（环境工程专业论文）四川省湖库污染防治对策研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 随着人类对环境资源的开发利用，特别是进入本世纪以来，工农业生产大 规模地迅速发展，使得大量含有氮、磷营养物质的污水排入附近的湖泊、水库 和河流，增加了这些水体的营养物质负荷量。湖库污染严重影响以其作为水源 地的周边地区的供水，不仅人民生活用水无法保障，工农业用水也无法满足质 量要求。由此可见，湖库污染的后果是相当严重的，对湖库的污染防治工作迫 在眉睫。 。 本论文主要研究四川省湖库污染防治问题，通过资料收集和现场调研，对 主要湖库水质进行评价分析，从而对大中型湖库的污染负荷进行分析和预测； 选取高锰酸盐指数、总氮、总磷、和五日生化需氧量为评价因子，对四川省主 要湖库水环境质量现状进行综合评价。在评价的1 3 个水库中，全年水质类别符 合地表水环境i i 类标准的有3 个，占2 3 1 ；符合i i i 类水质标准的共7 个，占 5 3 8 ；水质为类的占1 5 4 ；水质达劣v 类的为莲花洞水库，主要污染物为 五日生化需氧量、总磷和总氮。同时，对主要湖库进行的湖库富营养化状态评 价得出，四川省无重度富营养化的大型湖库；中度富营养化的湖库占6 1 5 ， 轻度富营养化湖库占3 8 5 。 四川省2 0 0 6 年废污水排放总量3 3 0 4 亿吨，根据污染源分析，污水排入湖 库量约6 6 亿吨。根据预测结果，四川省2 0 1 0 年排入湖库污染物总量4 8 8 亿吨， 2 0 1 5 年为3 6 6 亿吨，到2 0 2 0 年湖库点源污染物排放量将有所减少，入库污染 物为2 6 4 亿吨。因此，不论是污染物排放总量还是各特征污染物排放量，都将 有较大程度的比重下降。 最后，论文从水体污染防治、农业面源污染防治、内源污染防治以及库区 环境管理等方面入手，结合库区实际制定出科学合理、经济可行并具备技术先 进性的湖库污染防治规划。将确保湖库水体环境和生态环境的改善，为库区各 市县进行湖库污染治理提供技术支持，最终实现库区的可持续发展。 关键词：湖库：污染防治；预测；规划 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t n o w a d a y s ，a st h ed e v e l o p m e n to fe n v i r o n m e n tr e s o u r c e ，h u g ea m o u n to fw a s t e w a t e rw h i c hi n c l u d i n gn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sh a sb e e ne j e c t e di n t on e a r b yl a k e s ， r i v e r sa n dr e s e r v o i r s ，w h i c hi n c r e a s et h en u t r i t i o nl o a do ft h e s ew a t e r s t h ep o l l u t i o n o fw a t e rw i l ln o to n l ye n d a n g e rt h ew a t e rr e s o u r c ea n dt h eq u a l i t yo fd r i n k i n gw a t e r , b u ta l s ow i l lr e s u l ti nt h ei n s u f f i c i e n c yo fi n d u s t r i a la n da g r i c u l t u r a lw a t e r t h e r e f o r e ， t h ep r e v e n t i o na n dc u r eo fl a k ea n dr e s e r v o i r sp o l l u t i o ni sa nu r g e t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ep o l l u t i o np r e v e n t i o no fs i c h u a nl a k ea n dr e s e r v o i r t h r o u g hm a t e r i a lc o l l e c t i o na n ds i t es u r v e y , i te v a l u a t e st h ew a t e rq u a l i t yo fm a i n l a k ea n dr e s e r v o i r ss oa st oa n a l y z et h ep o l l u t i o nl o a do fm a i nl a k ea n dr e s e r v o i r s i t s e l e c t st h ep e r m a n g a n a t ei n d e x ，t o t a l n i t r o g e n ，t o t a lp h o s p h o r u sa n df i v e - d a y s o