（环境工程专业论文）米山水库污染综合防治技术研究.pdf

山东大学硕十学位论文 摘要 国内外大量研究表明，随着对点源污染的有效控制，面源污染成为水环境质 量改善的主要限制性因子，分析面源污染规律以及相应的控制技术对于确定水环 境容量、实现总量控制，制定水库污染负荷削减分摊方案，预测不同面源污染防 治技术的效益等都具有十分重要的意义 本论文以山东省威海市米山水库为例，从流域附近的环境特征、社会特征及 流域面源污染的现状调查为依据，运用目前国际上较为完善和应用较为广泛的降 雨径流面源污染模拟模型a g n _ p s 农业流域非点源污染模型模拟了该流域因非 面源污染产生的氮、磷等污染物的污染负荷，验证了该模型在米山水库流域应用 的可行性，并得到了2 0 0 5 年米山水库流域非点源氮、磷污染的负荷总量，和氮、 磷污染物负荷的空间分布状况。 同时本论文根据五年的监测数据，利用国际经济协作与开发组织( o e c d ) 模 型计算米山水库内的水环境容量，研究表明目前米山水库入库的污染物均超过按 类水质标准得出的环境容量，总氮超过按类水质标准得出的环境容量，并估 算出若将米山水库水质控制在二级标准范围内，总氮、总磷及化学需氧量的削减 量。 根据各个方面的研究，本论文提出了多项防治水库污染而采取的措旆。通过 此次研究，基本掌握米山水库流域面源污染现状及其规律，为政府的面源污染防 治规划及宏观决策提供技术依据。这对米山水库的水质改善，水库内污染物的削 减有重要的作用，也对进一步研究米山水库的面源污染、水体富营养化问题及类 似水体的污染控制有重要的指导意义 关键词：米山水库；面源污染；a g n p s 模型；水环境容量；防治措施 山东大学硕七学位论文 a b s t r a c t m a n yr e s e a r c h e sd e m o n s t r a t et h a tn o n - p o i n tp o l l u t i o nh a sb e c o m et h ep r i m a r y r e s t r i c t i v ef a c t o r si nt h ei m p r o v e m e n to fw a t e re n v i r o n m e n tb e c a u s eo ft h ee f f e c t i v e c o n t r o lt op o i n tp o l l u t i o n i ti sv e r yi m p o r t a n tt oa n a l y z en o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nr u l e a n dp o l l u t i o nc o n t r o lt e c h n o l o g yf o ra s c e r t a i n i n gt h ew a t e re n v i r o n m e n tc a p a c i t y , a c h i e v i n gt h et o t a la m o u n tc o n t r o l ，e s t a b l i s h i n gt h ep r o j e c t st oc o n t r o lr e s e r v o i r p o l l u t i o nl o a d s ，a n t i c i p a t i n gt h ee f f e c to f n o n - p o i n tc o n t r o lt e c h n o l o g y ac a s es t u d yo fm i s h a nr e s e r v o i rw a ss t u d i e di nt h i s a r t i c l e i ti n t r o d u c e dt h e a g n p sm o d e lw h i c hw a st h em o d e lo fn o n p o i n ts o u r e e p o l l u t i o ns i m u l a t i o ni n c o m m o nu 辩a n dt h en o n - p o i n tp o l l u t i o nl o a do fm i s h a nr e s e r v o i rt h a ti n c l u d e dt n t pw a ss i m u l a t e du s i n gt h ea g n p sm o d e l t h er e s u l ti n d i c a t e di tc a l lw i d e l yb e e n u s e df o ra n a l y s e so ft h em i s h a nr e s e r v o i r i ta l s og a i n e dt h en o n p o i n tp o l l u t i o nl o a do f t n & t pi nm i s h a nr e s e r v o i ra n ds p a