水源型水库水质研究进展与我国代表性水库现状

来源：SCI期刊网 分类：农业论文 时间：2022-02-25 09:21 热度：

摘 要：摘要结合国内外研究，介绍了水源型水库水质调控保护历程，列举了影响水质的影响因素。以北京、上海水源地水库为例，阐述了我国水源型水库水质调控现状，提出了加强水源地集水区管理

　　摘要结合国内外研究，介绍了水源型水库水质调控保护历程，列举了影响水质的影响因素。以北京、上海水源地水库为例，阐述了我国水源型水库水质调控现状，提出了加强水源地集水区管理、水质监测、水务信息化以及设计理念更新等建议。

　　关键词水库水源水质影响因素

　　世界卫生组织把水源型水库的调控管理列为饮用水安全的第一屏障，其水质直接关系到城市饮用水安全。随着我国经济的快速发展，工业、农业和生活污染物排放量逐年增加，水环境污染问题日益严重，水源型水库水质受到极大威胁。我国曾经对全国113个环保重点城市监测的395个集中式饮用水源型水库进行监测，结果表明，水源型水库水质达标率不到80%，其中近24%的水库水质无法满足Ⅲ类水标准‘1|。因此，水源型水库水质问题已成为威胁我国饮用水安全的首要问题，严重影响了城镇居民的身体健康，是关系国计民生的重大问题。

　　1水源型水库水质研究进展

　　1.1 对非点源污染的研究阶段

　　水源地水源保护条例始于20世纪70年代，美国、英国等国家通过制定水源保护条例，严格控制点源污染，削减非点源污染，许多国家水源保护条例明确规定禁止污染物直接排入水源。因此，非点源污染研究是城市地表饮用水源保护的重点旧J。

　　70年代的初期非点源污染研究仅局限于特征、影响因子、单次暴雨以及长期平均污染负荷输出。模型主要有农药迁移和径流模型(pesticide transport runoff model，PTR)以及城市暴雨管理模型(storm water man— agement model，SWMM)。3 J。之后的几十年，非点源污染研究迅猛发展，研究点扩展到了非点源污染相关因素分析和污染区空间分析HJ。模型主要集中到了农业化学品迁移模型(agricultural chemical transport and mi. gration model，ACTMO)、城市地表径流数学模型(storage treatment overflow runoff model，STORM)等¨J。80年代非点源污染主要集中在农业非点源污染物方面建模，比如CREAM模型和WEPP(water erosion prediction project)模型等。6。7 o。90年代水源型水库中非点源污染转到微生物迁移旧。和地下水的补给，同时这一阶段模型研究相对广泛，包括微生物模型_9 J、杀虫剂模型¨叫及与GIS相结合建立地表水监测网混合专家系统。11- 等，水质监测系统首次提出。

　　1.2对多重污染下水质变化机理的研究阶段

　　21世纪后，对水源型水库水质的研究越来越侧重于水质变化机理、多重污染物联合作用、水华和蓝藻暴发以及水质监测。例如，在湖泊水库型饮用水源管理国际研讨会上012]，Yangu纠分析了水源型水库中典型的 “水体嗅味”问题，通过大量现场调查和数据分析，提出了利用水位调节等策略来预防或抑制嗅藻生长。但并非所有水库都适合采用水位调节策略，其关键取决于水库的可调节度及可调节水量，如北京密云水库、上海青草沙水库这类大库容水库，水位调节方法明显奏效，但特定气候条件，如夏季和冬季，藻类暴发的机理还有待研究。

　　2水源型水库水质影响因素分析

　　2.1 上游来水污染影响

　　对于我国来说，除西藏自治区和新疆自治区地表饮用水水源保护区基本不存在上游来水污染的问题外，全国其余地区上游来水水质不达标现象较为普遍，这是水源型水库污染的重要原因。此外，农业面源污染是水源地水库污染的潜在污染源¨4|。目前，我国化肥有效利用率仅为30%左右，农药的吸收率仅为30%～40%，未吸收的氮、磷和农药大多通过地表径流、农田排水进入地表和地下水，是水体富营养化和其他水体污染的主要因素。近20多年来，我国农村面源污染问题日益严重，在沿海发达地区尤为明显¨“。很多饮用水源保护区上游或饮用水源附近村镇的生活污水、养殖污水未经任何处理就直接排入水体，严重影响了饮用水源的水质;大量生活垃圾和养殖废物随意堆放，严重污染周围地下水和地面水。

