發布時間：2022-02-09所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：密云水庫的污染物主要來自水土流失、畜禽與水產養殖廢棄物、居民點生活垃圾與污水、化肥流失、網箱養魚的殘餌與糞便、水庫沉積物的釋放等。總氮、總磷等無機污染物質主要來自潮河流域，化學需氧量、生化需氧量等有機污染物主要來自白河流域，污染負荷主要來自汛
摘要：密云水庫的污染物主要來自水土流失、畜禽與水產養殖廢棄物、居民點生活垃圾與污水、化肥流失、網箱養魚的殘餌與糞便、水庫沉積物的釋放等。總氮、總磷等無機污染物質主要來自潮河流域，化學需氧量、生化需氧量等有機污染物主要來自白河流域，污染負荷主要來自汛期。1980—2002年，密云水庫的總氮濃度偏高，總磷濃度較低。總氮、化學需氧量、葉綠素具有隨年代而增加的趨勢。溶解氧和透明度比較高，細菌、大腸桿菌、微囊藻毒素水平較低。20世紀90年代以前，密云水庫的水質屬于中營養狀況，90年代以后總氮水平、TSI。等指標達到或接近富營養化標準。2002年首次暴發大面積藍藻水華。
關鍵詞：水質;密云水庫
密云水庫地處北京市東北部，橫跨白河和潮河兩條河流，建成于1960年，是華北最大的水庫，最大庫容43.75億m3，最大水深43.5 m，最大水面面積188 km2，主要功能是防洪、灌溉、發電和養魚等，為北京市、天津市和河北省服務。隨著北京城市化和經濟的快速發展，水資源短缺的局面日益加重，因此，密云水庫于1981年開始專為北京市供水¨J，且生活用水比重逐年上升悼j。1997 年，官廳水庫因嚴重富營養化而失去飲用水功能‘3|，密云水庫成為北京市唯一的地表飲用水源，被譽為“北京生命之水”。開展密云水庫水質研究，對水質保護具有重要的意義。
1 密云水庫的污染物來源
密云水庫的污染物主要來源于降水徑流攜帶的營養物質、網箱養魚的殘餌與糞便、水庫沉積物的釋放等。
1.1降水徑流
密云水庫的污染物主要是通過降水徑流(包括入庫河流和水庫周圍坡地徑流)帶來的。由于北京市和河北省對密云水庫上游地區的點源污染采取了嚴格控制措施，因此，非點源污染已成為影響密云水庫水質的主要污染源，包括水土流失、畜禽與水產養殖廢棄物、居民點生活垃圾與污水、化肥流失等。
水土流失是最重要、最直接的非點源污染源，同時也是其他非點源污染物流失的載體。以密云縣為例，因徑流流失的氮和磷分別占全縣流失總量的91.3%和77.3%M1。水土流失主要來自坡耕地和裸露的荒坡∞o。農業和農村污染源中以畜禽養殖業的排放量最高，如潮河流域92.9%的化學需氧量(COD)、64.4%的總氮和87.3%的總磷來自畜禽養殖M J。密云水庫上游密云縣轄區畜禽養殖流失的總氮和總磷相當于化肥流失量的 15.2倍和9.6倍H o。
密云水庫的污染物具有明顯的地域分異特征，總氮、總磷等無機污染物質主要來自潮河流域哺，¨10]，這與潮河流域農業集約化程度高有關‘61;而COD、五日生化需氧量(BOD，)等有機污染物主要來自白河流域18’9 J，以往文獻的解釋是與水土流失有關，但基于近年來的調查，其原因可能與村莊坐落于白河沿岸、旅游點多，生活污水直接排入河道有關。