t i a ld i s t r i b u t i o no f l o a do f t n t p m e a n w h i l et h i sp a p e ru s e do e c dm o d e lt oc a l c u l a t et h ew a t e re n v i r o n m e n t c a p a c i t yo f t h em i s h u nr e s e r v o i t , t h er e s u l ti n d i c a t e da l le n v k o n m e n t a lp o l l u t a n t sh a v e o v e r s t e p p e dt h et l l i r ds t a n d a r d i nh a so v e r s t e p p e dt h es e c o n ds t a n d a r d a n dr e d u c e d v o l u m eo fc o d t na n dt pw a se s t i m a t e di f t h ew a t e rq u a l i t yw o u l db ec o n t r o l l e d i nt h es e e o n ds t a n d a r d a c c o r d i n gt h e s ep r o d u c t i o n s ，m a n ym e a s u l $ t ot r e 组tt h ep o l l u t i o nw c r eb r o u g h t f o r w a r d t h i sp a p e rc a ng i v et h ed i s c i p l i n a r i a no fn o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o no fm i s h a n r e s e r v o i ra n dr e f e r e n c ef o rg o v e r n m e n tt ot r e a tt h ep o l l u t i o n i ti si m p o r t a n tt oi m p r o v e t h ew a t e rq u a l i t y , a n di ti sb e n e f i c i a lt ot h es t u d y i n go fn o n p o i n tp o l l u t i o no fm i s h a n r e s e r v o i r , o v e r - n u t r i t i o na n do t h e ra l l a l o 西c a le n v i r o n m e n tp r o b l e m k e y w o r d ：m i s h a nr e s e r v o i r ；n o n p o i n ts o u r c 七p o l l u t i o n ；a g n p sm o d e l ；w a t e r e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y ；m e a s u r e so f p r e v e n t i o na n dc o n t r o l ； n 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取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科研成果对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在本文中以明确方式标明本声 明的法律责任由本人承担 论文作者签名缀日 期t 皇必- ，口 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留，使用学位论文的规定，同意学 校保留或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；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他手段保存 论文和汇编本学位论文 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：缓亟：红导师签名日期：坦芝：! ! 山东大学硕+ 学位论文 1 1 课题来源及意义 第一章绪论 1 1 1 课题来源 国内外大量的研究与生产实践表明，随着对点源污染的有效控制，面源污染 成为水环境质量改善的主要限制性因子【1 1 。2 0 世纪7 0 年代以后，随着对环境问 题认识的日益深入和环境保护运动的开展，点源污染控制、治理以及相关的环保 设备都有了很大的发展。发达国家采取严格的法律措施在很大程度上限制和减轻 了点源污染对水资源和水环境的危害。面源污染成为江河湖库水环境污染的主要 原因。