x y g e nd e m a n da st h ee v a l u a t i o nf a c t o r sa n dc o n d u c t sa ni n t e g r a t i v er e s e a r c ho n m a i nl a k ea n dr e s e r v o i r si ns i c h u a n i nt h et h i r t e e nl a k ea n dr e s e r v o i r s b e i n g i n v e s t i g a t e d ，t h r e eo ft h e ms a t i s f yt h es u r f a c ew a t e rs t a n d a r d l e v e l2 ，w h i c ha c c o u n t s f o r2 3 1 ；s e v e no ft h e ms a t i s f yt h es u r f a c ew a t e rs t a n d a r d - l e v e l3 ，w h i c ha c c o u n t s f o r5 3 8 ；15 4 o ft h e ms a t i s f yt h es u r f a c ew a t e rs t a n d a r d l e v e l4 ；t h ew a t e r q u a l i t yo fl i a n h u a d o n gl a k ea n dr e s e r v o i ri sl e v e l 一5a n dt h em a i np o l l u t i o n sa l et o t a l n i t r o g e n ，t o t a lp h o s p h o r u sa n df i v e d a y so x y g e nd e m a n d i na d d i t i o n ，i te v a l u a t e s t h en u t r i t i o no ft h e s el a k e s r e s u l ts h o w st h a tt h e r ei sn om a i nl a k eo fs e r v e r - d e g r e e n u t r i t i o ni ns i c h u a n ，m o d e r a t e d e g r e ep r e s e n t sa6 1 5 w h i l em i l d d e g r e ep r e s e n t sa 3 8 5 a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so fp o l l u t i o ns o u r c e s ，t h et o t a la m o u n to fw a s t ew a t e r d i s c h a r g eo fs i c h u a ni n2 0 0 6i s3 3 0 4 b i l l i o nt o na n do 6 6b i l l i o nt o nh a sb e e n e j e c t e di n t ol a k ea n dr e s e r v o i r s r e s u l t si n d i c a t e st h a tt h e r ew i l lb e0 4 8 8 b i l l i o n w a s t ew a t e rb e i n ge j e c t e di n t ol a k ea n dr e s e r v o i r si n2 0 10 0 3 6 6i n2 015a n d0 2 6 4 i n2 0 2 0 i td e c r e a s e si ne i t h e rt o t a la m o u n to fw a s t eo rt h ea m o u n to f r e s p e c t i v ek i n d o fw a s t e s 西南交通大学硕士研究生学位论文第l i i 页 f i n a l l y , i tp r o p o s e sar e a s o n a b l ea n de c o n o m i cw a s t ep r e v e n t i o np l a nb a s e do n t h es t a t eq u oo fl a k ea n dr e s e r v o i r sf r o mw a t e rp o l l u t i o np r e v e n t i o n ，a g r i c u l t u r a l p o l l u t i o np r e v e n t i o n ， i n t e r i o r p o l l u t i o np r e v e n t i o n ， r e s e r v o i re n v i r o n m e n t m a n a g e m e n ta n do t h e ra s p e c t s t h i sp l a na i m st oi m p r o v et h