對飲用水源水庫保護(hù)的思考

對水庫水源保護(hù)的思考四川大學(xué)魏新平2013.6.8

成都水庫功能在改變過去，水庫主要以灌溉、防洪、發(fā)電為主要功能?，F(xiàn)在，水庫主要以供水、灌溉、防洪、發(fā)電、旅游為主要功能。水庫為飲用水源的優(yōu)勢水庫位于深山峽谷，易滿足飲用水源對水量、水壓的要求，多數(shù)水庫水質(zhì)也較好。就四川省來說，飲水工程有多個水源可供選擇時，地表按照水庫水→山溪水→湖泊水→河水的順序選擇。水庫的屬于水利部門，有投資渠道，各水庫都有穩(wěn)定的管理人員。水庫位置固定，交通便利，通訊暢通，管理方便。水庫為飲用水源面臨的問題水庫庫區(qū)范圍大，是一個開放的區(qū)域。天上的干濕沉降物，地上的泥沙、污染物、和行駛的車輛等均可進(jìn)入庫區(qū)。水庫水為地表來水，水庫的水質(zhì)受到水庫上游流域人類活動的影響，劇毒廢棄物、可溶性劇毒液、化肥、農(nóng)藥等影響河水水質(zhì)的因素都對水庫水質(zhì)有影響。水庫為飲用水源面臨的問題水庫富營養(yǎng)化污染問題水庫為飲用水源面臨的問題水庫底泥中的重金屬毒物水庫水體大、滯留時間長，盡管水體重金屬,溶解態(tài)濃度可能不大，但底泥的蓄積含量會愈來愈嚴(yán)重。由于劇毒金屬有難降解和在人體內(nèi)產(chǎn)生積蓄作用的危害，如汞、砷、鉛、鋇、鎘、鉻等，有些金屬有致癌作用，并能對正常發(fā)育的胎兒和兒童造成畸形。國外許多國家在制定污水控制方案中，曾規(guī)定零排放要求。因此，庫區(qū)水質(zhì)評價中，重金屬污染也是一個必不可少的內(nèi)容之一。水庫為飲用水源面臨的問題水庫病原微生物污染主要來自庫區(qū)城鎮(zhèn)生活污水、醫(yī)院污水、垃圾及地面徑流等。病原微生物的水污染危害歷史悠久，至今仍是威脅人類健康和生命的主要污染類型。水質(zhì)監(jiān)測中通常規(guī)定用細(xì)菌總數(shù)和大腸桿菌及菌指數(shù)作為病原微生物污染的間接指標(biāo)。水庫為飲用水源面臨的問題水庫水污染的原因（一）鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)排放的污染物造成水環(huán)境污染（二）化肥、農(nóng)藥的大量不合理使用造成水環(huán)境污染（三）集約化養(yǎng)殖場和畜禽對水環(huán)境造成污染（四）城鎮(zhèn)居民生活污水和廢棄物對水環(huán)境造成污染