一般而言，面源污染主要来自农业土地利用中过量化肥使用、不合理的森 林采伐、矿山开采、各种开发建设活动以及城市。其中农业面源污染最为广泛。 一方面，农田中施用大量的化肥、农药等，另一方面，农田特别是具有一定坡度 的农田在遇暴雨的情况下，由于地表覆盖较少，很容易产生超渗地表径流，形成 较为严重的水土流失，大量的泥沙和残留化肥农药以及其他有机污染物随径流进 入水体，对水环境造成破坏。据调查，美国江河湖库中的b o d 5 有7 3 来白面源， 9 2 的泥沙和9 3 的细菌也来自面源。美国环境保护局的统计资料表明：地表水 中泥沙的4 6 ，总磷的4 7 ，总氮的5 2 都来自农业径流的面源污染。 我国从8 0 年代初从面源的污染危害，污染影响因素、污染物迁移模型化和 污染防治措施等方面进行了系统的研究，并取得了很多研究成果。但是由于我国 人口众多，生产力发展水平较低，土地过度利用，造成了严重的水土流失和面源 污染，面源污染造成了湖泊水库富营养化问题十分严重。太湖的富营养化就是一 个典型的例子太湖的水质目前正处于由中富营养向富营养水平过渡状态，接纳 了大量含有农业面源污染物氮的水进入湖内。在人口密度较小、经济欠发达地区， 湖泊的富营养化除了化肥氮的污染外，还有水土流失。这两种农业面源污染加重 了这些地区湖泊的富营养化程度。我国水库的富营养化程度小于湖泊，但也有加 快的趋势。化肥、农药和水土流失是水库富营养化加快的主要农业面源污染物。 福建省5 座水库的水质分析结果表明，各水库的富营养化趋势明显，其中上游无 山东大学硕士学位论文 工业区的水库的主要污染源来自农业生产。北京市的主要饮用水源地密云水库， 属中营养型水体，目前正向富营养化发展，农业面源污染是该水库富营养化加快 的主要原因之一。 农业面源污染是由于化肥、农药、畜禽粪便，以及水土流失经降雨径流、淋 溶和农田灌溉回归水进入水体而造成的 2 1 。影响农业面源污染的自然因素很多， 这些因素可分为确定因素和不确定因素。确定因素是可以控制的，而不确定因素 如降雨时间和降雨量则可以予以充分考虑，最大限度地去把握它，从而达到控制 农业面源污染的目的。 由于面源污染对湖泊水库富营养化贡献较大，研究面源污染规律以及相应的 控制技术对于确定水环境容量、实现总量控制，制定水库污染负荷削减分摊方案， 预测不同面源污染防治技术的效益等都具有十分重要的意义。 1 1 2 课题意义 威海市属严重缺水地区，全市无客水可引，人均淡水资源占有量为6 8 0 立方 米，仅占全国的四分之一。区域内河流生态径流量不足，城市污水处理厂及配套 污水管网建设滞后以及农业生产、农村生活造成的面源污染对河流及近岸海域水 质造成一定污染。威海市环境保护“十一五”规划中指出，加强对全市小流 域综合治理，实施污染防治、污水资源化、流域生态恢复与保护并举的小流域综 合治理策略，实现水环境污染治理由重点污染源治理为主向流域综合防治为主的 战略性转变。优先保护饮用水源地水质，将饮用水源地的保护工作作为全市水环 境保护的重中之重，严格划定饮用水源地保护区，严格控制水源地水质。在饮用 水源地上游流域严格限制污染项目建设，支持发展生态农业，加强农村畜禽养殖 业污水治理力度，降低农业面源污染，切实抓好饮用水源地环境监管能力建设， 确保人民群众饮用水安全。 米山水库是威海市境内的最大水库，该水库于1 9 6 0 年建成并投入运行，控 制流域面积4 4 0 平方公里，水库总库容为2 8 亿立方米，兴利库容为1 0 7 亿立 方米，水库主要功能一是作为威海市最大的饮用水源地，担负着威海市区及文登 市区工业及生活用水，总供水能力为l o 万t 日，年供水近3 0 0 0 万t ：二是向灌 区输水，设计灌溉面积2 1 万亩，有效灌溉面积1 8 万亩，平均每年向灌区输水近 山东大学硕十学位论文 3 5 0 0 万t ；三是汛期放水用于发电，总装机容量8 5 0 千瓦，多年平均发电5 4 万 度。保护好米山水库水源对于促进威海市经济社会可持续的发展具有重要的现实 意义【3 l 。 本课题在对水库自然环境和社会经济状况调查研究的基础上，通过对流域内 各类点源污染废水排放和各种土地利用类型面源污染的实验监测，计算了米山水 库库内污染物负荷量动态平衡，通过建立水库水环境容量模型，研究得出米山水 库主要污染因子化学需氧量、总磷、总氮等的环境容量，提出进一步防治污染， 降低污染物的对策措施。 1 2 国内外水环境研究 1 3 1 国外水环境研究 前苏联学者w i v e m a d c l ( y 早在1 9 世纪3 0 年代就开始对地球河湖的水化学成 分进行研究 4 1 ( 文献是对美国的情况进行了研究) 。而真正的河流水质监测工作 始于1 9 世纪末，当时欧洲少数河流已严重污染。最初只监测溶解氧、p h 、大肠 杆菌等几项，后来随着工业发展和河流水质污染的日益加重，水质监测项目开始 增加目前，欧洲共同体和美国环保局所规定的水质监测项目已超过1 0 0 项。自 5 0 年代起，国际水文学会在全球范围内开展水质研究计划。7 0 年代，各国学者对 全球代表性的河流进行水质研究。7 0 年代末，国家的和国际性的河流水质监测计 划逐步大规模的展开，如美国的全国水质研究计划与莱茵河等跨国河流的区域性 国际合作研究计划。