ew a t e re n v i r o n m e n ta n d e c o l o g i c a le n v i r o n m e n to fl a k ea n dr e s e r v o i r sa n dp r o v i d e st e c h n i c a ls u p p o r tf o r p o l l u t i o nt r e a t m e n ts o a st oi m p l e m e n tt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fl a k ea n d r e s e r v o i r s k e y w o r d ：l a k ea n dr e s e r v o i r ：p o l l u t i o np r e v e n t i o n ：p r e d i c t i o n ：p l a n n i n g 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 奄缲密口，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“、”) 善竺做作者签名嘭铮 日期： 卅o f 彬 指删撇：函。气们 日期：蛔d f 加 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： l 、论文根据资料搜集与现场调查结果，对四川省主要大中型湖库进行水 质综合评价。 2 、论文根据近年湖库污染入库量预测四川省湖库各污染物负荷，并做水 环境容量分析。 3 、论文从水体污染防治、农村面源污染防治、内源污染防治以及库区环 境管理措施等方面入手，结合库区实际制定出科学合理、经济可行并具备技 术先进性的湖库污染防治规划，将对四川省湖库与周边地区的可持续发展做 出一定的指导意义。 常纡 卅hi ，妒 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 问题的提出 第一章绪论 随着人类对环境资源开发利用活动日益增加，特别是进入本世纪以来，工 农业生产大规模地迅速发展，工业化带来了“城市化”现象，使得大量含有氮、 磷营养物质的生活污水排入附近的湖泊、水库和河流，增加了这些水体的营养 物质的负荷量【l 】：黄河三门峡水库泄水呈浓黑的酱油色，水面上还不时泛起白 色泡沫；小浪底水库目前污染严重，水面呈暗黑色，密密麻麻的藻类在水中浮 游，呈富营养状态；南水北调工程水源地湖北丹江口水库，水面上漂浮着一条 宽宽的垃圾带；四j i i 内江市放出的自来水里有杂物、异味，有时还有青苔和水 草；洞庭湖中的江豚近一段时间频频死亡，数量之大引起当地渔政部门的关注。 诸如此类的事件不时出现，遭受污染的湖库，其危害是相当严重的。 首先，湖库污染严重影响以其作为水源地的周边地区的供水，人民生活用 水无法保障，工农业用水也无法满足质量要求。官厅水库就是一个例子。官厅 水库分为东库和西库两部分，西库为永定河来水，东库为沩水河来水，流域面 积4 3 0 0 0b2 ，1 9 9 7 年以前，是北京工业、农业和生活用水的水源地，每年提 供水量3 亿m 2 - 4 亿r ，曾为北京的发展做出了贡献。但随着上游地区经济的发 展，用水量和排污量加大，水质逐年恶化。1 9 9 7 年以后，被迫退出作为北京生 活饮用水的水源地行列【2 j 。 其次，对于兼做综合养殖的湖库而言，其水质对鱼类的存活至关重要。近 年就有多桩因为湖库水污染，造成鱼苗大面积死亡的事例。石梁河水库是江苏 省最大的人工水库，位于连云港市北部的东海、赣榆两县境内，与山东省临沭 县接壤。这个水库是连云港市淡水养殖基地和周边居民生产生活用水主要来源。 从1 9 9 8 年起，库区农民投入大量资金发展网箱养殖，但1 9 9 9 年7 月至2 0 0 0 年6 月期间，他们在汛期内先后多次遭受上游污水集中下泄，导致了“灭顶之灾”， 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 3 0 3 0 只网箱中的在养鱼苗全部死亡，造成直接经济损失5 6 0 余万元1 2 】。 同时，湖库水面上的漂浮物不但影响水库正常运行，还不断恶化周围生态 环境。原来青山绿水、鱼游水底的美丽自然环境离人类越来越远。 由此可见，湖库污染的后果是相当严重的，不但危及人民的正常生活，对 整个社会的发展也是非常不利的。因此，对被污染的湖库进行治理迫在眉睫。 为此，本论文针对四川省主要湖库污染防治对策进行研究，制定四川省湖 库污染防治与对策研究，对我国尤其是四川省水利事业的发展具有积极的意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 l 、湖库开发现状 目前，世界上很多国家的水电比重仍然相当高，据统计目前全世界每年至 少1 6 的电力是由水电提供的【3 l 。在发电领域内，水电所发挥的可再生能源实际 作用，要比其它新型可再生能源的总和高出十几倍。 目前，挪威的水电年发电量已达1 1 8 0 亿千瓦时，全国电力供应9 9 8 来自 于水力发电，是世界上水电比重最高的国家f 4 1 。清洁的水电对挪威的经济可持续 发展和生态环境保护起到了很好的作用。