水庫水源保護(hù)的常規(guī)措施及問題《飲用水水源保護(hù)區(qū)污染防治管理規(guī)定》1989.7.10《中華人民共和國水法》2002.10.1《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》《中華人民共和國水污染防治法》2007.9.6：水庫水源保護(hù)的常規(guī)措施及問題《中華人民共和國水法》第三十三條國家建立飲用水水源保護(hù)區(qū)制度。省、自治區(qū)、直轄市人民政府應(yīng)當(dāng)劃定飲用水水源保護(hù)區(qū)，并采取措施，防止水源枯竭和水體污染，保證城鄉(xiāng)居民飲用水安全。問題：保護(hù)區(qū)應(yīng)多大？在保護(hù)區(qū)采取哪種措施最有效？水庫水源保護(hù)的常規(guī)措施及問題《中華人民共和國水污染防治法》●第十六條建設(shè)項目中防治水污染的設(shè)施，應(yīng)當(dāng)與主體工程同時設(shè)計，同時施工，同時投產(chǎn)使用。防治水污染的設(shè)施應(yīng)當(dāng)經(jīng)過環(huán)境保護(hù)主管部門驗收，達(dá)不到規(guī)定要求的，該建設(shè)項目不準(zhǔn)投入生產(chǎn)或者使用。問題:隨著水庫功能的改變，飲用水源水庫應(yīng)該有防治水庫水污染的設(shè)施，但目前無論水庫除險加固工程，還是更新改造工程，均無防治水庫水污染的工程設(shè)計？水庫水源保護(hù)的常規(guī)措施及問題第四十九條縣級以上地方人民政府農(nóng)業(yè)主管部門和其他有關(guān)部門，應(yīng)當(dāng)采取措施，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者科學(xué)、合理地施用化肥和農(nóng)藥，控制化肥和農(nóng)藥的過量使用，防止造成水污染。問題:水庫流域面積大,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以產(chǎn)量產(chǎn)值為目的,如何有效控制?水庫水源保護(hù)的常規(guī)措施及問題

水庫是一個開放的水源，影響水庫水質(zhì)的因素有點源、面源；內(nèi)源、外源；人為、自然；比較突出的問題有：問題1:水土流失問題?問題2：城鎮(zhèn)化問題？問題3：農(nóng)村生活垃圾和污水排放？問題4：畜禽糞便問題？問題5：化肥農(nóng)藥問題？以上問題，具有隨機(jī)性大、分布廣、影響因子多、機(jī)理復(fù)雜、潛伏滯后等特點。水庫污染負(fù)荷來源?甘肅省自然科學(xué)基金項目;節(jié)水保肥的高效灌水技術(shù)研究;魏新平主持,1998川中丘陵區(qū)農(nóng)村安全供水技術(shù)集成與應(yīng)用研究,2008水利部公益項目:震區(qū)飲用水源污染物來源調(diào)查研究,2009魏新平,灌溉對土壤養(yǎng)分運移影響的研究,西安理工大學(xué)博士學(xué)位論文,2000;導(dǎo)師;王文焰毛勇,非點源污染負(fù)荷估算及評價模型研究,四川大學(xué)碩士學(xué)位論文,2009;導(dǎo)師:魏新平余金,基于HSPF模型的東江流域非點源污染模擬與研究,四川大學(xué)碩士學(xué)位論文2010;導(dǎo)師:魏新平盧修元,湔江流域次暴雨徑流污染負(fù)荷研究;2010四川大學(xué)碩士學(xué)位論文,導(dǎo)師:魏新平對水庫水源保護(hù)的思考第三條水污染防治應(yīng)當(dāng)堅持預(yù)防為主、防治結(jié)合、綜合治理的原則，嚴(yán)格控制工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)面源污染，積極推進(jìn)生態(tài)治理工程建設(shè)，預(yù)防、控制和減少水環(huán)境污染和生態(tài)破壞。對水庫水源保護(hù)的思考美國最佳管理措施：BestManagementPractices;BMPs美國環(huán)境保護(hù)署（USEPA）將BMPs

定義為“任何能夠減少或預(yù)防水資源污染的方法、措施或操作程序，包括工程、非工程措施的操作和維護(hù)程序”BMPs高效、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)，全世界得到廣泛應(yīng)用。BMPs的一條基本原則是“屬于土地的物質(zhì)應(yīng)該保留在土地上”對水庫水源保護(hù)的思考BMPs

