測體系，為飲用水源地水資源管理和保護提供支撐，按照水利部《關于開展全國重要飲用水水源地安全保障達標建設的通知》(水資源〔2011〕329號)[1]要求，并根據《遼寧省水環(huán)境監(jiān)測中心2017年水質監(jiān)測工作實施計劃》，開展大連市飲用水源地水資源質量監(jiān)測與評價工作，及時掌握飲用水源地的水質狀況及變化趨勢，保護水庫型水源地水質安全十分必要。

1 飲用水源地水質現狀評價

1.1 評價方法及指標

根據遼寧省水環(huán)境監(jiān)測中心大連分中心2017年全國重要飲用水源地水質監(jiān)測資料，按照《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002)，選擇單因子評價法，確定水質類別，并按全指標和雙指標分別評價。評價過程中，若水域的化學需氧量大于30mg/L時，則采用該指標進行評價，否則，選用高錳酸鹽指數作為評價指標。

1.2 全指標評價結果

大連市5處全國重要飲用水源地2017年全指標評價結果見圖1。

由圖1可知，碧流河水庫、英那河水庫、松樹水庫、劉大水庫以及朱家隈子水庫水質良好，全指標評價結果均為Ⅱ類水質類別，滿足水功能區(qū)要求的Ⅱ類水質目標。

對大連市5處飲用水源地每月監(jiān)測1次結果進行全指標評價結果顯示：碧流河水庫全年計劃監(jiān)測12次，其中1—3月結冰期無法采樣，水質滿足Ⅱ類水質目標的頻次占總監(jiān)測頻次的比例為88.9%；英那河水庫全年監(jiān)測12次，水質滿足Ⅱ類的頻次占總監(jiān)測頻次的比例為75%；劉大水庫全年計劃監(jiān)測12次，其中1—3月結冰期無法采樣，達到Ⅱ類水質的頻次占總監(jiān)測頻次的比例為77.89%；松樹水庫全年計劃監(jiān)測12次(1—3月份結冰期除外)，達到Ⅱ類水質的頻次僅占總監(jiān)測頻次66.7%；朱家隈子水庫全年監(jiān)測12次，水質滿足Ⅱ類水質的頻次占總監(jiān)測頻次的比例為83.3%。大連市5處全國重要飲用水源地全指標(按月份)評價結果百分比見圖2。

圖1 大連市5處全國重要飲用水源地2017年全指標評價結果

圖2 大連市5處全國重要飲用水源地全指標(按月份)評價結果百分比

1.3 雙指標評價結果

大連市5處全國重要飲用水源地2017年雙指標評價結果表明：參與評價的5處全國重要飲用水源地，碧流河水庫、英那河水庫、松樹水庫、劉大水庫以及朱家隈子水庫水質優(yōu)良，雙指標評價結果均為Ⅱ類水質，滿足水功能區(qū)要求的Ⅱ類水質目標。

對大連市5處飲用水源地每月監(jiān)測1次結果進行雙指標評價結果顯示：碧流河水庫全年計劃監(jiān)測12次(1—3月份結冰期除外)，水質滿足Ⅱ類水質目標的頻次占總監(jiān)測頻次的比例為88.9%；英那河水庫全年監(jiān)測12次，水質滿足Ⅱ類的頻次占總監(jiān)測頻次的比例為91.7%；劉大水庫全年計劃監(jiān)測12次，其中1—3月份結冰期無法采樣，達到Ⅱ類水質的頻次占總監(jiān)測頻次的比例為100.0%；松樹水庫全年計劃監(jiān)測12次(1—3月份結冰期除外)，達到Ⅱ類水質的頻次僅占總監(jiān)測頻次66.7%；朱家隈子水庫全年監(jiān)測12次，水質滿足Ⅱ類水質的頻次占總監(jiān)測頻次的比例為100.0%。詳見圖3。

圖3 大連市5處全國重要飲用水源地雙指標(按月份)評價結果百分比

2 飲用水源地水質達標評價

飲用水源地水質達標評價基準年為2017年，評價范圍為大連市全國重要飲用水源地5個監(jiān)測斷面。

2.1 評價方法及原則

飲用水源區(qū)評價方法采用頻次法。按照《地表水資源質量評價技術規(guī)程》(SL 395—2007)和水功能區(qū)水質管理目標要求，判斷水功能區(qū)是否達標。按照達標的次數與全年總監(jiān)測次數的比值計算斷面的達標率。對于單個飲用水源地，水質達標次數占全年總監(jiān)測次數的80%以上為達標，否則為不達標。不達標的飲用水源地需列出超標項目并以相應的目標水質統計超標倍數。

評價過程中，若水域的化學需氧量大于30 mg/L時，則采用該指標進行評價，否則，選用高錳酸鹽指數作為評價指標。

2.2 評價結果

大連市5個全國重要飲用水源地水質達標情況見表1和圖4。

表1 大連市5處全國重要飲用水源地水質達標情況

圖4 大連市全國重要飲用水源地水質達標個數百分比

?碧流河水庫全年共評價9次，全年水質全指標和雙指標評價結果均達標，達標率均為89%；?英那河水庫全年共評價12次，全指標評價達標率為67%，評價結果為不達標，超標項目(倍數)：高錳酸鹽指數(0.20)、五日生化需氧量(0.10)、錳(0.30)。雙指標評價達標率為92%，評價結果為達標；?松樹水庫全年共評價9次，全指標評價達標率為44%，評價結果為不達標，雙指標評價達標率為67%，評價結果為不達標，超標項目(倍數)：鐵(1.43)、氨氮(1.18)、錳(0.60)、總磷(0.40)、高錳酸鹽指數(0.30)、五日生化需氧量(0.27)；?劉大水庫全年共評價9次，全指標達標率為44%，評價結果為不達標，超標項目(倍數)：鐵(0.76)、錳(1.10)、總磷(0.40)、五日生化需氧量(0.03)。雙指標達標率為100%，評價結果為達標；?朱家隈子水庫全年共評價12次，全指標達標率為75%，評價結果為不達標，超標項目(倍數)：錳(0.70)、總磷(0.70)、五日生化需氧量(0.03)。雙指標達標率為100%，評價結果為達標。