从挪威的现状和历史可知，合理的、 尽可能的开发利用水电是最有效的生态环境保护方式。1 8 7 8 年法国建成世界第 一座水电站。8 0 年代末，世界上一些工业发达国家，如瑞士和法国的水能资源 已几近全部开发【1 11 。法国早就取消了煤炭开挖，主要依靠水电和核电支撑经济 发展；德国也宣布即将关闭所有的煤矿。所有这些生态保护措施，都离不开它 们对大型水电的充分开发利用。总之，不管是在挪威、在欧洲还是在北美，世 界上几乎所有国家的水电开发程度都和其生态环境成正比【7 1 。水电开发程度越 高、生态环境越好也逐渐成为一种普遍的事实。然而，随着科学技术的迅速发 展，人类的生产生活对自然环境带来的污染不断增加。水库库区生态环境及水 体水质受到的污染也越来越严重。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 因此，以水电为主要能源的国家也都采取积极有效的措施来保护库区生态 环境，防止人类生产生活对湖库水质的过度污染。经查阅大量相关资料，目前 大多数国家采取的防治措施主要有： ( 1 ) 建立水库生态与环境监测系统： ( 2 ) 加大政府支持力度，确保各项法律法规的顺利实施； ( 3 ) 开展湖库环境保护规划工作，加大公众宣传力度； ( 4 ) 加强库岸护理和水库周围绿化工程的开展； ( 5 ) 划定自然生态保护区，制定对剩余水能资源的控制开发政策； 由于以上各项措施的实施，有效控制了人类生产生活对库区生态环境的破 坏，在一定程度上促进了湖库作用的最大发挥。 2 、湖库富营养化现状 目前欧洲湖泊面临的最大问题是湖泊富营养化问题，在统计的9 6 个湖泊中 有8 0 的湖泊不同程度地受到氮、磷的污染，呈现出富营养化状态。在北美洲最 受人关注的五大湖泊中，苏必利湖水质最好，属贫营养湖泊，休伦湖和密执安 湖处于中营养状态，而伊利湖和安大略湖则水质相对较差，属富营养型湖。亚 洲湖泊水质南北差异较大，北部湖泊水质较好，而南部湖泊水质较差；亚洲湖 泊水质的主要特点是水中氮、磷含量偏高( 污染分担率多数占3 0 ) 。亚洲南部 大部分湖泊富营养化问题突出，适宜的自然条件和湖中营养盐容易引起水华。 此外，亚洲大部分城市湖泊接受生活污水较多，高锰酸盐指数( c o d m n ) 和生化 需氧量( b o d ) 均超标严重【8 】。 在湖库富营养化问题上，欧洲、北美以及日本等工业发达国家尽管在近一、 二十年内普遍采用了污水二级处理，但并没有能控制住湖泊的富营养化。因此 富营养化防治的研究成了当今水体污染控制的重要课题之一。 1 2 2 国内研究现状 我国拥有世界上最丰富的水能资源，可开发的水电总装机容量为3 7 8 亿k w 占世界总量的1 3 2 2 。但长期以来我国的水能资源没有被充分利用，因此，分 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 析当前水利水电建设与湖库生态保护面临的形势，研究水利水电建设项目和湖 库富营养化成为突出的水环境与水生态保护问题。 1 、湖库开发现状 如何合理开发水电，国家和地方均采取了积极有效的措施。例如：制定现 实合理的开发规划：开展水电开发环境影响评价；调查和研究水电开发现状及 存在的环境问题；电站、水库等的建设要严格遵守国家有关的林业、土地、自 然保护区等法律法规；认真落实和执行水土保持方案等。以上措施的提出也有 效地改善了伴随着水电开发所产生的一系列环境问题。 在开发水电、修建水库的同时，人类生产生活对库区生态环境及水体水质 也造成了一定程度的破坏。为了改善库区生态环境及水质现状，目前国内采取 的措施主要有：一、加大污染治理执法力度，强化监督管理。严禁工艺落后、 规模小、污染严重的乡镇企业上马，坚决关闭国家明令禁止的1 5 种小企业。努 力做到有法必依、依法办事，对其他类型的工业企业，污水必须经过处理，达 标排放，确保库区上游来水质量；二、实施生态清淤，治理内源污染；三、做 好环境质量监测工作；四、加强水库污水治理，建立严格的排放制度，污水不 经处理不得向水库排放；五、建设污水处理厂，统一处理废污水，确保附近乡 镇及企业的生产生活用水达标排放；六、加强库区水土流失治理以上措施 的不断实施，在一定程度上改善了水库的生态环境与水体水质现状【6 】。 但是，就目前国内采取的各项措施来看，仍存在一些缺点和不足。由于各 地区经济发展状况不同，措施的实施情况也各有差异。沿海地区实施的比较好， 而内陆地区仍存在一些不足之处。如：资金短缺、体制不健全、人才缺乏等。 因此，我们要结合国外的一些先进经验，进一步研究水库的生态环境保护和污 染防治对策，为我国水利事业的不断发展奠定坚实的基础。 2 、湖库富营养化现状 根据我国对3 7 个主要湖泊的调查资料【9 】，以及国内外评价湖泊富营养化的 经验制定的指标，3 7 个湖泊的富营养状况中( 评价结果见下表1 1 ，表1 2 ) ，具 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 有中营养和中富营养型的占5 5 8 ，富营养型占1 4 7 ，重富营养型的占8 8 。 其中，富营养型和重富营养型的湖泊在国民经济中的地位十分重要，这是由于 它们往往处于文化、经济中心城市，如杭州西湖、武汉东湖都是我国著名风景城 市内湖。