張愛(ài)芹

(河北省唐山市遷西縣大黑汀水庫(kù)管理處，河北 唐山 064300)

大黑汀水庫(kù)作為天津、唐山市及下游居民生活、工農(nóng)業(yè)用水的水源，近幾年來(lái)大黑汀水庫(kù)的流域及周邊采礦業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)及基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，給大黑汀水庫(kù)及流域生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了一定的影響，合理開(kāi)發(fā)和保護(hù)水資源是基礎(chǔ)性工作。水庫(kù)作為人工水利工程，具有防洪、灌溉、供水、發(fā)電等綜合功能。它是天津、唐山城市的飲用水和備用水的來(lái)源。其水質(zhì)直接影響到當(dāng)?shù)鼐用竦娘嬎踩彤?dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。水質(zhì)的好壞關(guān)系到人們的健康、安全和生活質(zhì)量。水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)是保證水質(zhì)安全、合理利用水資源、控制水環(huán)境污染的前提[1]。

1 研究區(qū)概況

大黑汀水庫(kù)是跨流域向天津、唐山、灤河供水的大型水利工程，流域面積3.5萬(wàn)km2。其中，潘家口至大黑汀水庫(kù)流域面積1400km2，總庫(kù)容3.37億m3。為Ⅱ型年調(diào)節(jié)水庫(kù)。其功能是承擔(dān)潘家口水庫(kù)的調(diào)節(jié)水量，為提高天津、唐山等城市的供水水平創(chuàng)造條件。大黑汀水庫(kù)周邊地形為丘陵地帶，礦產(chǎn)資源豐富，交通便利。兩側(cè)村莊眾多(管理范圍內(nèi)自然村24個(gè))，隸屬黔西縣5個(gè)鎮(zhèn)。源頭河是直接進(jìn)入大黑汀水庫(kù)的最大支流。因此，為天津、唐山、灤河等地提供水源，保證水庫(kù)水質(zhì)不受污染，具有十分重要的意義。

2 研究方法及數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

根據(jù)唐山市水文局所提供的資料，2011-2019年大黑汀水庫(kù)年均入庫(kù)水量、年均出庫(kù)水量、年均水面面積35000m2、年均庫(kù)容3.37m3、年均水位125m，圖(1)、達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)三項(xiàng)污染物的標(biāo)準(zhǔn)值為：COD，15mg/L；氨氮，0.5mg/L；總磷，0.025mg/L。水力沖刷系數(shù)經(jīng)計(jì)算為1.85，磷的理論滯留系數(shù)經(jīng)計(jì)算為0.63。

圖1 部分監(jiān)測(cè)時(shí)段水位變化圖

本次評(píng)價(jià)所需水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料由唐山市大黑汀生態(tài)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)管委會(huì)及唐山市水環(huán)境檢測(cè)中心提供。監(jiān)測(cè)資料選取的監(jiān)測(cè)斷面為大黑汀水庫(kù)取水口，其位置約在大黑汀水庫(kù)出口向上1km處。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)來(lái)確定COD、氨氮、總磷三項(xiàng)評(píng)價(jià)因子。

2.2 水質(zhì)評(píng)價(jià)法

單因素評(píng)價(jià)法是我國(guó)常用的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，也是我國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的一種水質(zhì)評(píng)價(jià)方法。通過(guò)單因素監(jiān)測(cè)結(jié)果與水域功能類別相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值的對(duì)比分析，評(píng)價(jià)水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)，并對(duì)超標(biāo)項(xiàng)目及倍數(shù)進(jìn)行說(shuō)明。以最差因子對(duì)應(yīng)的水質(zhì)類別作為評(píng)價(jià)水體的總體水質(zhì)類別和功能類別[2-4]。單因素評(píng)價(jià)指標(biāo)公式為：

Pi=Ci/C0

(1)

式中：Pi為單因子評(píng)價(jià)指數(shù)；Ci為第i中水質(zhì)因子的實(shí)測(cè)值；C0為水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