可分為工程措施和管理措施。工程措施既包括修建沉砂池、滲濾池和集水設(shè)施等傳統(tǒng)的工程措施，也包括濕地、植被緩沖區(qū)和多水塘系統(tǒng)等新興的生態(tài)工程措施。工程措施是通過減少污染物向受納水體的運移，達(dá)到控制非點源污染的目的。管理措施分為養(yǎng)分管理、耕作管理和景觀管理三個層次；工程措施和管理措施的綜合運用可以控制流域農(nóng)業(yè)非點源污染。對水庫水源保護(hù)的思考1植被緩沖區(qū)植被緩沖區(qū)也叫植被過濾帶，是設(shè)立在潛在污染源區(qū)與受納水體之間的由林、草或濕地植物覆蓋的區(qū)域，通常為帶狀。植被緩沖區(qū)主要對污染物進(jìn)行阻截、吸收和轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到去除污染物的目的。對水庫水源保護(hù)的思考2多水塘系統(tǒng)

●流域中存在的大量天然水塘是一種可以利用的條件。水塘與河流不斷進(jìn)行物質(zhì)交換，滯留污染徑流、沉降懸浮物，是控制非點源污染的一種有效的途徑。其中，多水塘系統(tǒng)被證明是一種效率較高的體系。

●多水塘系統(tǒng)是一類特殊的人工水塘濕地生態(tài)系統(tǒng)，是以水塘為點、溝渠為線的流域系統(tǒng)。

●有研究表明，多水塘系統(tǒng)能截留來自農(nóng)業(yè)的氮、磷污染負(fù)荷達(dá)90%。對水庫水源保護(hù)的思考●如果流域不存在可利用的天然水塘，可以通過修建多級暴雨滯留池，構(gòu)建人工多水塘系統(tǒng)，從而使非點源污染物得到有效的控制，這是歐美國家推行的一種有效的生態(tài)方法?！穸嗨料到y(tǒng)成本低廉，在滯留徑流、循環(huán)利用水和營養(yǎng)物質(zhì)、提高水資源利用率、增加生物多樣性等方面有很好的效果.對水庫水源保護(hù)的思考3人工濕地●人工濕地是一種人工建造和監(jiān)督控制的與沼澤類似的地面構(gòu)筑物?！袢斯竦貙偟⒖偭?、化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、重金屬等有較高的去除率，是控制流域農(nóng)業(yè)非點源污染的重要工程措施之一。對水庫水源保護(hù)的思考●人工濕地對污染物的凈化能力取決于多種因素，包括濕地的結(jié)構(gòu)、特性和運行狀況，滯水時間、布水面積、基質(zhì)組成和植物種類等。●人工濕地還能提供增值的環(huán)境效益，并由此產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，如使下游水質(zhì)好轉(zhuǎn)，提供魚類、野生動植物的棲息地和繁殖地，減緩水土流失等。對水庫水源保護(hù)的思考4管理措施BMPs

的管理措施包括養(yǎng)分管理、耕作管理和景觀管理三

個層次，三者在效果上互相配合，都圍繞一個中心原則，即最大程度地保證物質(zhì)循環(huán)的效率，減少元素的輸出損失，從而滿足植物生長的需求，同時降低對環(huán)境的影響。對水庫水源保護(hù)的思考4.1養(yǎng)分管理●養(yǎng)分管理的目的是減少引起非點源污染肥料的施用量。養(yǎng)分管理的方式主要有兩