特别值得重视的是，近十几年来，我国湖泊富营养化的趋势发展很快， 到本世纪末，大多数湖泊的富营养化都有加重。故对湖泊富营养化的防治已成 为当务之急。 表1 12 0 0 0 年初中国主要湖泊水质类别评价结果统计 类别 湖泊数量个 占调查数量的 百分比 湖泊面积k m 2 占调杏数量的 百分比 贫营养 0 o o o 中营养 1 8 2 6 9 7 0 1 3 1 3 7 6 富营养 4 9 7 3 1 1 1 6 3 2 5 5 6 2 4 3 、富营养化治理现状 1 、物理方法 ( 1 ) 污水分流。湖泊富营养化的一个重要原因就是外源污染。工、农业生 产的污水直接排放到湖泊是造成湖泊水体营养盐含量增加的主要原因。通过对 排放管道的改造，将污水的排放引至别处，是防治湖泊富营养化重要的、有效 的措施。 ( 2 ) 换水稀释。湖泊内营养盐含量过多，通过换水稀释可以直接将湖 泊水体内的营养盐浓度降低，同时可以排除掉大量的营养盐。 ( 3 ) 深层排水。湖泊底层营养物含量高，般而言，底层水的营养盐浓度 ：8 计7 孓 甜盯 m | 耋 啪 8 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 高于表层水，当水流转时，底层湖水进入上层，引起表层湖水营养物含量的增 加。 ( 4 ) 曝气混合。采用机械搅拌、压缩空气、水泵、喷射泵等方法进行曝 气和促进水的流动，可以防止底泥释放磷，改善氧气状况，加强矿化作用，降 低浮游植物光合作用等效果。 ( 5 ) 挖泥。富营养化湖泊中的底部沉积物常是一个营养库，在一定条件下 可不断释放磷，这称为内部负荷。当外部负荷减少后，内部负荷可补偿，使富 营养化现象继续存在。挖泥可以直接去除底泥中的营养盐含量，减轻内部负荷 对湖泊的影响。 ( 6 ) 机械收草藻。利用机械收割装置直接收获水草和藻戋可以直接改善湖 泊的表层生态环境，同时，水草和藻类本身就会吸收大量的营养盐，通过对它 们的收获也可以从湖泊中去除营养盐【9 1 。 2 、化学方法 ( 1 ) 深水曝气技术。营养盐类的大量注入，致使藻类及浮游生物异常繁殖， 水体溶解氧急速下降，在水与底泥的交界面甚至出现厌氧现象。在深水进行人 工曝气，可以在不改变水体分层的状态下提高溶解氧浓度；其次还可以降低氨 氮、铁、锰等离子性物质的浓度，可有效改善厌氧状况。 ( 2 ) 营养物钝化。利用铝盐与无机和颗粒磷产生沉淀，可以减少水体中磷 的含量，铁盐( 氯盐或铝盐) 、硫酸铝铁、泥土颗粒和石灰泥都有类似的功能，钙 盐也是相当有效的营养物钝化齐u t g ) t 1 1 】。 3 、生物方法 ( 1 ) 水生植物修复技术。利用适合相应湖体环境的水生植物及其共生的微 环境，来去除水体中的污染物质。水生植物在其生长期间可有效吸收与富集水 中和底质中的营养盐，起着“营养泵”和“营养库”的作用。合理构建并维持水生 植物的生物量，可转移出氮、磷等营养盐，各类漂浮植物、浮叶植物、挺水植 物和沉水植物等水生植被的恢复和重建可有效分配水体营养盐，避免单一优势 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 种的过度滋生，保持水体净化能力。 ( 2 ) 水生动物修复技术在湖泊水库生态系统中，水体中的藻类除受营养物 质的控制外，作为食物链中的一环，也受到浮游动物和鱼类的控制。因此，可 以通过调控食物链的环节来达到改善湖泊水库水质的目的。 ( 3 ) 生物膜技术。利用比表面积较大的天然材料或人工介质为载体，利用 其表面形成的粘液状生物膜，对污染水体进行净化。载体上富集的大量微生物 能有效拦截、吸附、降解污染物质【1 0 】【1 2 1 1 3 1 。 4 、富营养化治理方法存在的问题 对于湖泊富营养化，各个国家和地区采用不同的物理、化学、生物方法对 其进行预防、控制和修复，并且取得一定的成效。现在主要的物理处理方法有 底泥疏浚、引水冲洗等；化学方法有投加混凝剂和除藻剂掣1 4 】。这些物理、化 学方法对湖泊的治理有一定的作用，但是对污染严重的湖泊进行底泥疏浚，易 导致底层的沉积物发生悬浮和扩散，促进了沉积物中的氮、磷营养盐及其所吸 附的金属离子的释放，从而使水体环境面临受沉积物中释放的重金属离子及氮、 磷营养盐二次污染的风险：投加化学药剂，虽然在一定程度上可以使水体透明， 水质得到改善，但是长期使用可能会加速湖泊的老化，引发新的生态问题【1 5 1 。 相比较来说，物理和化学的处理方法成本高，并且对富营养化的治理不彻 底，只能在短期内效果明显，不适于长期使用。国内外对水体富营养化的研究 和实践证明，目前生物调控和生物修复方法因其成本低、处理彻底且无二次污 染而得到行业内的认可。 由此可见，湖泊的富营养化治理不是在短期内就可以取得成效的，相关治 理技术成果的运用不具有普效性，治理技术的开发还有待进一步深化；相关学 科交叉但综合效果不明显，现有学科的交叉仅是片面的学科综合f 1 6 】【1 7 】；因此应 加强湖泊治理的多学科融合，可以从不同的学科领域或不同学科的综合来治理 湖泊，注重社会因子在湖泊治理中的作用【1 8 】。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 1 3 研究意义及内容 1 3 1 研究意义 本文通过结合库区实际情况改善湖库水质，大力提高湖库周边城镇地区的 排水管网普及率和城镇污水处理率，加强工业污染源综合治理，控制入湖库污 染物总量；并对湖库流域重点地区进行工业和农业产业结构调整，控制湖库流 域地区面源污染；开展湖库及其流域地区生态保护和建设，确保湖库生态系统 安全与湖库水体的使用功能。