长潭水库富营养化评价及入库营养盐总量控制研究

蔡临明，劳国民，何锡君，孙国敏

（1.浙江省水文局，310009，杭州；2.浙江省台州市水文站，318000，台州）

长潭水库位于浙江省台州市黄岩区永宁江上游，流域面积443.1km2，总库容7.32亿m3，正常库容4.57亿m3，供水能力 94 万 m3/d（P=95%），年供水量26932万m3。

长潭水库作为浙江省典型的集中式生活饮用水水源地，供应台州市近300万人口的生活、生产用水，其水质好坏直接影响台州市社会稳定、经济发展和人民身体健康。近年长潭水库水质呈现夏季富营养化程度加重趋势，深入开展水库入库营养盐控制研究十分必要。

一、长潭水库水质监测情况

根据《浙江省水功能区水环境功能区划分方案》，长潭水库及上游库区划定为源头水保护区，水体水质应达到 《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅱ类水标准。

1.水质监测

长潭水库在饮用水水源取水口处设有水质自动监测站，具有pH值、DO、CODMn、NH3-N 等多参数在线监测功能。

为开展深入研究，对水库水域新增设立体布点监测，分别在水库主要入口、中心区、饮用水水源取水口、水库出水口布设水质采样断面，各断面均按表层、中层、深层分别采样，代表水库内不同位置、不同深度的水质；在7条主要入库支流柔极溪、永宁溪、日溪、上洋溪、小坑溪、洞外岙溪和龙腾溪均布设水质采样断面。

每月人工采集水样一次，一年12次。利用采集的水样，开展地表水环境质量标准基本项目和集中式生活饮用水地表水源地补充项目全分析，同时进行Chl-a、SD、藻类监测。

2.水功能区达标率情况

长潭水库现状水功能区达标率不高。长潭水库现状水质：TN不参加评价时，Ⅰ类水占4.3%，Ⅱ类水占66.5%，Ⅲ类水占27.5%，劣于Ⅲ类水质占1.7%，水库水质以Ⅱ类为主；TN参加评价时，Ⅱ类水占37.2%，Ⅲ类水占58.9%，劣于Ⅲ类水质占3.9%，水库水质以Ⅲ类为主。水库水质在时间上（指同一站点年内变化），枯水期水质略优于丰水期；水功能区不达标的时段主要出现在夏季，表层、中层水pH值超标率为12.5%，pH最大值达10.6，表层DO达11.1 mg/L，TP和TN为Ⅳ类水，SD明显降低，Chl-a和藻类总数明显高于枯水期，水体呈富营养化。

7条入库支流现状水质：柔极溪、日溪、龙腾溪为Ⅱ类水；永宁溪、上洋溪、小坑溪、洞外岙溪为Ⅲ类水。

水功能区主要不达标项目是TP、TN、pH值，说明长潭水库的水环境问题主要体现在水体富营养化方面。

3.水库富营养化评价

水库营养状态评价选择Chl-a、TP、TN、SD、CODMn五个项目， 评价方法采用《地表水资源质量评价技术规程》（SL 395—2007） 中规定采用的营养化评分分类指数法；评价时段为2000—2009年。水库富营养化评价结果见表1。

由表1可知，10年间长潭水库富营养化程度总体上加重。4—9月营养状态评分值全部大于年平均值，每年4—9月水库水体随气候变暖、浮游生物的繁衍，有利于富营养化现象的发生，这种现象属水库特性。其中，2003—2005年长潭水库曾发生蓝藻水华事件，直接影响台州市的供水安全。

二、污染源调查分析

通过对长潭水库集雨区的生活污染源、畜禽养殖、农田面源、工业污染源和旅游污染源等调查并分类汇总，采用源强系数、排放率和入库系数，计算得出各污染物排放量和入库量。长潭库区年废污水排放总量为227.59万t，其中生活污水219.00万t，农业污染源（畜禽尿）1.69万 t，工业污水6.71万t，游客生活污水0.19万t。年污染物排放总量4 956.76 t，年污染物入库总量1 587.56 t，主要为农业和生活污染源。

表1 2000—2009年长潭水库富营养化评分表

表2 长潭水库主要污染物负荷综合评价

采用等标排放量评价法，对影响长潭水库水环境的农业污染源、生活污染源、工业污染源和旅游污染源进行综合评价。由表2可知，库区2008年主要污染物总等标排放量为2 257.79 t，其中 CODCr、TN 和 TP 的等标排放量分别达48.05 t、1 641.26 t和568.48 t，污染率指数分别为2.1%、72.7%和25.2%。氮和磷是水体污染的主要贡献者。