方面：測土施肥和變量施肥。對水庫水源保護(hù)的思考●測土施肥是針對土壤的養(yǎng)分供給能力和水平來推薦合理的養(yǎng)分補(bǔ)給措施?！襁^去測土施肥的主要目的是獲得最大的產(chǎn)出，現(xiàn)在則更多地強(qiáng)調(diào)使用經(jīng)濟(jì)適宜的肥料數(shù)量以保護(hù)環(huán)境。對水庫水源保護(hù)的思考●變量施肥是利用GPS（全球定位系統(tǒng)）和GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)，將土壤養(yǎng)分分布進(jìn)行數(shù)字化，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)域內(nèi)土壤養(yǎng)分的變化自動調(diào)整肥料用量，其實質(zhì)是自動的高效的測土施肥技術(shù)。對水庫水源保護(hù)的思考養(yǎng)分管理還包括:●肥料深施●平衡施肥●使用緩釋肥料它們的共同目的是控制養(yǎng)分的釋放速度，使之既滿足植物的生長需要，又減少過剩養(yǎng)分的浪費?！窈侠戆才欧柿系氖┯脮r間也是一種管理措施，它的目的是減少養(yǎng)分因降水沖刷、淋洗的損失。對水庫水源保護(hù)的思考4.2耕作管理耕作管理是通過降低污染物遷移能力，達(dá)到控制非點源污染的目的?！衩飧?少耕法●等高線種植●作物殘茬覆蓋●合理輪作對水庫水源保護(hù)的思考●免耕-少耕法可將土壤擾動降至最低限度，以保護(hù)土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤的滲水性，提高土壤抗水蝕能力，減少地表徑流，控制水土流失。●作物殘茬覆蓋的突出特點是可以增強(qiáng)土壤蓄水能力，阻滯地表徑流，減少由于土壤侵蝕造成的養(yǎng)分、農(nóng)藥進(jìn)入水體的數(shù)量，從而減輕非點源污染負(fù)荷。對水庫水源保護(hù)的思考4.3景觀管理●景觀管理就是合理地調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)各種景觀單元的比例和空間結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高養(yǎng)分循環(huán)效率和減少養(yǎng)分輸出的目的?！裆锘h和水邊林帶都是景觀管理的有效措施。對水庫水源保護(hù)的思考●生物籬又稱等高植物籬，主要形式是在坡地上沿等高線布設(shè)密植灌木或灌化喬木以及灌草結(jié)合的植物籬帶，帶間布置作物?！袼吜謳嶋H上是受納水體邊上的植被緩沖區(qū)，它的作用機(jī)制和植被緩沖區(qū)相類似。BMPs在北京密云水庫應(yīng)用效果密云水庫在密云縣城北13公里處，水庫占地33.6萬畝，庫容43.8億立方米。密云水庫建于1958年9月-1960年9月，水面137000畝，水深40米至60米，分白河，潮河、內(nèi)湖三個庫區(qū)，總蓄水量為4317億立方米，相當(dāng)于67個十三陵水庫或150個昆明湖，環(huán)湖公路110公里，它是北京市民用、工業(yè)用水的主要來源。

BMPs在北京密云水庫應(yīng)用效果①25°以上坡耕地退耕還林;②25°以上荒草坡還林;③15°～25°坡耕地變耕地為等高種植的果園;④0°～15°坡耕地設(shè)置等高植物籬;⑤0°～15°坡耕地部分保護(hù)性耕作;⑥非規(guī)?；B(yǎng)戶推廣農(nóng)村戶用沼氣池;⑦在河流和水庫的敏感地帶設(shè)置植被保護(hù)帶;

⑧采用平衡施肥技術(shù),測土配方施肥.BMPs在北京密云水庫應(yīng)用效果1)25°以上荒草坡還林措施效果最好,對總氮、總磷、泥沙流失的控制效果都超過15%,最高可達(dá)30%以上;BMPs在北京密云水庫應(yīng)用效果2)坡度為1～15°,坡耕地植物籬和保護(hù)性耕作效果相近,削減的污染損失價值占總污染損失的13%,具有明顯的環(huán)境效益.BMPs在北京密云水庫應(yīng)用效果3)針對畜禽養(yǎng)殖污染設(shè)計的農(nóng)村戶用沼氣池總經(jīng)濟(jì)效率在10%左右;4)測土施肥技術(shù)可減少氮素流失、節(jié)約大量化肥,且削減的污染損失價值達(dá)到總污染損失的19%.BMPs在北京密云水庫應(yīng)用效果5)作為綜合污染控制措施的河岸緩沖帶,可以有效地攔截氮、磷和泥沙的流失,對泥沙的控制效果最好為83%,氮最低僅為27%;而從經(jīng)濟(jì)效益方面比較,緩沖帶減少氮素流失所獲得的經(jīng)濟(jì)效益最大,泥沙次之.