最终促进湖库及其库区生态环境质量的改善，为 各级政府部门进行水库生态环境保护与污染防治决策提供技术支持和科学依 据，以实现库区的可持续发展。 为使库区水质满足规划水质目标的要求，论文对库区实施污染物排放总量 控制。并从环境容量的角度分析四川省湖库现状，分析各污染源，分别提出相 应的水域水质规划措施。 1 3 2 研究内容 本文对四川省主要湖库水体水质进行调查与分析，研究污染防治对策，结 合社会经济发展趋势和其他相关配套规划，从水质污染分析预测、农村面源污 染、陆地生态恢复以及库区水环境管理等方面入手，结合库区实际情况制定出 科学合理、经济可行并具备技术先进性的湖库污染防治规划。 主要内容如下： 调查四川省境内各天然湖泊的基本水文资料、主要水库水质调查，包括调 查水库各项水质指标；调查分析湖、库的点源排放情况、面源排放情况及内源 排放情况。 l 、通过收集资料，调查四川省主要湖库水质情况并进行综合评价； 2 、根据现场调研及收集到的数据，分析主要湖库污染物排放总量及入库污 染物进行科学预测： 3 、对湖库污染负荷进行分析，通过水环境容量的计算提出湖库污染防治规 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 划； 4 、根据以上分析提出适合四川省湖库污染现状的防治对策。 1 4 技术路线 本论文技术路线如图1 - l 所示。 问题的提出 1 l 四川省湖库现状调查 图l 论文技术路线 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 第二章四川省主要湖库现状调查 2 1 湖库水资源系统 四川省目前已有大中型水库1 0 9 座，其中大型1 0 座，中型9 9 座，总库容 1 4 8 9 亿立方米，设计灌溉面积1 2 4 5 1 4 万亩，有效灌溉面积1 0 1 1 2 万亩。大中 型水库总防洪库容1 2 3 4 亿立方米，保护县级以上城镇2 0 个，人口8 0 9 7 9 万人， 耕地5 4 4 4 5 万亩。 水库蓄水动态： 对全省大中型水库统计，2 0 0 6 年年末蓄水总量为1 18 6 0 亿立方米，比年初 蓄水总量减少6 3 8 亿立方米。其中，大型水库年末蓄水总量1 0 3 5 9 亿立方米， 比年初蓄水总量减少1 4 9 亿立方米；中型水库年末蓄水总量1 5 0 1 亿立方米， 比年初蓄水总量减少4 8 9 亿立方米。四川省有小型水库6 5 6 8 座，总库容3 7 5 9 1 5 万立方米【19 1 。 四川省大中型水库基本情况见表2 1 。 表2 1 四川省大型水库基本情况统计表 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 2 2 湖库水质综合评价 2 2 1 水环境质量评价 ( 1 ) 水质评价参数的选取 湖库水质有效监测指标共有1 2 个，采用评价因素贡献率的方法确定水环境 质量评价因子。考虑各种污染因素对水质的影响，根据其在水质中的作用大小 分别给予不同的权重，由权重的大小可以确定主要污染指标( 大于8 ) ，其计算 公式2 0 1 参见式2 1 ，式2 2 。 彬= 旦 ( 2 1 ) 为 式中： q 一第z 种评价因素的实测值； s ，一第i 种评价因素的基准标准值； 对形做归一化处理： e 2 矗 协2 ， 式中： e 一第f 种评价因素的权重。 本评价只考虑高锰酸盐指数、总氮、总磷、和五日生化需氧量几个污染因子。 ( 2 ) 水质评价资料 根据2 0 0 6 年 四j 1 1 省水资源公报的数据，至2 0 0 6 年底，已有1 0 3 座大中型 水库和湖泊开展了水质监测，选取有代表性的、全年监测频次6 次以上的1 3 座 水库进行评价。 ( 3 ) 水质综合评价结果 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 根据2 0 0 6 年四川省水资源公报数据，四川省主要水库水质状况见表2 2 ， 表2 3 ，表2 4 。 表2 22 0 0 6 年岷、沱江流域主要水库水质状况 年平均蓄水 水库名称量( 亿m 3 ) 沉抗水库 升钟水库 ( 铁鞭) 升钟水库 ( 大坝) 磨尔滩水 库 全民水库 0 8 4 3 9 2 2 9 5 3 4 4 2 0 0 9 3 9 0 4 2 9 1 全年汛期 纛磊酱窦雾 奏香 标项目类别 譬。答 4 - 9 月营养化 评价 评分营养化 值程度 4 0 中营养 4 7 7 中营养 馁 总氮v 总磷 5 4 4 i i5 3 6 高锰 酸盐 指数 轻度富 营养 轻度富 营养 要标目期主超项 j 质别i ：一 栅麴m板剡m m m 塑查奎塑查兰塑主堕窭兰兰堡堡茎兰! i 墨 表2 - 42 0 6 年金涉江流域主要水库水质状况 2 22 湖库水质评价分析 由表2 - 2 可以看出，在评价的1 3 个水库中，全年水质类别符合地表水环境 i i 类标准的3 个，分别是葫芦口水库、沉抗水库、二滩水库，占2 3 1 ：符合 i i i 类水质标准的有老鹰水库、双溪水库、升钟水库( 铁鞭) 、磨尔滩水库、全民 水库、红旗水库、大桥水库共7 个，占5 38 ；水质达类的2 个，占1 54 ， 为辗子滩水库和升钟水库( 大坝) ，辗子潍水库超标项目为高锰酸盐指数，升钟 水库( 大坝) 超标项目为总磷；水质达劣v 类的1 个，占77 ，为莲花洞水库， 主要污染物为五日生化需氧量、总磷和总氮。 