对饮用水源水库保护的思考

对水库水源保护的思考四川大学魏新平2013.6.8

成都水库功能在改变过去，水库主要以灌溉、防洪、发电为主要功能。现在，水库主要以供水、灌溉、防洪、发电、旅游为主要功能。水库为饮用水源的优势水库位于深山峡谷，易满足饮用水源对水量、水压的要求，多数水库水质也较好。就四川省来说，饮水工程有多个水源可供选择时，地表按照水库水→山溪水→湖泊水→河水的顺序选择。水库的属于水利部门，有投资渠道，各水库都有稳定的管理人员。水库位置固定，交通便利，通讯畅通，管理方便。水库为饮用水源面临的问题水库库区范围大，是一个开放的区域。天上的干湿沉降物，地上的泥沙、污染物、和行驶的车辆等均可进入库区。水库水为地表来水，水库的水质受到水库上游流域人类活动的影响，剧毒废弃物、可溶性剧毒液、化肥、农药等影响河水水质的因素都对水库水质有影响。水库为饮用水源面临的问题水库富营养化污染问题水库为饮用水源面临的问题水库底泥中的重金属毒物水库水体大、滞留时间长，尽管水体重金属,溶解态浓度可能不大，但底泥的蓄积含量会愈来愈严重。由于剧毒金属有难降解和在人体内产生积蓄作用的危害，如汞、砷、铅、钡、镉、铬等，有些金属有致癌作用，并能对正常发育的胎儿和儿童造成畸形。国外许多国家在制定污水控制方案中，曾规定零排放要求。因此，库区水质评价中，重金属污染也是一个必不可少的内容之一。水库为饮用水源面临的问题水库病原微生物污染主要来自库区城镇生活污水、医院污水、垃圾及地面径流等。病原微生物的水污染危害历史悠久，至今仍是威胁人类健康和生命的主要污染类型。水质监测中通常规定用细菌总数和大肠杆菌及菌指数作为病原微生物污染的间接指标。水库为饮用水源面临的问题水库水污染的原因（一）乡镇企业排放的污染物造成水环境污染（二）化肥、农药的大量不合理使用造成水环境污染（三）集约化养殖场和畜禽对水环境造成污染（四）城镇居民生活污水和废弃物对水环境造成污染

水库水源保护的常规措施及问题《饮用水水源保护区污染防治管理规定》1989.7.10《中华人民共和国水法》2002.10.1《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》2007.9.6：水库水源保护的常规措施及问题《中华人民共和国水法》第三十三条国家建立饮用水水源保护区制度。省、自治区、直辖市人民政府应当划定饮用水水源保护区，并采取措施，防止水源枯竭和水体污染，保证城乡居民饮用水安全。问题：保护区应多大？在保护区采取哪种措施最有效？水库水源保护的常规措施及问题《中华人民共和国水污染防治法》●第十六条建设项目中防治水污染的设施，应当与主体工程同时设计，同时施工，同时投产使用。防治水污染的设施应当经过环境保护主管部门验收，达不到规定要求的，该建设项目不准投入生产或者使用。问题:随着水库功能的改变，饮用水源水库应该有防治水库水污染的设施，但目前无论水库除险加固工程，还是更新改造工程，均无防治水库水污染的工程设计？水库水源保护的常规措施及问题第四十九条县级以上地方人民政府农业主管部门和其他有关部门，应当采取措施，指导农业生产者科学、合理地施用化肥和农药，控制化肥和农药的过量使用，防止造成水污染。问题:水库流域面积大,农业生产以产量产值为目的,如何有效控制?水库水源保护的常规措施及问题

水库是一个开放的水源，影响水库水质的因素有点源、面源；内源、外源；人为、自然；比较突出的问题有：问题1:水土流失问题?问题2：城镇化问题？问题3：农村生活垃圾和污水排放？问题4：畜禽粪便问题？问题5：化肥农药问题？以上问题，具有随机性大、分布广、影响因子多、机理复杂、潜伏滞后等特点。水库污染负荷来源?甘肃省自然科学基金项目;节水保肥的高效灌水技术研究;魏新平主持,1998川中丘陵区农村安全供水技术集成与应用研究,2008水利部公益项目:震区饮用水源污染物来源调查研究,2009魏新平,灌溉对土壤养分运移影响的研究,西安理工大学博士学位论文,2000;导师;王文焰毛勇,非点源污染负荷估算及评价模型研究,四川大学硕士学位论文,2009;导师:魏新平余金,基于HSPF模型的东江流域非点源污染模拟与研究,四川大学硕士学位论文2010;导师:魏新平卢修元,湔江流域次暴雨径流污染负荷研究;2010四川大学硕士学位论文,导师:魏新平对水库水源保护的思考第三条水污染防治应当坚持预防为主、防治结合、综合治理的原则，严格控制工业污染、农业面源污染，积极推进生态治理工程建设，预防、控制和减少水环境污染和生态破坏。对水库水源保护的思考美国最佳管理措施：BestManagementPractices;BMPs美国环境保护署（USEPA）将BMPs