植被緩沖帶削減非點源污染的總經(jīng)濟(jì)效率最高,可達(dá)35%。BMPS在天津于橋水庫應(yīng)用1于橋水庫始建于1959年，水庫正常蓄水位21.16米。總庫容15.59億立方米，正常蓄水位21.16米(大沽)，汛限水位19.87米，死水位15米。水庫上游控制流域面積2060k㎡，最大回水長東西約30km，南北寬8km，最大淹沒面積250k㎡（正常蓄水位時淹沒面積86.8k㎡）。多年平均降雨750mm，多年平均徑流量5.06億m3。水庫下游直接影響范圍有近百萬人口，300余萬畝耕地。天津于橋水庫應(yīng)用2于橋水庫治理措施主要是在面源污染控制工程范圍336.93km2和岸邊凈化工程范圍87.80km2內(nèi)整合和重建庫邊流域的“匯”景觀結(jié)構(gòu)。包括下列工程：●修建小石壩。在53條毛支溝內(nèi)營造谷坊壩群，以筑堤促淤，緩洪滯污?！衤穫?cè)修植草水道。在38.1km的環(huán)湖公路一側(cè)或兩側(cè)修建深0.6m、寬1.6m的路邊植被溝，以減少水流流速，促使泥沙沉積。天津于橋水庫應(yīng)用3●村塘村溝疏挖。于橋水庫庫邊許多村塘村溝為垃圾、臟土填滿。所以要疏挖和重建村塘27.1萬m3，疏挖村溝32.6km，以擴(kuò)大對污染徑流的存儲、凈化能力。●庫周邊界環(huán)形溝修建。沿22m大沽高程，水庫邊界的護(hù)欄網(wǎng)，修建77.6km的環(huán)形大溝，增加對污染初流的存儲凈化容量45.7萬m3。天津于橋水庫應(yīng)用4●修建干塘。沿庫周邊界環(huán)形溝修建35個淺型干塘，把村溝與庫周環(huán)形溝連接，擴(kuò)大存儲、凈化面積37萬m2?！駨U棄魚塘改造為濕地。庫邊大量的魚塘形成了對水源地重要的污染源。將分布在20m高程的廢棄魚塘改造為蘆葦區(qū)，種植蘆葦面積58萬m2。天津于橋水庫應(yīng)用5●建設(shè)庫岸生態(tài)緩沖區(qū)。在水庫護(hù)欄網(wǎng)內(nèi)21.5-22m之間的湖濱帶區(qū)域種植柳樹和饅頭柳。高程20m以下為沉水植物和一年生草本植物，采取自然恢復(fù)的生物調(diào)控措施。

天津于橋水庫應(yīng)用5以上措施，使于橋水庫村落污水、地表徑流處理達(dá)到90%以上，明顯改善庫周邊的排水系統(tǒng)，防止庫岸侵蝕，加強(qiáng)自然凈化能力并美化湖濱自然景觀。河岸植被緩沖帶河岸植被緩沖帶指河岸兩邊向岸坡爬升的由樹木及其它植被組成的,防止或轉(zhuǎn)移由坡地地表徑流、廢水排放、地下徑流和深層地下水流所帶來的養(yǎng)分、沉積物、有機(jī)質(zhì)、殺蟲劑及其它污染物進(jìn)人河溪系統(tǒng)的緩沖區(qū)域

