我國西北地區(qū)典型水庫水質(zhì)分析

阿布都沙拉木·托爾遜，劉曉茹，吳文強，李 昆，馬立平，張盼偉，常嘉欣

(1.新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設管理局，新疆 烏魯木齊 830000；2.中國水利水電科學研究院，北京 100038)

我國西北地區(qū)水資源量少，年際內(nèi)水資源分布不均，冬春季水量小，降水有限，降水季節(jié)分配不均，且降水年變率和季變率大，地表水和地下水貧乏，水源分散，增加了水資源的利用難度[1]。隨著我國西北地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，水庫成為了地區(qū)發(fā)展的重要資源。一方面要充分發(fā)揮水庫對地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的支撐作用，另一方面對水庫水環(huán)境安全保護更是迫在眉睫。急需開展水庫水環(huán)境安全監(jiān)測，分析水質(zhì)變化趨勢，為水資源的可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 水庫概況

該水庫位于我國西北高寒干旱地區(qū)，是尾部調(diào)節(jié)平原水庫，屬大(2)型水庫，目前庫容為0.91億m3。該水庫為周邊工業(yè)、農(nóng)業(yè)供水外，還同時承擔著為重要城市的供水任務，年供水量1.2億m3，水庫的水循環(huán)較慢。

該水庫是飲用水地表水源一級保護區(qū)，根據(jù)《飲用水水源保護區(qū)污染防治管理規(guī)定》，飲用水地表水源保護區(qū)不得建設與供水設施和保護水源無關(guān)的建設項目。但近年來，隨著水庫的建設及運行，水庫周邊工業(yè)園區(qū)得到較大發(fā)展，隨著水庫建設及供水能力提高，周邊工業(yè)園區(qū)多家大小企業(yè)工廠陸續(xù)投產(chǎn)開工，工業(yè)園區(qū)的發(fā)展也為水庫提高了供水效益，因此水庫供水和工業(yè)園區(qū)發(fā)展構(gòu)成了共同生存的關(guān)系。企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、數(shù)量不斷增大，工業(yè)生產(chǎn)已對環(huán)境空氣及水庫水環(huán)境質(zhì)量帶來潛在威脅，使得該水庫的現(xiàn)狀成為我國西北寒旱地區(qū)的典型水庫，急需加強水環(huán)境安全監(jiān)測及管理。

該典型水庫區(qū)域范圍，冬季主風向為西北及西南風，工業(yè)園區(qū)位于水庫的西南側(cè)，水庫空氣質(zhì)量及濕沉降易受工業(yè)園區(qū)大氣排放影響，工業(yè)園區(qū)三廢排放對水庫水環(huán)境構(gòu)成潛在威脅。鑒于這些自然及環(huán)境條件，開展水庫水環(huán)境安全監(jiān)測與研究，分析目前的水質(zhì)狀況，對保障和提高水環(huán)境質(zhì)量，確保水庫供水安全有重要意義。

2 水質(zhì)監(jiān)測及結(jié)果概述

該水庫自2013年以來開展了多年的水質(zhì)監(jiān)測，水質(zhì)監(jiān)測點包括水庫入口、出口及壩后地下水和壩體滲流水，并對部分時段的降雪做了監(jiān)測。監(jiān)測項目包括了GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中的“地表水環(huán)境質(zhì)量標準基本項目”及“集中式生活飲用水地表水源地補充項目”共29項(見表1)。

表1 水庫水質(zhì)監(jiān)測項目表

多年監(jiān)測結(jié)果表明，庫區(qū)進出口水質(zhì)多年來基本保持平穩(wěn)，均符合地表水環(huán)境質(zhì)量III類水標準。其中硒、氰化物、揮發(fā)酚、陰離子表面活性劑和硫化物多年來均未檢出，金屬元素銅和鋅自2018年開始有檢出，2019—2020年對“集中式生活飲用水地表水源地特定項目”中的部分參數(shù)做了監(jiān)測，其中有機物檢出的參數(shù)有三氯甲烷和二氯甲烷，重金屬檢出的參數(shù)有銻、鋇、硼、鉬、鎳、鈷和釩，檢出含量均低于地表水環(huán)境質(zhì)量III類水標準。

水體富營養(yǎng)化的重要監(jiān)測指標化學需氧量(CODcr)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、總氮(T-N)、硝酸鹽氮(NO3-N)、溶解氧(DO)和氨氮(NH3-N)，在多年監(jiān)測中有趨勢性變化，本文對這六項指標進行分析評價。

3 水質(zhì)富營養(yǎng)化指標分析評價

本文匯總了2013—2020年的水庫水質(zhì)及部分時段降雪監(jiān)測數(shù)據(jù)，主要針對化學需氧量(CODcr)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、總氮(T-N)、硝酸鹽氮(NO3-N)、溶解氧(DO)和氨氮(NH3-N)六項指標，進行分析評價。

3.1 分析評價標準

分析評價標準執(zhí)行GB 3838—2002(見表2)。

表2 地表水環(huán)境質(zhì)量評價標準

3.2 水質(zhì)指標達標分析

2013—2020年，CODcr、CODMn、T-N、NO3-N、NH3-N和DO六項指標年均值(mg/L)達到水環(huán)境質(zhì)量標準情況，如圖1(a—f)所示。(a)CODcr、(d)NO3-N和(f)DO三項指標較平穩(wěn)，總體來說達到I類標準，(a)CODcr和(f)DO個別年份稍劣于I類標準；(b)CODMn、(c)T-N和(e)NH3-N三項指標不穩(wěn)定，在I類和II類標準波動，六項指標均未超過III類水標準。說明水庫水質(zhì)的富營養(yǎng)化現(xiàn)象尚不明顯，但數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，仍存在潛在的影響因素，應繼續(xù)加強監(jiān)測，并注重變化趨勢的研究。

