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汾河水库、 上游水质分析及其污染防治措施 * 景胜元徐明德武春芳 太原理工大学环境科学与工程学院， 太原 030024 摘要 基于汾河水库水质监测数据 2011 年 11 月2012 年 11 月 及汾河水库上游河段水质监测数据 2012 年 4 月 ， 应用单因子评价法对汾河水库及其上游河段进行水质评价， 应用综合营养状态指数法对汾河水库进行营养状态评价， 并对污染的成因从点源和面源两个方面进行分析， 提出污染防治措施， 以期为汾河水污染防治规划的编制提供依据。 关键词 汾河水库; 水质评价; 点源污染; 面源污染; 污染防治措施 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201404005 WATEＲ QUALITY ANALYSIS AND POLLUTION PＲEVENTION COUNTEＲMEASUＲE FOＲ FENHE ＲESEＲVOIＲ AND ITS UPSTＲEAM Jing ShengyuanXu MingdeWu Chunfang College of Environmental Science and Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China AbstractOn the basis of surveyed data of water quality of Fenhe Ｒeservoir from November 2011 to November 2012 and its upstream April 2012 ，it was made the water quality uation by using single factor uation for Fenhe Ｒeservoir and its upstream，as well as the trophic state uation by using trophic state index for Fenhe Ｒeservoir． It was also analyzed the reasons of the pollution from point source pollution and area source pollution，and the pollution control measures were proposed for providing bases for the planning of comprehensive water pollution control of Fenhe Ｒeservoir and its upstream． KeywordsFenhe Ｒeservoir;water quality uation;point source pollution;area source pollution; pollution prevention countermeasure． * 山西省自然科学基金 “汾河水库水环境问题形成机制及突发污染应 急机制研究” 2012011033- 1 。 收稿日期 2013 －07 －11 0引言 汾河是山西的第一大河流， 是黄河的第二大支 流， 汾河干流纵贯山西南北， 流域面积占全省面积的 25， 汾河水库位于汾河干流上游， 距汾河发源地宁 武县境内的管涔山 122 km， 距省会太原市 83 km， 是 山西省内最大的地表水饮用水源地。20 世纪 90 年 代初开始修建的万家寨引黄入晋工程， 已于 2003 年 将引黄水由头马营进入汾河干流上游， 利用汾河干流 上游的天然河道 81 km 输水至汾河水库， 然后采用 全封闭式管洞输水到太原呼延水厂， 汾河水库作为万 家寨引黄入并的储水库， 成为太原市的集中式生活饮 用水源地 ［1- 2 ］。如果汾河水库及其上游河段受到污 染， 必然会影响呼延水厂处理效率和费用， 甚至影响 太原市居民的用水， 因此研究汾河水库及其上游水环 境问题， 具有十分深远的现实意义。 1汾河水库及上游水质现状 1. 