三、水库主要营养物质的环境容量分析

为有效保护长潭水库水环境，必须科学地评价其水环境容量。水环境管理中最为常用的水环境容量通常指水体在设计水文条件、规定环境保护目标下，所能容纳的最大污染物量。

1.控制指标

根据长潭水库现状水质和库区污染源调查结果，营养盐主要控制指标确定为 TP、TN、CODCr。

2.计算模型选择

长潭水库所在水功能区为山区性河流及水库本身，结合其实际情况，采用数学模型为山区性河流一维均匀混合模型和水库零维模型。

（1）山区性河流一维均匀混合模型

对于山区性河流而言，一维均匀模型假定污染物浓度仅在河流纵向上发生变化，主要适用于同时满足以下条件的河段：①宽浅河段；②污染物在较短的时间内基本能混合均匀；③污染物浓度在断面横向方向变化不大，横向和垂向的污染物浓度梯度可以忽略。

表3 综合衰减系数的确定值

表4 长潭水库库体污染物总量控制成果表

污染物一般沿河岸分多处排放，每一河段内可能存在多个污染源，采用概化的方法，即认为污染物排放口在同一功能区内沿河均匀分布，污染源分布是一种平均状况；混合过程也假定在排污口断面瞬时完成均匀混合。假定一段河流，污染源考虑在同一功能区内沿河均匀分布，则可得如下公式：

式中：W 为水环境容量 （t/a），CS为下断面污染物浓度（mg/L），C0为上断面来水污染物浓度 （mg/L），K为综合衰减系数（1/s），L 为河段长度（m），U 为设计流速（m/s），Q 为设计流量（m3/s），α为不均匀系数。

（2）水库零维模型

W=31.536×α×[Q0×（CS-C0）+KVCS/86400]式中：Q0为进口断面的入流流量（m3/s），V 为水体体积（m3），其余字母同上式含义。

（3）综合衰减系数、不均匀系数的选择

根据《浙江省水功能区纳污能力核定报告》，本次长潭水库所在水功能区综合衰减系数选定如表3。

由于水库水体较深且水面面积较大，而污染物主要由岸边排入，因此水库水体不能全部参与污染物的稀释、降解，需加入不均匀系数B。根据《浙江省水功能区纳污能力核定报告》，结合长潭水库水面面积，确定不均匀系数为0.20。

3.入库营养盐总量控制方案

根据上述计算模型、选用参数及水文设计条件，计算长潭水库功能区50%、75%、90%水量条件下的CODCr、TN、TP 的纳污能力， 结合现状污染物调查分析成果，分别核定长潭水库库体 CODCr、TN、TP的入库污染物削减量、削减率、入库控制量，见表4。

由表4可知，长潭水库库区现状CODCr在 50%、75%、90%设计水文条件下，都能满足功能区目标水质要求。水库现状TP、TN入库量远远大于其纳污能力。在50%设计水文条件下，水库现状TN入库量的削减率为42.3%，现状TP入库量的削减率为60.8%；按75%设计水文条件，水库现状TN入库量的削减率为61.5%，现状TP入库量的削减率为74.0%；按90%设计水文条件，水库现状TN入库量的削减率为71.2%，现状TP入库量的削减率为80.1%。

四、结 语

①长潭水库富营养化分析结果表明，每年4—9月营养状态评分值全部大于年平均值，10年间水库富营养化程度总体加重，应引起重视。

②水库现状水质和库区污染源分析调查结果表明，水库主要污染源为农业和生活污染，主要污染物为TN、TP、CODCr。

③主要营养物质水环境容量数学模型分析结果表明，不同设计水文条件保证率下，现状CODCr都能满足功能区目标水质要求；现状TP、TN入库量远远大于其纳污能力，长潭水库营养化控制的主要指标，第一是控磷，第二是控氮。

[1]张永良,刘培哲，等.水环境容量综合手册［M］.北京：清华大学出版社，1991.

[2]陈松，姜德刚.崇明岛河网水系营养状态分析与富营养化评价[J].中国水利，2010（13）.

[3]张玉清.河流功能区水污染物总量控制的原理和方法［M］.北京：中国环境科学出版社，2001.