評(píng)價(jià)指數(shù)Pi值越小，說(shuō)明該項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的評(píng)價(jià)質(zhì)量越好;當(dāng)Pi值>1時(shí)，說(shuō)明該項(xiàng)評(píng)價(jià)因子濃度超過(guò)規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，且數(shù)值越大，該項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的環(huán)境質(zhì)量越差。

2.3 水環(huán)境容量計(jì)算模型

2.3.1 模型選擇

大黑汀水庫(kù)作為大(2)型水庫(kù)，水停留時(shí)間較長(zhǎng)，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，污染物進(jìn)入水庫(kù)后有充足的時(shí)間與水體進(jìn)行混合，因此可將其作為一個(gè)混合均勻的水體進(jìn)行研究。根據(jù)湖泊或水庫(kù)物質(zhì)平衡方程，可以推導(dǎo)出有機(jī)物的一維水質(zhì)模型，其方程如下：

(2)

式中：V為水庫(kù)總?cè)萘?；Cr為入庫(kù)水污染物濃度的平均值；K為污染物降解系數(shù)；Q與q分別為入庫(kù)和出庫(kù)流量；Ce為出庫(kù)水污染物濃度的平均值；C為污染物總體平均值。

水庫(kù)總磷等營(yíng)養(yǎng)鹽濃度隨時(shí)間的變化率是輸入、輸出和沉降物質(zhì)量的函數(shù)。營(yíng)養(yǎng)模型基于物質(zhì)平衡方程。不同水體的水文、地理環(huán)境和社會(huì)發(fā)展條件不同，適用模型也不同。著名的模型有Vollenweider模型、Dillon模型、Hotan模型、OECO模型等。考慮到Warren-Weddell模型中沉降系數(shù)難以確定，河田澗模型和OECD模型中沒(méi)有沉降系數(shù)和養(yǎng)分降解系數(shù)的限制，選擇Dillon模型計(jì)算總磷的水環(huán)境容量。計(jì)算公式如下。

(3)

式中：L為總磷的單位面積負(fù)荷量；Cs水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)最低值時(shí)的總磷濃度；?水力沖刷系數(shù)；R為磷的理論滯留系數(shù)；θ為水深的平均值；W為水環(huán)境容量；Aw為水面積。

2.3.2 衰減系數(shù)

污染物的生物降解和沉積等物理化學(xué)過(guò)程可以概括為污染物的綜合衰減系數(shù)。唐山市水資源規(guī)劃和國(guó)家地表水環(huán)境容量核定技術(shù)評(píng)價(jià)點(diǎn)等相關(guān)成果和規(guī)定可以確定污染物的綜合衰減系數(shù)K，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)測(cè)和模擬分析。綜合衰減系數(shù)K計(jì)算如下：

(4)

式中：△t為試驗(yàn)時(shí)間段；Ca為試驗(yàn)起始濃度；Cb為試驗(yàn)結(jié)束濃度；根據(jù)上式，COD和NH3-N的綜合衰減系數(shù)分別為0.01/d和0.17/d。

3 研究結(jié)果

3.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

氨氮、COD、揮發(fā)酚三項(xiàng)指標(biāo)的濃度均可以達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)，評(píng)價(jià)結(jié)果較好，總磷評(píng)價(jià)結(jié)果較差，所有年份均超出水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。詳見(jiàn)表1。污染指數(shù)變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2。

表1 大黑汀水庫(kù)水質(zhì)評(píng)價(jià)表

由趨勢(shì)圖2可以看出，2011年至2019年COD污染指數(shù)變化出現(xiàn)升高的趨勢(shì)，總磷出現(xiàn)降低的趨勢(shì)，氨氮出現(xiàn)小幅度增加。

圖2 污染指數(shù)變化趨勢(shì)

3.2 水環(huán)境容量計(jì)算

將模型參數(shù)值帶入水質(zhì)模型，可得大黑汀水庫(kù)理論水環(huán)境容量。將2011年大黑汀水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)年均值帶入水質(zhì)模型，可得大黑汀水庫(kù)已用水環(huán)境容量和剩余水環(huán)境容量。其計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 水環(huán)境容量計(jì)算表 t/a