1汾河水库水质现状 1. 1. 1汾河水库现状监测 监测点位 汾河水库表层、 汾河水库表层水下5 m。 监测因子 GB 38382002地表水环境质量标 准 中表 1 规定的 24 个指标以及叶绿素 a 和透明度 共 26 个指标。 监测时间和频率 2011 年 11 月2012 年 11 月， 每逢单月监测 1 次， 全年共监测 6 次。 1. 1. 2汾河水库现状评价 评价标准 根据 山西省地表水水域水环境管理 区划方案 中水体功能划分， 汾河水库的功能区类别 为饮用水源地保护区， 水质目标为Ⅲ类， 因此执行的 81 环境工程 Environmental Engineering 标准为 GB 38382002 表 1 的Ⅲ类标准。 评价方法 水质评价采用单因子评价法， 营养状 态评价采用综合营养状态指数法 TLI Σ 。 评价指标 水质评价指标为 GB 38382002 表 1 中除水温、 总氮、 粪大肠菌群以外的 21 项指标， 水温、 总氮、 粪大肠菌群作为参考指标单独评价。营养状态 评价指标为 叶绿素 a chla 、 总磷 TP 、 总氮 TN 、 透明度 SD 和高锰酸盐指数 CODMn 共 5 项。 水质评价结果 汾河水库除 11 月份水质类别为 Ⅳ类水质， 超标污染物为 COD， 超标倍数为 0. 0125 倍， 其余月份均达到Ⅲ类水质。水质状况 丰水区优 于平水区， 平水区优于枯水期， 但汾河水库水质 TN 超标严重， 汾河水库总氮污染情况见图 1， 2011 年 11 月2012 年 9 月份总氮超标倍数分别为 1. 04 倍、 0. 67 倍、 1. 44 倍、 0. 98 倍、 0. 41 倍、 0. 41 倍， 总氮污 染已经成为汾河水库环境治理中不容忽视的因素。 图 1汾河水库总氮污染情况 Fig．1The state of Fenhe Ｒeservoir total nitrogen pollution 营养状态评价 2011 年 11 月2012 年 9 月的 TLI Σ 分别为 42. 04、 42. 33、 45. 43、 45. 59、 42. 30、 41. 39。按湖泊 水库 富营养状态分级比较， 汾河水 库的综合营养状态指数 30≤TLI Σ ≤50， 属于中营 养级， 营养状态丰水区优于平水区， 平水区优于枯 水期。 1. 2汾河水库上游水质现状 1. 2. 1汾河水库上游水质现状监测 监测断面 汾河干流 头马营汾河水库 、 岚河 岚县水文站 、 涧河 娄烦县城汾河水库入口 。 监测因子 氨氮 以 N 计 、 BOD5、 COD、 总磷、 总 氮、 石油类。 监测时间 2012 年 4 月单次监测， 代表枯水期的 水质。 1. 2. 2汾河水库上游水质现状评价 评价标准 根据 山西省地表水水域水环境管理 区划方案 中水体功能划分， 各监测断面具体的功能 要求见表 1。 表 1汾河水库上游各河段功能区划分表 Table 1The river section function area partition of Fenhe Ｒeservoir upstream 河流河段长度 功能区 类别 功能 要求 执行 标准 汾河干流 头马营汾河水库 75 km 饮用水源地保护区ⅢⅢ 岚河岚县水文站27 km 工业用水区ⅣⅣ 涧河娄烦县城汾河水 库入口 7 km 工业用水区ⅣⅣ 评价方法 单因子评价法。 评价指标 氨氮 以 N 计 、 BOD5、 COD、 总磷、 总 氮、 石油类 6 项指标。 评价结果 汾河水库上游河段主要超标污染物情 况见表 2。由表 2 可知 汾河干流水质为Ⅳ类水质， 超标污染物为 COD， ρ COD 为 20. 3 mg/L， 超标倍数 为 0. 015 倍。岚河水质类别为劣Ⅴ类， 超标项目为 COD、 BOD5、 氨氮， ρ COD 为 47. 4 mg/L， 超标 0. 58 倍， ρ BOD5 为 11. 9 mg/L， 超标 0. 98 倍， ρ 氨氮 为 1. 56 mg/L， 超标倍数为 0. 04 倍。涧河水质为Ⅲ类水 质， 水质状况良好。 