1 9 7 9 年全球的淡水水质监测计划，在5 9 个国家的河流上设置 3 2 5 5 个监测点( 我国布设了4 个点) ，对河湖和地下水的水质进行监测评价。目 前工业发达国家河流水质监测较完善，但仍存在着不少问题，最突出的是采样额 度低，多数国家为按月采集。 全球水污染类型也在发生演化。1 9 世纪末为河流的粪便污染与有机物污染； 2 0 世纪出现重金属污染，4 0 - 5 0 年代出现硝酸盐污染、富营养化污染及放射性污 染，6 0 年代合成有毒有机化合物的污染逐步严重；在北美、中欧、北欧的酸性结 晶岩地区和非碳酸盐岩石地区，水质硬化问题比较严重i ”。 山东人学硕十学位论文 1 2 2 我国水环境研究 i ) 水环境现状 中国当前的总体水污染状况是相当严重的，尽管城市工业水污染的发展势头 得到了一定的控制，但以生活污水和农村化学品流失为主要内容的面源污染又呈 现上升的趋势，中国水污染主要存在以下特征【6 l ： ( 1 ) 城市水污染状况无根本性改善 随着国内工业结构调整的逐步优化，部分大中型国有企业，特别是传统污染 企业的破产、转产和开工不足，以及政府管理部门相对加强了对工业污染的控制， 工业废水的排放量和污染负荷呈现逐年下降的趋势：相对于城市工业废水污染压 力的日趋缓和，城市生活污水的排放数量和负荷随着人口的增加，生活质量的提 高，正以较快的速度上升，形式变化很快。目前，已和工业废水污染平分秋色， 在有些大型和特大型城市，生活污水已经上升为主要矛盾：尽管近几年中国污水 的排放总量基本维持不变或略有下降，但由于城市生活污水的收集和处理设施没 有得到多大程度的改善，生活污水的实际处理率和水平极低，生活污水的无序捧 放和污染分担率上升较快，从而导致城市水污染的现状持续发展，城市段的河流、 湖泊的污染程度仍在恶化。 ( 2 ) 面源污染异军突起 中国目前在农药、化肥以及其他农资产品的制造量和使用量都居世界前列， 但中国农药、化肥的品种、质量和施用方式却依然相当落后，其中约6 0 左右是 以污染物的形式流失于土壤和水环境中，构成了以氮、磷为主要特征的面源水质 污染。另外，生活中以表面活性剂为主要成分的洗涤用品的迅速普及以及养殖废 物的急剧增加和管理失控也使得面源污染的范围和程度日趋升级。当前，面源污 染已经对内陆湖泊、河流以及近海的水质构成严重威胁，其中，以富营养化为主 要特征的内湖和海域污染已经达到了相当严重的地步。巢湖、滇池、太湖、大明 湖等已经失去或大部分失去应有的使用功能，有时几乎达到公害的水平。面源污 染相对于点源污染在管理上更具有难以控制和治理的特点，具体到中国现有的土 地所有形式和使用方式，农药、化肥的制造水平和使用管理监督措旌，以及洗涤 用品中绿色技术的普及推广难度和国内养殖业的发展现状，可以说，中国的面源 污染程度近期内可能会继续恶化，成为区域性水质污染的主要贡献者。 4 山东大学硕士学位论文 ( 3 ) 饮用水源破坏严重，社会问题浮出水面 据国家卫生部门调查统计，国内居民饮用水的安全和卫生状况令人悲观，能 够饮用合乎卫生标准饮水的人口不足总人口的一半。日益严重的水污染使得城市 饮用水源频频告急，大型城市的水源地尽管耗费巨资一再搬迁，但依然无法跟上 水污染的扩展速度，传统的自来水处理流程已经明显无法保证对现有水源的处理 效果，而且传统的处理消毒方式会导致水中产生大量极具潜在危害的致癌、致畸、 致突变物质，而目前中国限于财力，尚缺乏对水中三致物质的监测和控制，水质 检测指标远远落后于国际水平。至于那些近几年频繁发生的由于水污染导致的城 市区域供水急剧恶化或断水事故，更是给地方的经济和居民健康构成重大危害。 有些地区已经查明，恶性病变的发病率和疾病发病率在急剧上升，而饮用水的品 质低下是致病的主要原因之一。当前城市中各种深加工水制品市场的迅速膨胀就 足以说明公众对饮用水的安全性存在极大忧虑。如果说城市饮用水的安全卫生尚 有一定保证的话。那么农村的饮用水现状就更加难以令人满意，由于中国农村依 然没有建立最根本的饮用水处理和保障设旌，加之乡镇工业和生活污水的肆意排 放，农村饮用水污染的现状和前景尤其令人担忧 2 ) 水环境研究历程 我国的水质监测工作始于2 0 世纪5 0 年代末6 0 年代初。自1 9 5 6 年起，水利部相 继在全国5 0 0 多条大、中河流上建立3 9 0 0 多个水化学监测站，对河水的主要物理 性质、主要气体、主要离子和营养元素组分等进行了监测( 7 0 年代又增加了常见 污染物的监测) 。1 9 7 9 年环保部门在全国六大水系上设立了3 0 0 多个监测断面，对 反映水质污染变化趋势的1 7 个水质指标进行了监测。与国外相比，我国的河湖水 质研究起步较晚不同学者对河流研究的侧重点也不同。总体来说，7 0 年代以前， 研究较多的是河流的天然水质，7 0 年代以后，人们关心研究更多的是河流的水质 污染状况。8 0 年代初期，我国的研究学者开始关注人类活动通过点源、面源途径 对水环境的影响。近几年来，虽然人们对河流水质进行了大量研究，但真正系统 的水质变化研究工作还未开展起来。 1 3 本课题研究的内容 1 ) 通过对常用面源污染模拟模型的对比筛选，确定本次研究课题所采用的 预测模型为a g n p s 农业流域面源污染模型。 