。河岸植被緩沖帶植被緩沖區(qū)凈化污染物機(jī)理如下：（1）降低地表徑流速度并對其中的顆粒態(tài)污染物起過濾和攔截作用；（2）緩沖區(qū)的植物吸收溶解態(tài)的污染物；（3）緩沖區(qū)的土壤吸附溶解態(tài)的污染物；（4）促進(jìn)氮的反硝化。河岸植被緩沖帶根據(jù)不同學(xué)者的研究,當(dāng)河岸植被寬度大于30m時,能有效降低溫度、增加河流生物食物供應(yīng)、有效過濾污染物;當(dāng)寬度達(dá)到80m左右時,能較好地控制沉積物及土壤元素流失,并能起到控制洪水的作用;當(dāng)寬度達(dá)到120m以上時,可以為野生動物提供棲息地和比較適宜的生境,起到保護(hù)生物多樣性的作用。鄱陽湖流域應(yīng)用鄱(po)陽湖流域水系主要是贛江、撫河、信江、修河、饒河(包括昌河和樂安河)等五大水系干流及鄱陽湖。目前五大水系的水質(zhì)狀況總體良好,局部污染。而鄱陽湖面源污染問題比較突出,總氮和氨氮超標(biāo)。鄱陽湖流域應(yīng)用將全部河段劃分為3類,緩沖帶為30～40m的河段為一般河段,40～50m的河段為敏感河段,50m以上的河段為重點保護(hù)河段。水庫底泥●水庫底泥是水體底部有毒有害污染物的貯藏庫.在眾多污染物中,底泥中的重金屬由于其毒性和持久性而成為影響底泥質(zhì)量較嚴(yán)重的一類?！襁M(jìn)入水體的重金屬通過化學(xué)吸附、物理沉淀等作用轉(zhuǎn)移至底泥沉積物中,這些與底泥沉積物結(jié)合的重金屬不僅可通過多種途徑對水生生物產(chǎn)生毒害作用,還可重新釋放出來產(chǎn)生潛在的生物毒性風(fēng)險。水庫底泥●底泥位于水體的最下層，吸附在底泥中的污染物質(zhì)通過解吸、溶解、生物分解等作用，會重返水相，對水環(huán)境產(chǎn)生侵害，造成“二次污染”。●即使在水庫外來污染源全部切斷以后，水質(zhì)完全恢復(fù)到水體目標(biāo)情況下，底泥中的污染物質(zhì)仍然會通過各種作用釋放到上覆水體中，使水庫水體富營養(yǎng)化?！袼畮熘苓叺牟傻V、工業(yè)生產(chǎn)、生活排污、農(nóng)業(yè)種植、養(yǎng)殖等人為活動是水庫底泥重金屬的重要來源。水庫底泥前置庫技術(shù)前置庫，國外稱Artificiallagoon、Pre-reservoir、Pre-dam和Pre-tank等；國內(nèi)翻譯為前置塘、滯留塘、人工內(nèi)湖、湖內(nèi)湖和前置庫等.前置庫，是利用入庫水質(zhì)濃度變化特點，并根據(jù)庫區(qū)地形，將水庫分為一個或者若干個子庫與主庫相連，通過延長水力停留時間，促進(jìn)水中泥沙及營養(yǎng)鹽的沉降，同時利用子庫中大型水生植物、藻類等進(jìn)一步吸收、吸附、攔截營養(yǎng)鹽，從而降低進(jìn)入下一級子庫或者主庫水中的營養(yǎng)鹽含量，抑制主庫中藻類過渡繁殖，減緩富營養(yǎng)化進(jìn)程，改善水質(zhì)。前置庫凈化水體的機(jī)理前置庫凈化面源污染的機(jī)理，可以分為：沉淀理論、自然降解、微生物降解、水生植物吸收等。前置庫技術(shù)前置庫技術(shù)效果1根據(jù)國內(nèi)外已經(jīng)運行的前置庫,沉降帶、淺水生態(tài)凈化區(qū)、深水強(qiáng)化凈化區(qū)的TN、TP、泥沙的去除率可分別達(dá)到5%~40%、10%~60%、20%~70%,經(jīng)強(qiáng)化凈化前置庫系統(tǒng)處