四川省主要水库水环境标准比重示意图见图2 - 1 。 类，1 类，5 4 图2 - i 四川省主要水库水环境标准比重 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 2 0 0 6 年监测的湖泊主要有邱海、马湖和泸沽湖。总评价面积6 0 8 8 平方公 里。全年水质分类面积达到地表水环境质量各类标准情况为： i 类标准的水域面积为1 1 7 平方公里，占评价面积的1 9 ； i i 类标准的水域面积为1 9 6 平方公里，占评价面积的3 2 2 ； i 类标准的水域面积为3 7 1 6 平方公里，占评价面积的6 1 0 ； 类标准的水域面积为2 9 8 平方公里，占评价面积的4 9 。 其中，邛海评价面积为2 6 8 8 平方公里，全年水质分类面积达到地表水环境 质量各类标准情况为： i i 类标准的水域面积为3 7 4 平方公里，占评价面积的1 3 9 ； i i i 类标准的水域面积为2 0 1 6 平方公里，占评价面积的7 5 0 ； 类标准的水域面积为2 9 8 平方公里，占评价面积的1 1 1 ，中营养化程 度： 马湖评价面积为7 0 平方公里，全年水质分类面积达到地表水环境质量各类 标准情况为： i 类标准的水域面积为1 1 7 平方公里，占评价面积的1 6 7 ； i i 类标准的水域面积为2 3 3 平方公里，占评价面积的3 3 3 ； i i i 类标准的水域面积为3 5 平方公里，占评价面积的5 0 ； 泸沽湖的评价面积为2 7 平方公里，其中i i 类、i i i 类标准的水域面积各为 1 3 5k m2 各占评价面积的5 0 。根据四川省大中型水库和主要湖泊的调查结 果，可以综合分析四川省主要湖库现状。 2 3 四川省湖库富营养化现状 2 3 1 湖库的富营养化 湖库作为一种特殊的水体，由于内源污染的产生，其营养化问题更为突出。 湖库富营养化的原因与流域上的人类活动有很大的关系：一方面，工业、农业 和城市生活污水正源源不断地向湖库水体中排放，另一方面人类通过湖泊围垦、 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 湖岸忖砌、水产养殖等破坏水体自然生态环境系统，减少营养盐输出途径u 引。 按照经合组织( o e c d ) 和其他国际组织的定义，富营养化是指水体由于营养 盐富集，形成一系列特征变化包括藻类和高等水生植物持续增加并影响生物多 样性，水质和水的用途【1 4 】。由于藻类在与水生植物竞争营养盐上有优势，当湖 泊水体营养盐过多后，藻类滋生、根生或者浮游生物大量生长，造成对湖泊水 体正常功能的危害。例如导致饮用水臭味和水色的变化；大量浮游植物或者浅 水根生植物的生长繁殖，可能导致湖泊沼泽化，容积大幅度减少；植物的分解 消耗大量溶解氧，释放大量溶解性有机物，导致水质急剧恶化。藻类在代谢死 亡过程中能够释放各种藻毒素，具有比较强的毒理作用，危及整个湖泊生态系 统。通常，湖泊、海湾富营养化的限制性物质是氮和磷，所以用氮和磷作为富 营养化的指标是有效的。 富营养化早期，影响藻类生长和爆发的主要因素是元素磷的供应。但欧美 很多国家的实践证明，即使成功地控制了人类活动带来的磷负荷增加，湖泊并 没有恢复到原来的生态群落。和深水湖泊相比，自然条件比如底泥沉积物和上 层水体的物质交换，使得浅水湖泊的富营养化控制较为困难。 富营养化的直接危害主要是大规模的藻类爆发和溶解氧下降，前者对供水 带来威胁，包括制水成本的增加和潜在的藻类毒素对人群健康影响；后者则会 造成水体自净能力下降，鱼类死亡等。长期影响则是对生态系统的破坏，湖泊 沼泽化，湖泊失去其开发利用价值【1 5 】。 2 3 2 湖库富营养化状态评价方法 根据国内外有关富营养化评价的方法，结合四川省主要湖库实际情况，以 分级评分法为基础，进行水库富营养化的评价和分析。确定最终的评价指标为： 透明度( s d ) 、高锰酸钾指数( c o d m n ) 、总氮( t n ) 、总磷( t p ) 、叶绿素a ( c h i a ) 5 个影响因子。 具体评价方法参见中国环境监测总站湖泊( 水库) 富营养化评价方法及 分级技术规定( 2 0 0 1 年1 2 月) 中的水体综合营养状态指数法【2 1 1 。评价标准把 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 水质富营养化程度分成贫营养、中营养、轻度重营养、中度富营养和重度富营 养5 级，其对应的定性评价分别是优、良好、轻度污染、中度污染和重度污染。 2 3 3 湖库富营养化状态评价结果 由表2 2 可以看出，在评价的1 3 个水库中，莲花洞水库、双溪水库、葫芦 口水库、沉抗水库、升钟水库、红旗水库、大桥水库、二滩水库，属于中度富 营养化；其他5 个水库为轻度富营养化，无重度富营养化的大型湖库。 