山东大学硕十学位论文 2 ) 将该计算机模型运用到本次研究当中，与水库中主要污染物2 0 0 5 年实测 值进行比较，以便对水库面源污染物的主要来源进行识别，从而为制订流域面源 污染防治提供重要依据。 3 ) 在现场勘察、现有资料收集和监测数据整理的基础上，结合水质调查情 况探询研究对象一米山水库中主要污染物来源，运用污染物负荷量动态平衡法计 算得出库内污染物负荷量。 4 ) 依据米山水库流域污染调查和水库水质监测结果，对水库水环境容量进 行研究。将三种模型运用到本次研究中，得出的结论与实测值进行比较，确定其 中一种模型最适合计算水库的环境容量。 5 ) 根据米山水库流域社会经济现状，分析指出该区域存在的主要环境问题， 并提出污染综合防治技术体系。 1 4 技术路线 本课题研究技术路线图见图1 i 。 图i - 1 技术路线图 6 山东大学硕士学位论文 第二章米山水库流域环境概述 2 1 流域自然环境特征 2 1 1 地理位置 米山水库位于文登市区西5 公里，由南一东一北一西方向分别与米山、北郊、 汪瞳、界石、晒字五个乡镇相接( 见图2 1 ) ，是威海市主要的饮用水源地控制 流域面积4 4 0 平方公里 7 4 q 。 2 1 2 地形、地貌 流域内山区占2 5 ，丘陵占7 5 ，流域形状为扇形，平均宽度1 9 1 公里，长 3 3 4 公里，流域内地形复杂，群山连绵，丘陵起伏，沟壑纵横，山岭大致可分为 东西两列，西列较高，为昆嵛山系，泉水较为丰富，东列为丘陵区，土层厚约0 3 - 0 6 米，植被覆盖率较高，水土保持较好。大体可分为三种类型： 1 ) 深山区主要是位于水库西部晒字、界石两镇境内有“胶东屋脊”之称 的昆嵛山脉，山脉走向为南北走向，主峰泰礴顶是胶东第二高峰，海拔高度为 9 2 2 8 米，其余山峰海拔高度多在2 0 0 3 0 0 米之间，山上岩石裸露。 2 ) 丘陵和浅山区主要分布在水库东北方向中上游，海拔高度在2 0 0 米以下， 山坡多在2 0 度左右，岩石裸露较少。 3 ) 平原区主要分布于沿河两岸，海拔高度多在3 0 米左右，土质肥沃，大 部分为良田。 2 1 3 地质及土壤 米山水库流域位于新华厦系第二隆起带胶东隆起区的东部，文、荣凸起的中 心部位。流域内土壤类型以棕壤分布最广泛、面积最大，潮土次之，这两种类型 占总面积9 9 以上。 2 1 4 植被 据文登县志记载：境内“百年以前，连山接麓，皆为松林”。由于人类 砍伐和几经战火，原始森林遭到破坏。现有天然植被，具有明显的次生性质。在 7 山东大学硕十学位论文 水库西部海拔7 0 0 米以上的昆嵛山顶部，以灌木胡栀子、草本羊胡子为优势种， 生长茂密，生物积累作用明显。山地丘陵的中上部，乔木主要为赤松；灌木主要 胡大油芒、地柏和胡栀子；草本植物主要为羊胡草、黄背草。山丘中部为针叶、 幽2 - 1 米山水库地理位置图 阔叶混交乔木，有麻栎、刺槐，次为赤松；灌木有胡栀子、酸枣、荆条； 山东大学硕士学位论文 草木植物有黄背草、羊胡草、百里香。山丘下部为阔叶乔木有杨树、刺槐、泡桐、 楸树、果类等；灌木主要为棉槐；草本植物有黄背草、白茅等。泊地与河岸主要 是阔叶乔木，有杨，柳、榆、法桐、泡桐等；灌木为棉槐、蜡条；草本植物有芦 苇、马唐等。 2 1 5 气象、气候 米山水库流域属大陆性季风气候，四季分明。冬季漫长，盛行从大陆北部吹 来的干冷冬季风：夏季最短，湿润凉爽，盛行从海洋吹来的暖湿夏季风；春季风 大，空气干燥，多有春旱：秋季温和凉爽，时有连阴雨或秋旱 9 1 。 降水量年际变化很大，多年平均降水量约为7 0 0 毫米，最多是1 9 6 4 年，为 1 1 9 6 4 m m ；最少是2 0 0 3 年为3 5 2 8 m m 。年内降水分布很不平衡，一般春秋多旱， 夏末秋初多雨。多年平均6 9 月份降雨量占全年降雨量的7 0 2 一7 3 6 。地区 分布也很不均衡，西北部因受昆嵛山的影响，降水较多，向东向南逐渐减少。 2 1 6 水文特征 流域内共有四条河流流入水库，分别是：晒字支流、界石支流、汪瞳支流、 山马河支流，见图2 1 。 晒字支流：该支流发源于水库西部的昆嵛山，该区域为米山水库水分涵养区。 界石支流：包括水库西北入口的全部支流，较大的支流有张格河、八甲河、 界石河等。大部分发源于昆嵛山，该区域为米山水库水分涵养区。 汪瞳支流：位于水库东北方向，发源于上游的山区，该区域为米山水库水分 涵养区。 山马河支流：位于水库的东北方向，是一较大汇水支流，发源于上游柳林水 库，该区域被规划为水源保护区。 这几条支流均为山洪河道，枯水季节，径流量很小，几乎干涸无水，多年平 均径流量在3 0 0 - - 4 5 0 毫米左右。但汛期一旦出现暴雨，莉洪水汹涌。总的特点是 源高、流短、涨快、退速。 9 山东大学硕士学位论文 2 2 社会经济概况 2 2 1 人口状况及经济状况 流域内现有人口总数为1 0 8 2 4 7 人，人口密度为2 4 6 , , k 平方公里。 近年来，流域内各乡镇经济发展较快，工农业总产值以1 5 的速度增长，2 0 0 5 年流域内全年工农业总产值达6 0 2 亿元。其中工业总产值为4 0 5 亿元，农业总产 值1 9 7 亿元。 