表 2汾河水库上游河段水质监测 Table 2The water quality monitoring of Fenhe Ｒeservoir upstreammg/L 评价指标 汾河 干流 岚河涧河 GB 3838 2002 Ⅲ类 GB 3838 2002 Ⅳ类 NH3－ N0. 351. 560. 43 ≤1. 0 ≤1. 5 BOD53. 511. 93. 1 ≤4 ≤6 COD20. 347. 411. 7≤20≤30 TP0. 0230. 0730. 031≤0. 2≤0. 3 TN3. 294. 683. 61≤1. 0≤1. 5 石油类0. 040. 060. 10≤0. 05≤0. 5 2汾河水库及上游水质污染分析 根据调查与分析， 汾河水库及上游的污染主要是 工业废水和生活污水点源污染的排放以及生态破坏、 水土流失、 农田种植业、 养殖业等引起的面源污染。 2. 1点源污染分析 汾河水库的点源污染主要包括汾河上游宁武、 静 乐、 岚县、 娄烦 4 个县城的城市污水处理厂废水的排 放以及上游干流、 支流一些企业的排污口排放的工业 废水。汾河水库上游宁武、 静乐、 岚县、 娄烦 4 县县城 污水处理厂虽均建成投入使用， 但经常达不到污水排 放标准， 另外由于汾河上游工业经济基础和行业特 征， 对部分企业设置了排污口， 这些点源排放的生活 91 水污染防治 Water Pollution Control 污水和工业废水为对汾河水库的水质有一定的影响。 2. 2面源污染分析 面源污染主要表现在水库汇水范围内的水土流 失、 农业面源污染以及水库上游畜禽养殖业废水废物 的排放。 2. 2. 1水土流失 汾河从发源地管涔山到流入汾河水库， 地形破 碎、 沟壑纵横、 坡陡沟深， 地面坡度 7 ～35的面积占 63. 2， 年土壤侵蚀模数大于允许值 500 t/km2的流 域面积为3 688 km2， 占控制流域面积的70， 是水土 流失严重地区 ［3- 4 ］。而水土流失是造成水体富营养化 的重要原因， 大量的氮、 磷、 钾等有机元素以水土流失 的泥沙作为载体， 随着径流输移进入水库， 另外由于 水库水体交替周期较长、 流动缓慢， 水体的自净能力 较弱， 必然导致水库水体营养元素大量盈余， 使其存 在不同程度的富营养化现象， 降低水库水体对各种污 染物的稀释自净能力和水环境承载能力， 造成库区生 态环境恶化。 2. 2. 2农业面源污染 农业面源污染主要包括农村生活污染和农田径流 污染。农村生活污染主要是指农村生活污水的随意排 放， 未经处理的生活污水自流到地势低洼的河流、 湖泊 和池塘等地表水体中， 严重污染各类水源。农田径流 污染是指农田里使用的化肥、 农药随着雨水冲刷进入 河流、 湖泊和池塘等地表水体中， 造成水体污染。 根据山西省环境科学研究院、 山西省环境科学学 会等单位对饮用水功能区范围内农业面源污染的调 查结果分析 汾河流域内农村生活污染源入河污染负 荷约占区域内面源 COD、 NH3- N 入河污染负荷总量 的 10. 56 和 91. 50; 农田径流入河污染负荷约占 区域 内 面 源 COD、 NH3- N 入 河 污 染 负 荷 总 量 的 1. 53 和 1. 65［3 ］。由此可知 汾河流域内农村生 产活动的不合理、 农村生活污水处理设施的缺乏是造 成区域 COD、 NH3- N 污染的主要原因。 2. 2. 3畜禽养殖污染废水的排放 汾河水库及上游流域内畜禽养殖业发达， 占流域 内生产总值的 7 ～10， 存在着分布散、 规模小的特 点 ［ 5 ］。虽然 山西省封山禁牧办法 的实施， 流域内所 涉及的县市均开展了封山禁牧工作， 流域内正逐渐由 散养向规模化、 集约化的圈养发展， 但流域内仍然存在 许多散户养殖， 这些散户生产过程中产生的废水未经 任何处理， 直接排放。规模化的养殖程度也不高， 废水 处理的效果不甚理想。由于养殖业的废水富含大量病 原体有机废水， 这些废水直接排入汾河或经过雨水的 冲刷进入汾河， 有可能造成汾河水质严重恶化。 3污染防治对策 3. 1点源污染防治 对于现有 4 个县城的污水处理厂全面实施提质 扩容改造， 相应能力应满足 2030 年规划要求， 并同步 完成城区管网改造和扩容。所有城镇生活污水处理 设施排水均应达到 GB 189182002城镇污水处理 厂污染物排放标准 一级 A 标准。 