　　2.2雨洪影响

　　Khan等。16。研究表明，极端天气容易引起水源型水库饮用水污染。根据世界卫生组织指南，极端天气可能导致许多水质变化，包括对沉积物负荷、化学成分、总有机碳含量和微生物质量的影响。17I。极端天气事件中最常见的为暴雨和洪水，易导致饮用水水源污染¨8|。雨洪过后，水在湖泊和水库的停留时间会大大减少，影响溶解有机碳(DOC)的自然降解，从而增加了腐殖质到达水处理厂的浓度¨9|。同时，剧烈的暴雨会导致水库水体垂直混合，改变水库的内部动力学ⅢJ。例如，美国俄亥俄河发生洪水后，地表水样本中致病菌和病毒水平升高，微量金属包括砷、铜、铁、铅和锌的含量也升高旧1|。

　　2.3干旱影响

　　干旱因素也会影响水源型水库水质。干旱导致河流自然径流减少，点源污染相对于入库流量贡献增加心2I，点源污染物的环境浓度也会增加。23I。通过对导电率、硝酸盐等污染物的分析，证明湖泊总溶解固体浓度的增加与严重干旱条件有关。24 J。干旱可以从根本上改变流域和水库内的营养循环和生物群，从而在事件发生后的数月或数年内影响水质，且较高的营养浓度以及较高的温度有利于藻类的繁殖。25I。澳大利亚和美国都曾出现因干旱导致饮的用水水质问题，如浑浊度、味道、嗅味化合物(2一甲基异奥酚和土臭素)、颜色、病原体等‘22。23I。

　　2.4高温影响

　　夏季高温会影响水源型水库水质。高温会促进藻类生长心6|，Johnk等旧刊的研究表明，2003年欧洲夏季高温是导致北欧湖泊蓝藻浓度增加4倍的一个关键因素。高温不仅促进蓝藻的繁殖，还会增加水体垂直层面的稳定性，减少垂直方向的湍流混合，改变原库体水力平衡，可为蓝藻繁殖提供有利环境。28I。

　　2.5低温影响

　　低温同样也会对水源型水库水质造成影响。温度的快速降低会迅速破坏水体温度梯度，导致水库中的表层水和深层水混合旧J，潜伏的水质因素，如铁、锰或深层的营养物质积累会和表层水混合，影响水库表层水体的水质。2007年南半球冬季，澳大利亚悉尼低温导致其主要水源型水库出现蓝藻暴发∞0|。此外，集水区水土保持林火灾等其他突发事件也会影响水源型水库水质¨6I。

　　3我国水源型水库水质及调控现状案例

　　中国有34个省级行政区，大部分地区都由其水源型水库供水。根据全国25个典型湖库型饮用水源地非点源风险遥感监测的结果∞1|，我国非点源污染风险源分布普遍存在且类型多样。非点源污染风险源主要包括水产养殖、居民点、农业用地、畜禽养殖、开采用地、旅游用地6种，其中农业用地占地面积最大，占全部非点源风险源的77.6%;其次是居民点、开采类用地与水产养殖;其他类型的比例均在1%以下。水源地污染风险大小在全国的分布没有明显的区域性规律及聚群分布特征，但与水源地位置远离城市情况、当地相关部门对水源地重视程度、配套的管理措施及历史状况等因素相关。

　　3.1 北京水源型水库

　　北京市主要有两大供水系统，官厅水库一永定河引水渠和密云水库一京密引水渠。由于上游污染日益严重，官厅水库水质已不符合饮用水源地要求，白河堡水库每年向官厅水库补水约1亿m3，以改善官厅水库水质∞2|。密云水库作为北京市的主要饮用水水源地，年供水量约占全市年地表水供水量的73.3%[331。目前，密云水库的氮、磷水平属于中营养，水体的营养程度属于中营养型_32I，水质尚好，但库区水体向富营养化发展的趋势比较明显。34I。

　　对密云水库流域非点源现状的初步研究表明，非点源污染主要有化肥损失、畜禽粪便流失和水土流失3 种类型。其中，水土流失是最主要、最直接的污染源，同时也是其他两种污染的载体。不同的土地利用类型及耕作方式对污染物流失影响强烈，坡耕地和荒草坡单位面积土壤流失量比较严重，汛期污染物流失量约占全年流失量的60%，表明非点源污染已成为影响水库水质的主要污染源旧3|。通过分析氮、磷的流失特点，村庄中溶解态氮的流失量最多，村庄和坡耕地都是氮、磷流失的重点区域∞5|。因此，要防止密云水库的水体富营养化，应重点控制水库上游流域的土壤侵蚀和水土流失，减轻水库吸附态氮、磷的负荷量。