圖1 2013—2020年水質(zhì)指標達標示意圖

3.3 水質(zhì)指標變化趨勢分析

將2013—2020年CODcr、CODMn、T-N、NO3-N和NH3-N五項指標的年均值，按堆積折線法繪圖，得出這五項水質(zhì)指標的年均值變化趨勢圖，如圖2所示。

由圖2可見，該五項指標在2013—2020年間的年際變化規(guī)律趨于一致，在2013—2015年間較平穩(wěn)，到2016年和2017年顯著升高，于2018年往后有下降的趨勢，總體來說沒有表現(xiàn)出強勁的升高趨勢。這五項指標的變化趨勢表明存在富營養(yǎng)化等影響水環(huán)境安全的潛在風險。水質(zhì)在未來的變化中是不穩(wěn)定的，總體上呈現(xiàn)出隨時間推移逐漸升高的趨勢，需要進一步加強水質(zhì)監(jiān)測，如增加自動監(jiān)測點位，建設水環(huán)境安全管理平臺。

圖2 2013—2020年水質(zhì)指標變化趨勢圖

3.4 出入庫水質(zhì)分析

對水庫的入庫斷面和出庫斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計，分別得出六項指標的出入庫均值，通過柱狀圖反映水庫出入口斷面的水質(zhì)變化情況，如圖3所示。

圖3 水庫出入口水質(zhì)指標對比圖

除NH3-N出入口濃度變化不大外，CODcr、CODMn、T-N和NO3-N指標出口濃度皆低于入口，DO出口濃度高于入口，其中CODcr和CODMn代表有機污染的綜合指標。經(jīng)查詢資料推斷，該水庫庫區(qū)水循環(huán)速度較慢，使得水體在庫區(qū)的滯留時間較長，泥沙沉降也隨之增強，因此附著于泥沙的有機污染物濃度也降低，說明水庫水體污染一部分來源于域外的輸入[2]。水體中有機物等物質(zhì)被水體顆粒大范圍吸附后沉入底泥，水體經(jīng)澄清作用后透明度增加，藻類植物經(jīng)陽光剌激后快速生長，大量分解有機物和氮素，有助于沿程污染物濃度下降，使出庫斷面水質(zhì)比入庫清潔[4]。經(jīng)庫區(qū)自凈與消納后出庫水質(zhì)變好，但仍需要繼續(xù)監(jiān)測，用數(shù)據(jù)證明水質(zhì)變化情況。

3.5 降雪水質(zhì)分析

該典型水庫受周邊工業(yè)園區(qū)的影響，水庫區(qū)域范圍空氣能見度逐年下降。由于降水量少，對大氣的凈化能力弱，因此監(jiān)測降雪的水質(zhì)情況十分必要。本項目在冬季，監(jiān)測了降雪樣品及庫區(qū)水樣品的各項水質(zhì)指標，對CODMn、BOD5、NH3-N、NO3-N和T-N做了對比圖。

如圖4所示，CODMn濃度變化不大，BOD5庫水中未檢出，降雪樣品達到5mg/L以上，NH3-N、NO3-N和T-N降雪樣品濃度皆高于庫水濃度，因此降雪對水庫的水質(zhì)會帶來的潛在影響。

圖4 降雪及庫水水質(zhì)指標對比圖

從目前的監(jiān)測結(jié)果看，融雪前后的水庫水質(zhì)變化不明顯。由于該水庫秋冬季上游斷流，沒有來水，春季上游才開始放水，在該寒冷地區(qū)，春季才開始融雪，因此融雪正趕上水庫上游來水，水庫水質(zhì)受降雪影響不明顯。由于該典型水庫的特殊環(huán)境影響，建議加強對大氣干濕沉降的監(jiān)測，研究大氣沉降對水庫水質(zhì)長期的潛在影響，為水庫的水環(huán)境安全保護提供技術(shù)支撐。

4 結(jié)語

2013—2020年水庫的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果顯示：目前水庫水質(zhì)狀況較好，監(jiān)測的各項水質(zhì)指標滿足地表水環(huán)境質(zhì)量III類水標準。

對水庫水質(zhì)富營養(yǎng)化的六項指標：CODcr、CODMn、T-N、NO3-N、NH3-N和DO年均值進行了重點分析評價，該六項指標濃度皆在II類標準以下，富營養(yǎng)化現(xiàn)象尚不明顯。但多年來指標濃度值不穩(wěn)定，總體呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，存在潛在的不穩(wěn)定因素。該六項指標庫出口好于入口，符合水庫自凈與消納作用的效果。降雪樣品的BOD5、NH3-N、NO3-N和T-N明顯高于水庫樣品，大氣沉降對水庫產(chǎn)生潛在影響不容忽視。

該水庫處于高寒干旱地區(qū)，具有與工業(yè)園區(qū)共存的典型性，周邊工業(yè)園區(qū)的三廢排放對水庫的潛在影響需持續(xù)監(jiān)測，建立水環(huán)境安全管理系統(tǒng)平臺，對于寒旱地區(qū)典型水庫水安全保障是十分必要的。在此研究基礎上，可進一步開展典型污染物研究，在其他相關(guān)的水庫管理中推廣應用，對水工程的管理維護及可持續(xù)發(fā)展有很好的借鑒和促進作用。