对于企业排放的工业废水防治应采取以下措施 1 在汾河水库饮用水源一级保护区、 汾河源头 保护区内以及上游汾河干流两岸严禁设置企业排污 口。支流允许设置排污口的企业， 必须达到行业一级 标准和 GB 189182002 的一级 A 标准， 且保证支流 入干流断面水质不低于Ⅲ类标准。 2 全流域内， 所有工业企业不得设置生产废水 排污口， 必须实现生产废水 “零排放” 。 3 所有工业企业内部的生活污水主要依托县城、 村镇或园区污水处理系统进行处理， 自建污水处理设 施的， 必须达到 GB 189182002 的一级 A 标准。 3. 2面源污染防治 根据对汾河水库及汾河上游水环境状况和污染源 的分析， 面源污染是影响水环境的一个重要因素。面源 污染的治理应根据当地实际情况采取以下措施 ［ 6- 9 ］ 1 加强山区水土保持， 严禁乱采乱伐， 减少水土 流失。可以通过恢复植被， 增加林草覆盖度、 改变耕 作方式方法、 建立拦沙坝等措施减少水土流失。 2 逐步建立农村生活污水处理设施。如推广庭 院式生态系统技术， 即将人畜粪尿和有机废弃物作为 沼气原料， 沼气作为家庭燃料， 而沼渣及发酵后废液 是一种高效的有机肥料， 这样既能消减对水库水体造 成的污染， 又能加强农村生态环境建设， 推动农村生 态系统建立良好的物质能量循环［5 ］。 3 制定相应政策， 大力鼓励农民使用农家肥， 使 有机污染物还田。提倡合理使用化肥和节水灌溉， 减 少肥料流失， 建立氮、 磷、 钾合理配置的施肥体系， 改 变偏施、 重施氮肥的陋习， 从而减少汾河上游水质总 氮超标的现象。 4 严格按照 山西省封山禁牧办法 开展封山禁 牧工作， 对水库的流域要尽快划分禽畜禁养区和限养 区， 在这些区域禁止新建大中型禽畜养殖场。禁养区 02 环境工程 Environmental Engineering 原有的禽畜养殖场要坚决予以搬迁和拆除， 限养区原 有的规模禽畜养殖场要采取先进工艺， 增设污染处理 设施， 使粪便污水经处理后达标排放。 5 治理面源污染是一个大的系统工程， 涉及环 保、 水利、 农业、 林业等各个部门， 各有关部门要加强 团结协作、 科学治理， 才能收到标本兼治的效果。 3. 3完善汾河水库水源地水质监测体系 目前汾河水源地监测站网的监测点位、 监测能力 有限， 仅能监测评价水源地取水口水质状况， 未对入 库河道及敏感区域水质开展持续有效的监测， 无法满 足对水源地全方位、 高水平的监测监管要求。此外， 监测项目以无机物和 BOD5、 COD 等有机污染综合指 标为主， 有毒有机物、 生物毒性以及藻毒素等检测未 纳入日常监测项目， 无法满足对水源地系统、 客观的 评价要求 ［10 ］。应建立完善的汾河水库水源地水质监 测网络， 在水源地上游主要河道、 饮用水源取水口及 水源地上游主要排污口建立连续自动监测系统， 采用 先进的水质在线监测技术和设备， 对水质情况进行实 时监测， 及时掌握汾河水库及上游水质状况， 有效预 防上游突发性污染对汾河水库水质的威胁。 4结论 1 汾河水库水质评价符合地表水环境质量Ⅲ类 标准， 汾河水库的营养状态为中营养状态。 2 汾河水库上游河段 汾河干流、 岚河、 涧河 执 行的标准分别为地表水环境质量Ⅲ类、 Ⅳ类、 Ⅳ类标 准， 但应用单因子评价的结果为Ⅳ类、 劣Ⅴ类、 Ⅲ类水 质， 上游河段污染情况不容乐观， 尤其是岚河水质较 差， 主要超标污染物为 COD、 BOD5、 氨氮。 3 造成汾河水库及上游的污染主要原因是流域 内工业废水和生活污水的排放以及流域内的水土流 失、 农田种植业、 养殖业等引起的面源污染。 参考文献 ［1］宋颖． 汾河水库及其上游水质状况及治理保护对策研究［J］． 山西水利科技， 2007， 163 1 25- 27. ［2］李娟． 汾河水库水质调查与对策思考［J］． 科技情报开发与经 济， 2010， 20 7 177- 178. ［3］张建国， 赵兴安． 水土保持措施对汾河水库泥沙淤积的影响 ［J］． 黄河水利职业技术学院学报， 2010， 22 4 4- 6. ［4］郝福华． 汾河水库流域水土保持治理减沙与径流变化分析 ［J］． 