3 超標原因分析

影響飲用水源地水質不達標的主要污染指標為高錳酸鹽指數、氨氮、五日生化需氧量、總磷、鐵和錳，其中：前4項評價指標超標的主要原因是近年來大連市農村地區(qū)化肥、農藥的不科學使用，以及生活污水、垃圾隨意丟棄不能集中治理導致。鐵、錳值超標與降雨徑流沖刷、水庫運行多年后沉積物的污染釋放及水庫低水位的運行影響有關。

研究統計發(fā)現，2017年大連市5個重要飲用水源地鐵、錳項目超標主要發(fā)生在5—6月份以及8—11月份。大連市5處水庫中鐵、錳含量變化過程見圖5、圖6。

圖5 大連市5處水庫中鐵含量變化過程

圖6 大連市5處水庫中錳含量變化過程

從上述兩幅圖中可以看出，大連市5個重要飲用水源地水體中鐵、錳的含量隨季節(jié)性呈現較規(guī)律變化，在夏季及秋季易出現超標情況，春冬兩季水質較好。分析認為：?冬季及初春時氣溫低，水體溶解氧較高，在氧化條件下，鐵、錳通過氧化還原反應最終生成Fe(OH)3和MnO2，兩者都不溶于水，在水庫底部富集，不易向上層水體釋放[2-4]；?夏季至初秋，水體溶解氧較低，并且如果水庫受到污染，耗氧性有機物濃度增大，加速了溶解氧的消耗，使水庫底部逐漸形成厭氧環(huán)境。在厭氧條件下，不溶于水的Fe(OH)3和MnO2還原為溶解性二價鐵和二價錳，并且通過上下層濃度差異，向表層水體擴散[5]。

此外，鐵錳是自然界中存在較多的一種元素，土壤巖石中都含有鐵和錳。世界衛(wèi)生組織的統計資料表明，土壤中錳平均含量約為500～900mg/kg[6]。當土壤的酸度較低時，其中的鐵和錳通過氧化還原反應變成溶解性的Fe2+和Mn2+，再經雨水沖刷，很容易進入水庫，并沉積在庫區(qū)底層。庫底沉積物中鐵錳的釋放，造成水庫水體中鐵錳超標[7]。

大連是一座缺水城市，飲用水源地水量主要靠降水補給，因此，進入水庫的水量多是以大流量的洪水形式輸入，而取用水多以滿足供水要求的小流量均勻的從上層取水輸出。長此以往導致隨著洪水過程進入水庫的柴草、泥沙、廢物的污染物及其次生污染物越來越多地累積在庫中，較大顆粒的懸浮物逐漸沉淀，中小顆粒則吸附絮凝在一起，懸浮在水庫的下層水體中[8]。大連理工大學水環(huán)境研究所團隊對松樹水庫沉積物進行采樣分析，研究結果表明，松樹水庫沉積物呈深黑色，沉積物厚度均超過80cm，并且沉積物樣品中平均錳含量高達1264mg/kg。綜上所述，在厭氧條件下，沉積污染物具有較大的釋放潛力，容易導致水庫水體鐵錳超標。

另外，有研究表明，水庫低水位運行也會導致水體鐵錳超標，蓄水量與錳之間存在著顯著的負相關性(大連市5處國家重要飲用水源地蓄水量與鐵錳的Pearson相關性見表2)，當蓄水量低時，錳含量升高；而鐵錳之間存在顯著的正相關性，當水體中錳含量升高時，鐵的含量也隨之提高。分析原因為：水庫低水位運行時，上覆水較淺，促使底部沉積污染物釋放的鐵錳更容易進入表層。加之水庫在夏季藻類容易生長，藻類一方面可能隔絕水汽交換，促使下層溶解氧降低，另一方面藻類死亡后沉降至庫底，其分解也將消耗大量的溶解氧。從而使得庫底溶解氧含量降低，也促進了沉積物污染的釋放。因此低水位運行會加重水體鐵錳異常問題。

表2 水庫蓄水量與鐵錳間的Pearson相關性

注**表示在0.01水平(雙側)上顯著相關；*表示在0.05水平(雙側)上顯著相關。

4 結 論

本文對大連市5個全國重要飲用水源地水質現狀及達標情況進行評價分析，水質現狀評價結果表明：大連市5個重要飲用水源地水質良好，全指標和雙指標評價結果均為Ⅱ類水質類別。達標評價結果顯示：全指標評價除碧流河水庫外，其余幾座水庫水質均不達標；雙指標評價除松樹水庫外，其余水庫均達標。影響大連市重要飲用水源地水質不達標的主要污染指標為高錳酸鹽指數、氨氮、五日生化需氧量、總磷、鐵和錳。其中前4項評價指標超標的主要原因是近年來大連市農村地區(qū)化肥、農藥的不科學使用，及生活污水、垃圾隨意丟棄不能集中治理導致。鐵、錳值超標與降雨徑流沖刷、水庫運行多年后沉積物的污染釋放及水庫低水位的運行影響有關。