由表2可知，大黑汀水庫(kù)COD、氨氮的理論水環(huán)境容量為30728t/a、12356t/a，實(shí)際水環(huán)境容量值分別為21364t/a，7364t/a。COD與氨氮均未超過(guò)水環(huán)境容量理論值，剩余水環(huán)境容量較為充裕?？偭椎膶?shí)際水環(huán)境容量大于理論水環(huán)境容量，剩余水環(huán)境容量為-11.14，這表明COD與氨氮的入庫(kù)量與水庫(kù)的自凈能力達(dá)到較好的平衡，而總磷的入庫(kù)量大于水庫(kù)的自凈能力[5]。

3.3 污染物控制對(duì)策

水安全是關(guān)系經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定和生態(tài)環(huán)境的重要問(wèn)題。在過(guò)去的幾年里，大黑汀水庫(kù)管理辦公室在施工控制、防洪、供水發(fā)電等方面建立了一系列措施，極大地提高了大船渡建設(shè)的安全能力。然而，水安全面臨新的威脅，水資源管理面臨新的問(wèn)題。水資源可持續(xù)利用的關(guān)鍵是保護(hù)水系統(tǒng)，防止水污染，維護(hù)水環(huán)境和水環(huán)境，構(gòu)建維護(hù)生態(tài)安全的水資源保障體系。因此，進(jìn)一步完善水污染防治工作迫在眉睫。

1)加強(qiáng)管理和維護(hù)系統(tǒng)：隨著人口的增加和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市水資源的短缺和污染已成為現(xiàn)實(shí)。由于流域水資源缺乏統(tǒng)一管理，在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)下，大黑汀的水資源受到嚴(yán)重污染和浪費(fèi)。目前，流域水污染防治的法律法規(guī)還不完善，影響了水污染防治的深度。今后，他加強(qiáng)立法研究，積極與天津市、唐山市等政府協(xié)商，制定了班加基、大壩飲用水污染防治措施，在激進(jìn)的軌道上實(shí)施了《水污染防治法》，并從授予許可制度、污染物排放許可制度、授予許可制度、處罰制度等方面建立長(zhǎng)效機(jī)制，確保有效。

2)加快綜合管理工程建設(shè)：目前，庫(kù)區(qū)污染日趨嚴(yán)重，污染防治進(jìn)展緩慢，庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)滯后。因此，不允許加快倉(cāng)庫(kù)的綜合安全。從源頭到清潔生產(chǎn)控制，從源頭到生產(chǎn)總量控制，從總量控制，從簡(jiǎn)單控制到調(diào)整工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和合理布局的原則，試圖對(duì)倉(cāng)庫(kù)的污染狀況進(jìn)行調(diào)查并迅速加快措施步伐。

3)基礎(chǔ)研究的發(fā)展：必須進(jìn)行基礎(chǔ)研究以抑制大黑汀的水污染。加強(qiáng)水質(zhì)評(píng)價(jià)、礦山開(kāi)采、礦產(chǎn)生產(chǎn)、尾礦、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)化魚田恢復(fù)等方面的研究與開(kāi)發(fā)，確保水資源污染最低，提高管理水平，是大黑汀水庫(kù)管理中的重要問(wèn)題。

4 結(jié) 論

文章采用單因子指標(biāo)法評(píng)價(jià)大黑汀水庫(kù)的水質(zhì)情況，使用一維數(shù)學(xué)模型計(jì)算水庫(kù)水環(huán)境容量。得出：氨氮、COD、揮發(fā)酚三項(xiàng)指標(biāo)的濃度均可以達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)，評(píng)價(jià)結(jié)果較好，總磷評(píng)價(jià)結(jié)果較差，所有年份均超出水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。COD與氨氮的入庫(kù)量與水庫(kù)的自凈能力達(dá)到較好的平衡，而總磷的入庫(kù)量大于水庫(kù)的自凈能力。