2 2 2 土地利用现状 流域内土地面积4 3 0 6 0 公顷，其中耕地和林地所占比例较大，面积分别为 1 2 1 4 6 公顷、1 2 3 8 8 公顷，分别占土地总面积的2 8 2 1 和2 8 7 7 。 2 2 3 农药、化肥使用状况 化肥主要以氮肥( 碳酸氢氨、尿素) 和复合肥为主，流域内年消耗碳酸氢氨、 复合肥、尿素分别为1 6 0 0 0 t 、1 8 1 0 0 t 、2 7 0 0 t 。所用农药品种比较繁多，我们根据 用途将其分为三类：种衣剂、灭草剂、杀虫剂，其2 0 0 5 年用量分别为5 4 6 t ，9 1 o t ， 1 8 1 4 t 。 2 2 4 畜牧业生产情况 近几年，畜牧业发展很快，牲畜类主要以奶牛、奶山羊、猪、免为主，家禽 类主要以鸡、鸭、鹅为主。 2 2 5 流域经济发展规划 按照规划，流域内各乡镇将坚持高效发展农业的基本原则，特别是实施科技 兴农的战略，从加强农业生产管理和巩固提高农业基础地位入手，不断加大农业 投入，及时调整种植结构，大力发展高效优质农业和规模化畜牧业，不断提高农 业的科技含量，提倡多种经营，形成以农、林、果、蔬菜、中药材、花卉、畜牧、 特色养殖等基地，全面发展农业经济。同时坚持重点发展工业，加快发展第三产 业的原则，加强合资合作项目的开发，特别是瞄准国际市场，利用当地资源，发展农 产品深加工项目，努力提高经济效益，增加农民收入，减少我 副j n a w t o 后农业的 冲击，促进经济健康发展和人民生活水平的不断提高。 l o 山东大学硕士学位论文 2 3 水库形态特征调查 2 3 1 水库形态 米山水库于1 9 5 8 年l o 月动工兴建，1 9 6 0 年2 月基本竣工。水库四周与米山镇、 北郊镇、汪瞳镇、界石镇、晒字镇五处乡镇相接，总库容为2 8 亿立方米，对应的 水域面积约为4 0 0 0 公顷；兴利库容为1 0 7 4 7 _ m 3 ，对应的水面面积约为2 3 2 8 公顷； 多年平均库容约为8 0 0 0 万m 3 ，对应的水面面积约为1 6 2 9 公顷；死库容为7 0 0 万m 3 ， 对应的水面面积约为4 4 0 公顷。水库南北狭长，岸线曲折多变，极不规则，南北 长约2 0 1 a n ，东西宽约l o k r a ，岸线长约l o o k m ，水库补给系数为1 8 9 。 2 3 2 水库各种特性 2 3 2 1 水库的面积特性 水库面积特征指水库水位与水面面积之间的关系n o 】。我们根据水库的水位 与水面面积之问的对应关系，绘出米山水库水位水面面积曲线图。由下面曲 线图可以看出，由于水库建于丘陵地区，曲线较为平缓。 5 0 器4 0 旧3 0 * 2 0 l o 0 2 0 m2 3 m2 6 m 2 9 m3 2 m3 5 m3 8 m 图2 屯米山水库水位与水面面积对应关系曲线图 2 3 2 2 水库的库容特性 水库库容与水位对应关系见表2 1 。 山东大学硕+ 学位论文 表2 - 1 米山水库水位一摩容一面积一泄量关系对应表 1 8 3 7 6 2 1 9 4 3 3 7 3 i 6 1 3 3 9 3 9 i 1 3 8 4 0 1 9 5 9 3 2 6 8 0 6 3 5 6 4 6 1 6 l 4 4 7 5 6 l o 4 1 3 6 9 1 9 0 4 2 5 6 1 3 2 0 6 4 0 2 2 4 3 6 6 3 3 2 8 7 0 6 1 1 6 6 1 7 0 0 2 0 0 4 塑 ! 竺! ! ! ：! ! ! 1 2 3 2 3 水库的特征水位及库容 米山水库死水位1 9 7 米、兴利水位2 9 0 米、最高水位3 4 3 米，对应的库 容分别为0 0 7 亿立方米、1 0 7 亿立方米、2 8 亿立方米。水库在正常年份的蓄 水量约为0 8 亿立方米。 培毖孔孙勰驼弘；号 山东大学硕士学位论文 第三章米山水库内污染调查 3 1 米山水库水质状况调查 3 1 1 点位设置 米山水库监测点位共设4 个，分别为东北入口、西北入口、库中和威海取水 点。入库支流共设4 个点位，分别设在汪疃支流、界石支流、晒字支流和山马河 支流。 3 1 2 监测频次 按常规监测规定，对米山水库和入库河流的监测每年均为6 次，其中米山水 库在每年2 、4 、6 、8 、1 0 、1 2 月份各监测一次，入库河流在每年l 、3 、5 、7 、9 、 1 1 月各监测一次采用2 0 0 1 - - 2 0 0 5 年米山水库和2 0 0 3 - 2 0 0 5 入库河流的监测数 据进行水质评价和出入库污染物平衡计算。 3 1 3 监测项目方法 水库水质监测项目包括：p h 、总硬度、化学需氧量、高锰酸盐指数、生化需 氧量、总氮、总磷、阴离子洗涤剂、挥发性酚、氰化物、砷、总汞、六价铬、铅， 镉、氟化物、氯化物、大肠菌群等。入库河流水质监测项目包括：p h 、悬浮物、 化学需氧量、总氮、总磷等监测项目监测方法按监测规范技术要求执行 l l 】。标 准执行g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 地表水环境质量标准中规定的类标准。 