　　3.2上海水源型水库

　　上海地处我国东部平原感潮河网地区，水资源总量较为丰富，但随着近年来区域经济的快速发展和城市化进程，河道水质逐渐恶化，水质型缺水现象日趋严重。对于上海水源地水质而言，上游污染和农业养殖业排放以及新兴复合污染物污染风险导致总氮、总磷高(外源)。其次，上海4大水库都是浅水型水库(内源)，易引发藻类及藻源性嗅味以及pH高等问题，导致水厂处理工艺复杂。另外，上海市饮用水源地周边环境介质中重金属已出现不同程度的累积，道路灰尘重金属含量普遍较高，对水环境的长期影响不容忽视。36I。

　　目前，上海水源型水库面临的问题与挑战是上海水源型水库易受上游来水和河网水质影响，水源水质仍不满足Ⅲ类标准，需要不断提升安全能级：开展流域水质预警、污染防控、生态补偿关键技术和机制研究，积极储备以水环境健康为目标的太湖、长江流域水资源联合调度方案，以有效提升流域水环境安全风险防控能级。上海青草沙水库采用实时水质监测系统(特别是咸潮入侵时)，为预防咸潮入侵，分别设计咸潮期和非咸潮期水库泵闸取水方式，以维持库内良好水质。同时，还配有实验室监测，进行在线监测、移动监测和其他生态监测，严格控制水质。为控制藻类生长，尽可能缩短水库的水力停留时间(20 d左右);生物调控，投放高效滤食性动物;种植湿地植物，降低水体富营养化风险。3川。

　　上海建成4大水源型水库后，原水水质大幅提升，但对比国内外领先水平，差距依然巨大，特别是水质在线监测技术的应用方面仍有较大的提升空问。目前，我国台湾省38个水库应用实时定量基因扩增荧光检测系统(QPCR)来监测蓝藻毒素和嗅味物质，其特点是仪器少、检测时间短、操作简单、结果精确。38I;美国加州采用水声探测技术来诊断湖泊和水库的状况，主要应用在计算水库深度、底部沉积物的特征及其在湖中的分布(湖泊沉积物质迁移方面)，还用于确定浮游动物和水生昆虫的数量和行为(渔业)∞9|。

　　4总结与建议

　　我国水源型水库具有普遍存在各种污染源、环境风险隐患突出、抗风险能力薄弱和缺乏有效的水源地水质安全监管和预警手段的特点。结合国内外研究，对水源型水库保护对策与建议如下。

　　(1)加强水源地集水区管理治理

　　上游及饮用水保护区内污染源、加强水源地集水区管理，是保证水源型水库水质的首要条件。保护提升水源型水库的水质，可减少后续处理的过程，大大降低制水成本，同时也为城市供水安全带来保障。

　　(2)明确水质检测指标，加强水质监测

　　水质的监测与分析是进行水质状况评价的必要手段，应对标国内外领先水平，建立完善的水质检测指标，并进行定期和不定期的水质监测。例如，巴黎每年需对50 000个水样约300 000个参数进行分析;东京也定期和不定期对水质进行监测，以及时应对突发事件，保证饮用水水质质量。

　　(3)加快水务信息化的步伐

　　参考国外先进经验，结合我国特点，应通过水务信息化建设，建立多级联动的机制，保障水源地水库的水质安全。包括，研究影响水源型水库水质的关键指标与特征污染物，明确当地水库水质特征和变化规律，随时监测和追溯水源型水库水质特征污染物的来源、变化，及时预警，并做出应对突发情况的处理方案;完善监测数据采集系统、闸门监控系统;建立雨水测报系统，做出适应不同情况的水源型水库运行方案等。

　　(4)水库设计上确立超前意识，高标准，严格化

　　在水源型水库设计上，确立长远、超前意识;在施工上高标准、严格化，是水源型水库供水及水质调控长远发展的保证。如香港水库的设计建设，一是坚持超前意识的设计理念，二是坚持高起点的设计施工，在其建造过程中就在坝体内预埋了仪器，这些仪器一直到现在还在提供坝体内防渗材料的状态参数，供安全分析使用。——论文作者：刘健利

　　参考文献

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文章名称：水源型水库水质研究进展与我国代表性水库现状

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