定义为“任何能够减少或预防水资源污染的方法、措施或操作程序，包括工程、非工程措施的操作和维护程序”BMPs高效、经济、生态，全世界得到广泛应用。BMPs的一条基本原则是“属于土地的物质应该保留在土地上”对水库水源保护的思考BMPs

可分为工程措施和管理措施。工程措施既包括修建沉砂池、渗滤池和集水设施等传统的工程措施，也包括湿地、植被缓冲区和多水塘系统等新兴的生态工程措施。工程措施是通过减少污染物向受纳水体的运移，达到控制非点源污染的目的。管理措施分为养分管理、耕作管理和景观管理三个层次；工程措施和管理措施的综合运用可以控制流域农业非点源污染。对水库水源保护的思考1植被缓冲区植被缓冲区也叫植被过滤带，是设立在潜在污染源区与受纳水体之间的由林、草或湿地植物覆盖的区域，通常为带状。植被缓冲区主要对污染物进行阻截、吸收和转化，从而达到去除污染物的目的。对水库水源保护的思考2多水塘系统

●流域中存在的大量天然水塘是一种可以利用的条件。水塘与河流不断进行物质交换，滞留污染径流、沉降悬浮物，是控制非点源污染的一种有效的途径。其中，多水塘系统被证明是一种效率较高的体系。

●多水塘系统是一类特殊的人工水塘湿地生态系统，是以水塘为点、沟渠为线的流域系统。

●有研究表明，多水塘系统能截留来自农业的氮、磷污染负荷达90%。对水库水源保护的思考●如果流域不存在可利用的天然水塘，可以通过修建多级暴雨滞留池，构建人工多水塘系统，从而使非点源污染物得到有效的控制，这是欧美国家推行的一种有效的生态方法。●多水塘系统成本低廉，在滞留径流、循环利用水和营养物质、提高水资源利用率、增加生物多样性等方面有很好的效果.对水库水源保护的思考3人工湿地●人工湿地是一种人工建造和监督控制的与沼泽类似的地面构筑物。●人工湿地对总氮、总磷、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、重金属等有较高的去除率，是控制流域农业非点源污染的重要工程措施之一。对水库水源保护的思考●人工湿地对污染物的净化能力取决于多种因素，包括湿地的结构、特性和运行状况，滞水时间、布水面积、基质组成和植物种类等。●人工湿地还能提供增值的环境效益，并由此产生经济效益，如使下游水质好转，提供鱼类、野生动植物的栖息地和繁殖地，减缓水土流失等。对水库水源保护的思考4管理措施BMPs

的管理措施包括养分管理、耕作管理和景观管理三

个层次，三者在效果上互相配合，都围绕一个中心原则，即最大程度地保证物质循环的效率，减少元素的输出损失，从而满足植物生长的需求，同时降低对环境的影响。对水库水源保护的思考4.1养分管理●养分管理的目的是减少引起非点源污染肥料的施用量。养分管理的方式主要有两