2 4 ，j 、结 本章主要对四川省主要湖库水资源现状以及水环境质量现状进行综合评 价，评价因子为高锰酸盐指数、总氮、总磷、和五日生化需氧量。在评价的1 3 个水库中，全年水质类别符合地表水环境i i 类标准的3 个，符合i i i 类水质标准 的共7 个，水质类的为辗子滩水库和升钟水库( 大坝) ，辗子滩水库超标项目 为高锰酸盐指数，升钟水库( 大坝) 超标项目为总磷；水质达劣v 类的为莲花 洞水库，主要污染物为五日生化需氧量、总磷和总氮。 同时，对主要湖库进行的湖库富营养化状态评价得出，无重度富营养化的 大型湖库；中度富营养化的水库占6 1 5 ，轻度富营养化水库占3 8 5 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 第三章主要湖库污染预测及分析 3 1 污染源分析 污染源调查主要有两种方法：对受纳水体的水质、水量分析，计算汇水 区污染物输出量；对污染物的产生、迁移过程的直接调查，计算污染物的产 生量和输出量【2 3 】。前者为目前国内外较多采用的方法，它只需对区域水质水量 进行同步观测，就可得到量化模型。后者是对污染物产生和输出的全过程剖析， 并对污染物分类定量，以利于针对各类污染物采取控制措施。本研究采用后一 种方法对进入升钟水库的面源污染物进行估算，首先计算出各种污染源污染物 产生量和排放量，然后才能计算出入库的净污染物量。 根据统计资料和现场调查，对四川省主要湖库水体水质产生影响的主要因 素分为点源污染和面源污染两方面。点源污染主要是工业污水排放和城镇污水 排放。面源污染主要包括农村生活污染、畜禽养殖、化肥、水土流失和水面降 水等污染排放。此外，湖库养鱼产生的内源污染也会导致水体水质变坏。下面 是对主要湖库污染物排放总量和入库量进行分析。 3 2 各污染源污染物排放分析 根据污染负荷分析，得到湖库各途径、各污染物污染负荷情况，分别计算 点源污染物及面源污染物的排放总量。 3 2 1 点源污染物排放 点源污染源排放主要考虑工业污水的排放，工业污水是造成湖库污染的主 要原因之一。随着改革开放的深入，许多工矿企业像雨后春笋般出现；有些造 纸厂、化肥厂等却只重生产不重环保，不经过任何处理就把含有许多有害化学 成分的生产尾水直接排入湖库中。更有甚者，在一些贫困山区，全民皆兵，群 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 采群挖，盲目开采煤矿、铁矿、金矿等各种资源，使得含氰化物等重金属的“毒 水，渗入水库，严重危害人体健康，破坏水库水质【2 4 】。 跟据四川省水利厅资料，2 0 0 6 年全省废污水排放总量3 3 0 4 亿吨( 不包括 火电直流冷却水) ，其中工业废水、生活污水等点源污染排放量约1 3 4 4 亿吨， 占4 0 7 。入河废污水量2 6 4 3 亿吨，因此污水排入湖库量约6 6 亿吨。 3 2 2 面源污染物排放 根据统计资料和现场调查，对湖库水体水质产生影响的还包括：农村生活 污染、畜禽养殖、农田化肥、水土流失和水面降水等。湖库区周围农田所施化 肥和农药的残留物将随地表径流汇入湖中；周边畜禽养殖场产生的含有粪便的 废水一样会对湖库水体构成污染。四川省农村人口有6 7 3 9 1 万人，2 0 0 6 年农村 面源污染排放量1 9 6 亿吨，占5 9 3 1 1 9 1 。 3 2 3 内源污染排放 内源产生的污染物不经过输送转移等中间过程直接进入湖库水体。湖库内 污染源( 内源) 主要包括湖内船舶、湖内养殖、污染底泥等。此外，内源包括 因水体富营养化而造成的蓝藻爆发、水生生物疯长形成的间接污染。湖库内船 舶污染主要是由旅游、航运所用船舶产生的，其污染物主要有生活污水、生活 垃圾及油污染物【2 4 1 。 其中，湖库中大面积的围网养殖、肥水养鱼是另一个重要污染源。据初步 估算，养0 5 k g 网箱鱼至少要投1 2 5 k g 饲料，其中只有大约一半能被鱼吃掉， 其余的先沉在水底，然后逐步被水溶解污染水质【2 4 1 。研究也证明，湖库中适量 养殖，即养鱼面积在总库区水面面积1 以下，是不会对水库造成污染的。然而， 许多养殖户单方面追求个人利益，不但高密度网养鱼苗，远超出了湖库的容纳 能力；而且为了降低成本、提高产量，在水库中投放饲料的同时还投放许多肥 料，包括磷肥、氮肥等，还有猪粪、鸡粪、鸭粪等粪便，以及酒糟、生物添加 剂等。加上鱼类本身的新陈代谢也会影响水质，养1 t 鱼产生的粪便，相当于2 0 头肥猪产生的粪便【2 5 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 3 3 入库污染负荷预测 污染物的入库量与湖、库区域降水量、土地利用方式、地形地貌、土壤植 被及农业活动有着密切关裂2 6 1 ，下面将对污染排放总量和入库量进行分析。 污染负荷预测是在水环境现状调查、分析与评价的基础上，结合社会经济 的发展趋势，通过综合分析和一定的数学模拟手段，对污染物的排放量进行预 测，并最终识别人类活动对环境状况产生的影响。对于污染负荷的预测，目前 应用较广泛的方法主要有三种：回归分析法、弹性系数法和投入产出法【2 7 1 。 回归分析法预测污染源，其适用条件主要是污染物的排放量随时间变化呈 线性关系，适用于经济发展较稳定的地区。由于升钟水库库区未来的经济发展 具有较大的不确定性，故在此采用回归分析法不太合适。本规划采用弹性系数 法预测升