3 1 4 监测结果 米山水库水质： 米山水库2 0 0 1 - - 2 0 0 5 年水质除总氮出现超标现象外，其它各项指标均符合 地表水类标准，其中挥发酚、氰化物、砷、总汞、六价铬、铅、镉等均未检出。 主要污染物为化学需氧量、生化需氧量、高锰酸盐指数、总氦、总磷等，具体结 果见表3 1 。 钗 袋 越 辩 + 瞽 籽 k * 弓 整 硇 薹蓬 蒌蓬 暑 群 鬟 轺 * g * 习 轺 * 轺 卅 丑 轺 | 习 轺 * 钼 轺 高器宕鬣莴胬昌胬霜窝霜器高高呙器高 dd d dd d dd6dddd ddd6 器甓霉导高葛导器寓高器器葛胬器鹤器 一一一一一一一一一一一一一一一一 一 蓉窘馨童警蓍詈謇謇窘蓉孽晷窘碧碧蓉 dd6 d6dd66d6d6 6ddd 鼍甍墨萎曼曼号冀鼍书避黾警簧奄奄冀 , - j h 曷曷器品82 譬 2g 锚锑器2 高导昌 呙 eeeee e粤鹭鹭童ee 量童鹭e 黾萼寮置曼鼍甍簧鼍鼍零星嗣蔑萼鼍 簧 n 门门n 呙掣器导胬瓮器 ooo o 蚕量嚣薰量量嚣嚣蚕嚣蚕嚣量蚕量量嚣量蚕量nnn “nnn “n 门nnnnnnnnn 釉 蓝等一 北郊镇( 1 7 ) 晒字镇( 1 1 ) ； 耕地面积( 万公顷) ：汪疃镇( o 4 ) 界石镇( o 2 ) 北郊镇( o 2 ) 晒字镇( o 1 ) ； 工农业总产值( 亿元) ：汪疃镇( 1 9 6 ) 晒字镇( 9 8 ) 界石镇( 8 o ) 北郊镇( 4 8 ) ； 森林覆盖率( ) ：北郊镇( 3 3 2 ) 汪疃镇( 3 4 3 ) 北郊镇( 0 2 8 ) 晒字镇( 0 1 1 ) ： 农药使用量( t ) ：汪疃镇( 1 8 3 ) 界石镇( 1 0 9 ) 北郊镇( 9 2 ) 晒字镇( 4 o ) ： 畜牧业生产产值( 概况) ：汪瞳镇 界石镇 北郊镇 晒字镇； 山东大学硕士学位论文 由以上社会经济发展状况决定了流域内排入各支流的污染物量的多少，从多 到少的顺序为：汪疃支流 界石支流 晒字支流 山马河支流。 表3 - 7 四条河流污染物入库量单位：污染物，眸；流量，万m 3 ，年 3 2 1 2 点污染源负荷量 由2 0 0 5 年统计结果显示，工业点源所排放的化学需氧量、总氮、总磷、悬 浮物分别占河流入库污染物的l o 4 、i i o 、1 8 8 、2 2 ，表明流域内工业 污染源在河流污染物量中所占比例较小。 3 2 1 3 经库面入库的污染物负荷量 经库面入库的污染物主要来源于降尘和降水。 米山水库流域的降尘量约为每年每平方公里4 8 t ，降尘中氮含量平均为4 0 克，千克，磷的含量平均为0 6 克千克。按水库平均水域面积1 6 2 9 0 公顷计算， 由降尘入库的总氮为3 1 侔，总磷为o 4 川年，约占2 0 0 5 年河流入库污染物量 的o 8 和4 2 。 2 0 0 5 年米山水库库面降雨量为1 0 8 8 万立方米，降雨中总氮的浓度为 0 6 5 p p m ，总磷的浓度为o 0 1 4 p p m ，因此，每年由降雨入库的总氮、总磷为7 i t 、 o 1 5 t ，约占2 0 0 5 年河流入库污染物量的1 9 、1 3 山东大学硕十学位论文 由降尘和降水而进入水库的污染物负荷量与河流污染物负荷量相比，所占 比例很低。 由以上计算得出2 0 0 5 年入库污染物总量化学需氧量为2 8 4 2 2 t ，总氮为 3 8 9 8 t ，总磷为1 1 8 t 。 3 2 2 污染物出库量 出库水流主要包括河流径流、工农业用水、城市用水、出库地下水径流、库 面蒸发量、捕捞流失量、泄洪等。水库的水力滞留时间为1 年。 3 2 2 1 城市用水 米山水库是威海市重要饮用水源地之一，在水库东侧建有取水点，供应城市 的生活和工业用水。2 0 0 5 年向城市供水约3 0 0 0 t 。 3 2 22 农业用水 米山水库灌区分东西两个灌区，有干渠两条，全长1 0 0 公里。共向8 个乡镇、 1 9 6 个行政村提供用水。灌溉以春灌为主，夏灌次之，设计灌溉面积2 l 万亩， 有效灌溉面积1 8 4 5 万亩。据统计2 0 0 5 年向灌区供水1 5 0 0 万立方米 3 2 2 3 泄洪量 水库泄洪量与水位高低有关，见表2 1 ，据调查2 0 0 5 年水库没有泄洪。 3 2 2 4 库面蒸发量 按2 0 0 5 年水库环境条件计算，库面蒸发约为1 5 0 0 万立方米。库面蒸发水量 基本上不带走污染物，通过蒸发出库的污染物忽略不计。 3 2 2 5 出库污染物量 对于米山水库，出库地下水径流量很小，打鱼捕捞带走的水量也很小，两者 影响可忽略。库面蒸发水分会使水库的水量减少，但由于蒸发水分中的污染物含 量很低，因此库面蒸发所带出的污染物出库量也可忽略不计，出库污染物量主要 山东大学硕十学位论文 是指城市用水和农业用水中的污染物量的总和。表3 8 为2 0 0 1 年至2 0 0 5 年水库 出口的监测结果。2 0 0 5 年出库量为6 0 0 0 万立方米计算，其随出库水流而排走的 污染物化学需氧量、总氮、总磷分别为1 0 5 3 0t 、8 2 2t 、2 2 5 t 。 