方面：测土施肥和变量施肥。对水库水源保护的思考●测土施肥是针对土壤的养分供给能力和水平来推荐合理的养分补给措施。●过去测土施肥的主要目的是获得最大的产出，现在则更多地强调使用经济适宜的肥料数量以保护环境。对水库水源保护的思考●变量施肥是利用GPS（全球定位系统）和GIS（地理信息系统）技术，将土壤养分分布进行数字化，在此基础上，根据区域内土壤养分的变化自动调整肥料用量，其实质是自动的高效的测土施肥技术。对水库水源保护的思考养分管理还包括:●肥料深施●平衡施肥●使用缓释肥料它们的共同目的是控制养分的释放速度，使之既满足植物的生长需要，又减少过剩养分的浪费。●合理安排肥料的施用时间也是一种管理措施，它的目的是减少养分因降水冲刷、淋洗的损失。对水库水源保护的思考4.2耕作管理耕作管理是通过降低污染物迁移能力，达到控制非点源污染的目的。●免耕-少耕法●等高线种植●作物残茬覆盖●合理轮作对水库水源保护的思考●免耕-少耕法可将土壤扰动降至最低限度，以保护土壤结构，增加土壤的渗水性，提高土壤抗水蚀能力，减少地表径流，控制水土流失。●作物残茬覆盖的突出特点是可以增强土壤蓄水能力，阻滞地表径流，减少由于土壤侵蚀造成的养分、农药进入水体的数量，从而减轻非点源污染负荷。对水库水源保护的思考4.3景观管理●景观管理就是合理地调节区域内各种景观单元的比例和空间结构，达到提高养分循环效率和减少养分输出的目的。●生物篱和水边林带都是景观管理的有效措施。对水库水源保护的思考●生物篱又称等高植物篱，主要形式是在坡地上沿等高线布设密植灌木或灌化乔木以及灌草结合的植物篱带，带间布置作物。●水边林带实际上是受纳水体边上的植被缓冲区，它的作用机制和植被缓冲区相类似。BMPs在北京密云水库应用效果密云水库在密云县城北13公里处，水库占地33.6万亩，库容43.8亿立方米。密云水库建于1958年9月-1960年9月，水面137000亩，水深40米至60米，分白河，潮河、内湖三个库区，总蓄水量为4317亿立方米，相当于67个十三陵水库或150个昆明湖，环湖公路110公里，它是北京市民用、工业用水的主要来源。

BMPs在北京密云水库应用效果①25°以上坡耕地退耕还林;②25°以上荒草坡还林;③15°～25°坡耕地变耕地为等高种植的果园;④0°～15°坡耕地设置等高植物篱;⑤0°～15°坡耕地部分保护性耕作;⑥非规模化散养户推广农村户用沼气池;⑦在河流和水库的敏感地带设置植被保护带;

⑧采用平衡施肥技术,测土配方施肥.BMPs在北京密云水库应用效果1)25°以上荒草坡还林措施效果最好,对总氮、总磷、泥沙流失的控制效果都超过15%,最高可达30%以上;BMPs在北京密云水库应用效果2)坡度为1～15°,坡耕地植物篱和保护性耕作效果相近,削减的污染损失价值占总污染损失的13%,具有明显的环境效益.BMPs在北京密云水库应用效果3)针对畜禽养殖污染设计的农村户用沼气池总经济效率在10%左右;4)测土施肥技术可减少氮素流失、节约大量化肥,且削减的污染损失价值达到总污染损失的19%.BMPs在北京密云水库应用效果5)作为综合污染控制措施的河岸缓冲带,可以有效地拦截氮、磷和泥沙的流失,对泥沙的控制效果最好为83%,氮最低仅为27%;而从经济效益方面比较,缓冲带减少氮素流失所获得的经济效益最大,泥沙次之.

植被缓冲带削减非点源污染的总经济效率最高,可达35%。BMPS在天津于桥水库应用1于桥水库始建于1959年，水库正常蓄水位21.16米。总库容15.59亿立方米，正常蓄水位21.16米(大沽)，汛限水位19.87米，死水位15米。水库上游控制流域面积2060k㎡，最大回水长东西约30km，南北宽8km，最大淹没面积250k㎡（正常蓄水位时淹没面积86.8k㎡）。多年平均降雨750mm，多年平均径流量5.06亿m3。水库下游直接影响范围有近百万人口，300余万亩耕地。天津于桥水库应用2于桥水库治理措施主要是在面源污染控制工程范围336.93km2和岸边净化工程范围87.80km2内整合和重建库边流域的“汇”景观结构。包括下列工程：●修建小石坝。在53条毛支沟内营造谷坊坝群，以筑堤促淤，缓洪滞污。●路侧修植草水道。在38.1km的环湖公路一侧或两侧修建深0.6m、宽1.6m的路边植被沟，以减少水流流速，促使泥沙沉积。天津于桥水库应用3●村塘村沟疏挖。于桥水库库边许多村塘村沟为垃圾、脏土填满。所以要疏挖和重建村塘27.1万m3，疏挖村沟32.6km，以扩大对污染径流的存储、净化能力。●库周边界环形沟修建。沿22m大沽高程，水库边界的护栏网，修建77.6km的环形大沟，增加对污染初流的存储净化容量45.7万m3。天津于桥水库应用4●修建干塘。沿库周边界环形沟修建35个浅型干塘，把村沟与库周环形沟连接，扩大存储、净化面积37万m2。●废弃鱼塘改造为湿地。库边大量的鱼塘形成了对水源地重要的污染源。将分布在20m高程的废弃鱼塘改造为芦苇区，种植芦苇面积58万m2。天津于桥水库应用5●建设库岸生态缓冲区。在水库护栏网内21.5-22m之间的湖滨带区域种植柳树和馒头柳。高程20m以下为沉水植物和一年生草本植物，采取自然恢复的生物调控措施。