水利水电技术， 2009， 40 5 61- 63. ［5］王晓宇． 汾河水库及其上游饮用水功能区农业面源污染及治理 保护［J］． 中国水土保持， 2010， 6 55- 57. ［6］梁菁， 彭晓春， 贺涛． 湖库型饮用水水源地污染防治对策研究 ［J］． 广东农业科学， 2009， 7 181- 185. ［7］黄继元． 南水北调水源地安康水库水质分析和保护对策［J］． 人民长江， 2005， 36 8 27- 28. ［8］张敏． 陆水水库水质分析评价与水环境保护对策［J］． 人民长 江， 42 21 74- 77. ［9］金中彦． 汾河水库及上游污染防治对策［J］． 水利水电技术， 2011， 42 18 19- 20. ［ 10］盛若虹， 李晓瑞， 薛梦莹． 汾河水库水源地水质状况及污染防治 建议［J］． 能源与节能， 2011， 71 8 51- 52. 第一作者 景胜元 1989 － ， 男， 硕士。shengyuan2476310163． com 通讯作者 徐明德 1958 － ， 男， 教授， 博士， 主要研究方向为污染控制 系统工程与环境规划。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 mingdexu126． com 上接第 3 页 ［6］Topunova I V，Prikhou’ ko V E，Sokolova T A． The effect of irrigation on the content and mineralogical composition of clays in chernozems of Ｒostov oblast Bagaevsko- Sadkovskaya Irrigation System ［J］． Moscow University Soil Science Bulletin， 2010， 65 1 1- 8. ［7］Kyle B B，Jennifer C M，Laura K Ｒ，et al． Impacts of agricultural irrigation recharge on groundwater quality in a basalt aquifer system Washington，USA a multitracer approach［J］ ． Hydrogeology Journal， 2011， 19 5 1039- 1051. ［8］陆海明， 孙金华， 邹鹰， 等． 农田排水沟渠的环境效应与生态功 能综述［J］． 水科学进展， 2010， 21 5 719- 725. ［9］谢涛， 唐彩霞， 唐文魁， 等． 中国农业非点源污染现状及控制措 施［J］． 广州师范学院学报． 自然科学版， 2010， 27 4 69- 73. ［ 10］张巨勇． 化学农药的危害及我国应采取的对策［J］ ． 云南环境 科学， 2004， 23 2 23- 26. ［ 11］范菲菲， 范成五， 秦松． 贵州农业土壤氮素流失对环境的影响 及防治对策［J］． 环境污染与防治， 2012， 34 7 106- 110. ［ 12］陈丽莎， 陈志良， 肖举强． 不同农业用地对土壤中氮影响的研究 进展［J］． 环境污染与防治， 2010， 32 12 72- 74， 80. ［ 13］刘征， 胡山鹰， 陈定江， 等． 中国磷资源产业中磷元素循环的投 入产出分析［J］． 清华大学校报． 自然科学版， 2006， 46 6 847- 850. ［ 14］林源， 马骥， 秦富． 中国畜禽粪便资源结构分布及发展展望 ［J］． 中国农学通报， 2012， 28 32 1- 5. ［ 15］徐伟朴， 陈同斌， 刘俊量， 等． 规模化畜禽养殖对环境的污染及 防治策略［J］． 环境科学， 2004 25 105- 108. ［ 16］宇万太， 张璐， 殷秀岩， 等． 农业生态系统养分循环再利用作物 产量收益的地理差异［J］． 农业工程学报， 2003， 19 6 28- 31. 第一作者 刘宇程 1977 － ， 男， 副教授， 主要从事油气田污染治理方 面的研究。lycswpi163． com 12 水污染防治 Water Pollution Control