表3 82 0 0 1 2 0 0 5 年出库水质监测结果 单位：m g l 3 2 3 库内污染物负荷量 由于2 0 0 3 年和2 0 0 4 年连续干旱，2 0 0 4 年库容量较小，只对2 0 0 5 年出入库水 量和污染物进行统计计算，其结果如表3 - 9 表3 - 9库内污染物负荷量污染物单位：t 年，水量单位；万一 山东大学硕十学位论文 第四章米山水库流域面源污染研究 4 1 面源污染的形成及影响因素分析 面源污染是指大气、地表和土壤中污染物随降水径流水文过程输入江河、湖 泊、水库和海洋等而造成这些水体水环境污染的现象。面源污染( 面源污染) 是 相对于点源而言的，除工业废水、生活污水等具有固定排放口的污染源以外，其 它各类污染源均统称为面源。除因水体表面直接降水、降尘和库岸侵蚀直接进入 水体面源污染物之外，面源污染物都是通过一系列水文过程由径流的方式进入水 体的。农田养分与农药的流失、城区径流污染、大面积的水土流失及其携带的污 染物质加剧了各类水体的污染，引起湖泊水库的加速富营养化【1 4 】研究径流形 成方式和模拟径流过程和径流量是面源污染定量分析的依据。 影响坡面和流域径流形成的因素是多种多样的，可以将其概括为降雨因素 ( 水文通量因素) 和流域因素( 水文环境) 【1 5 】。降雨因素包括降雨强度、持续 时间和降雨量；流域因素包括地质、土壤、地形、植被和土地利用特征等因素， 这些因素的综合作用影响了流域水分的贮存状况、不同界面层的水力传导度和水 力坡度的变化，进而引起水分的水平和垂直运动而控制了径流的形成。地质因素 在较大尺度上影响流域径流形成机制；从地形因素来看，可以将坡面分为三种基 本单元即凸型坡面、凹型坡面和均匀坡面来考虑，而每一种坡面对超渗地表径流、 饱和地表径流、亚表层径流( 土壤水分的侧向运动) 的影响不同，由于坡型影响 到坡面风化物质的厚度、饱和亚表层径流和非降雨期土壤水分的空间分布以及森 林植被的生长和与此相关的蒸发等，从而影响径流形成机制。一个流域可以概括 为由上述这三种坡型表述的系统；影响径流形成的土壤因素包括土层厚度、土壤 孔隙状况、粒径组成、土壤成层性以及土壤中根系分布状况等。 不同土地利用方式具有不同的径流形成特点，同时具有不同的土壤营养水平 和污染物分布特征。 与点源污染相比，面源污染具有许多显著不同的特点【l6 】。其主要特点为：1 ) 发生具有随机性。降雨径流污染主要受水文循环过程( 主要是降雨以及降雨转化 为径流的过程) 的影响与支配，而降雨径流具有随机性，由此产生的降雨径流污 山东大学硕士学位论文 染也具有随机性的特点。2 ) 污染物来源和排放点不固定。3 ) 污染负荷的时间变 化( 次降雨径流过程、年降雨等) 和空间( 不同地点) 变化幅度大。4 ) 监测、 控制和处理困难而复杂。影响降雨径流污染物的因素非常复杂，但地表径流携带 污染物( 面源污染物的主要部分) 的多少主要决定于堆积于地表污染物数量和地 表径流冲刷力( 流速、动能等) 。前者主要受土地利用类型的影响，如农业林业 交通运输( 公路、铁路、航运) 业、城区、采矿、建筑工地等的污染物特性都各 不相同，后者主要受降雨径流过程的影响。 根据以上阐述，降雨径流污染的研究是较为复杂的。一般是选择不同土地利 用类型的小区进行降水、水质、流量的同步连续取样，分析对比对降水径流污染 的过程和特点，并建立流域控制断面的水质流量降雨过程监测站点，然后根据流 域土地利用现状和流域地形地貌特点以及降雨径流的形成特点建立流域降雨径 流污染物模拟模型，采用小区连续观测资料和流域控制断面的监测资料，作为模 型参数确定和模型检验的依据。建立的模型可以基于次降雨径流过程，也可以对 年降雨径流和污染负荷进行模拟 4 2 米山水库流域径流形成特点分析 米山水库流域山区占2 5 ，丘陵占7 5 ，地形复杂，群山连绵，丘陵起伏， 沟壑纵横。海拔2 0 0 m 以上的深山区和海拔3 0 m - 2 0 0 m 的丘陵浅山区，山坡多在2 0 度左右，土壤容重偏大，总孔隙度偏小。流域植被以次生植被为主，林相较差， 进入雨季多大雨、暴雨、雷阵雨和台风，在降水强度超过土壤如渗强度后，形成 地表径流，产生土壤侵蚀，并将土壤中的有机物农药化肥等带入径流中，通过沟 道汇流进入水库，将大量的面源污染物输入水库。另一方面，地表径流也将村落、 农田、家畜等污染物输移到水库里。 4 3 不同土地利用类型地表径流污染负荷分析 分析不同土地利用类型面源污染地表径流污染物动态变化规律，对于评价流 域尺度面源污染负荷分布具有重要的意义。研究不同土地利用类型地表径流污染 物动态变化规律以及不同土地利用类型对流域污染输出的影响，对于制定流域面 源污染控制方案，实施流域面源污染综合治理技术体系具有十分重要的意义 山东大学硕十学位论文 4 3 1 场降雨地表径流污染物浓度年内变化特点 麦4 ：】丛山凼匿i 豇域丕回土地垂i 出娄型c q 哑均途窿壶妇2 出 降雨场次降雨量如m ) 村落菜地 农田 果矧 荒草地 林地 2 0 0 4 0 8 0 59 2 7 03 7 1 03 5 9 23 2 0 22 9 9 32 2 7 91 7 5 5 2 0 0 5 0 6 1 63 8 0 05 0 5 24 1 3 63 3 3 63 0 5 62 3 7 62 1 9 8 2 0 0 5 0 7 2 64 4 0 03