天津于桥水库应用5以上措施，使于桥水库村落污水、地表径流处理达到90%以上，明显改善库周边的排水系统，防止库岸侵蚀，加强自然净化能力并美化湖滨自然景观。河岸植被缓冲带河岸植被缓冲带指河岸两边向岸坡爬升的由树木及其它植被组成的,防止或转移由坡地地表径流、废水排放、地下径流和深层地下水流所带来的养分、沉积物、有机质、杀虫剂及其它污染物进人河溪系统的缓冲区域

。河岸植被缓冲带植被缓冲区净化污染物机理如下：（1）降低地表径流速度并对其中的颗粒态污染物起过滤和拦截作用；（2）缓冲区的植物吸收溶解态的污染物；（3）缓冲区的土壤吸附溶解态的污染物；（4）促进氮的反硝化。河岸植被缓冲带根据不同学者的研究,当河岸植被宽度大于30m时,能有效降低温度、增加河流生物食物供应、有效过滤污染物;当宽度达到80m左右时,能较好地控制沉积物及土壤元素流失,并能起到控制洪水的作用;当宽度达到120m以上时,可以为野生动物提供栖息地和比较适宜的生境,起到保护生物多样性的作用。鄱阳湖流域应用鄱(po)阳湖流域水系主要是赣江、抚河、信江、修河、饶河(包括昌河和乐安河)等五大水系干流及鄱阳湖。目前五大水系的水质状况总体良好,局部污染。而鄱阳湖面源污染问题比较突出,总氮和氨氮超标。鄱阳湖流域应用将全部河段划分为3类,缓冲带为30～40m的河段为一般河段,40～50m的河段为敏感河段,50m以上的河段为重点保护河段。水库底泥●水库底泥是水体底部有毒有害污染物的贮藏库.在众多污染物中,底泥中的重金属由于其毒性和持久性而成为影响底泥质量较严重的一类。●进入水体的重金属通过化学吸附、物理沉淀等作用转移至底泥沉积物中,这些与底泥沉积物结合的重金属不仅可通过多种途径对水生生物产生毒害作用,还可重新释放出来产生潜在的生物毒性风险。水库底泥●底泥位于水体的最下层，吸附在底泥中的污染物质通过解吸、溶解、生物分解等作用，会重返水相，对水环境产生侵害，造成“二次污染”。●即使在水库外来污染源全部切断以后，水质完全恢复到水体目标情况下，底泥中的污染物质仍然会通过各种作用释放到上覆水体中，使水库水体富营养化。●水库周边的采矿、工业生产、生活排污、农业种植、养殖等人为活动是水库底泥重金属的重要来源。水库底泥前置库技术前置库，国外称Artificiallagoon、Pre-reservoir、Pre-dam和Pre-tank等；国内翻译为前置塘、滞留塘、人工内湖、湖内湖和前置库等.前置库，是利用入库水质浓度变化特点，并根据库区地形，将水库分为一个或者若干个子库与主库相连，通过延长水力停留时间，促进水中泥沙及营养盐的沉降，同时利用子库中大型水生植物、藻类等进一步吸收、吸附、拦截营养盐，从而降低进入下一级子库或者主库水中的营养盐含量，抑制主库中藻类过渡繁殖，减缓富营养化进程，改善水质。前置库净化水体的机理前置库净化面源污染的机理，可以分为：沉淀理论、自然降解、微生物降解、水生植物吸收等。前置库技术前置库技术效果1根据国内外已经运行的前置库,沉降带、浅水生态净化区、深水强化净化区的TN、TP、泥沙的去除率可分别达到5%~40%、10%~60%、20%~70%,经强化净化前置库系统处