密云水庫的總氮入庫負荷年際變動為633.7 —3 755.08 Ida[9，11J，總磷入庫負荷年際變動為11 。103.6 t/a[9，11—3‘，進入密云水庫的總氮和總磷負荷與年徑流量呈正相關。密云水庫的污染物入庫負荷主要來自汛期舊，9]。據王曉燕等‘71研究，夏季氮和磷的流失量占全年流失總量的60%以上。蘇保林等。1u通過模擬研究表明，在1997— 2002年問的平水年和豐水年的汛期，總氮和總磷的入庫負荷分別占全年總負荷的51.6%～ 79.1%和53.9%～84.2%，其中豐水年汛期所占比例最大;而在枯水年的汛期，總氮和總磷的入庫負荷比例較低，分別占全年總負荷的26.6%～ 36.3%和23.3%～34.9%。
磷主要以泥沙的形式被降水徑流遷移帶走，溶解態極少¨4|。不同土地利用類型隨降水徑流流失的吸附態磷占總磷的90%以上¨引。
1.2網箱養魚
密云水庫網箱養魚始于1984年，至1988年已發展到4.7 hm2，1993年網箱養魚規模最大，達到6.67 hm2(1]。據郝芳華等¨引研究，網箱養魚對密云水庫總磷和總氮負荷的貢獻率分別為 20.8%和10.O%。林道輝等。1刊研究表明，網箱養魚面積達到2.67 hm2時對密云水庫總磷和總氮的貢獻率分別為47.3%和16.9%。由此可見，網箱養魚對密云水庫污染物負荷的貢獻很大，并已造成局部水體污染。為此，北京市于1994年開始對網箱養魚進行限制。又因2002年暴發藍藻“水華”，自2003年起全面取消網箱養魚。
1.3沉積物釋放
根據賈海峰¨1研究，僅網箱養魚累計沉積到密云水庫水底的總磷和總氮分別為206 t和 268 to沉積物不斷向水體釋放營養物質，從而影響水庫水體水質。沉積物營養物質的釋放是一個比較復雜的過程，受到多種因素的影響。王曉燕等【1引通過試驗發現，沉積物的含磷量對磷釋放影響不大，而pH增高、水土比例增大則有利于磷的釋放。徐清等u引研究表明，上覆水厭氧環境、pH 和溫度升高，同樣有利于沉積物磷的釋放。
沉積物釋放的表現是，網箱養魚區水體的 COD、BOD、氨氮、總氮和總磷濃度隨著深度的增加而提高。1j。從沉積物上覆水到界面水，直至沉積物空隙水，總磷的濃度也依次升高Ⅲj。
關卓今等舊“研究表明，密云水庫沉積物年釋放氮的范圍在10.1—24.5 g/m2之問。徐清等舊2J 通過靜態模擬實驗法和沉積物間隙水擴散法，估算出密云水庫總磷的釋放負荷分別為11.34 t/a 和11.56 t/a，占水庫總磷負荷的27%以上。密云水庫富營養化進展的主導因素仍然是外源物質，內源作用仍處于自凈范圍之內。
此外，大氣降塵也是密云水庫的外源污染源之一。雖然大氣降塵量少，但降塵帶來的各種元素能否引起水庫水質變化，應引起注意。23|。
2影響密云水庫水質的主要污染物及其分布
2.1氮及其分布
密云水庫水體的總氮濃度比較高，全年平均值約為1.0 mg/L。硝態氮對總氮的貢獻率最高，其時空分布與總氮相似Ⅲo。總氮濃度的水平分布是庫西的白河流域小于庫東的潮河流域，這與潮河流域農業集約化程度高有關。在豐水期由庫東和庫西分別向庫中遞減，在枯水期則變化比較復雜。垂直分布總體上表現出上層高、中層低、底層高的趨勢‘25I。
沉積物的總氮含量在水平分布上的表現是庫西>庫中>庫東，在垂直分布上總體表現為隨著深度的增加而降低，但在不同的監測點和不同的深度也有波動舊]。
2.2磷及其分布
在不同的監測時問，密云水庫水體的總磷濃度水平分布不同¨3’24’26’27]，這說明影響總磷的因素比較復雜。但是，密云水庫內湖水體的總磷濃度最高，起因于多年的網箱養魚心7|;表層水靠近白河入口處的西北角也有一高磷區，也可能與網箱養魚有關¨引。總磷濃度垂直變化的總體趨勢是自上而下逐漸升高，表層、中層和底層的總磷濃度范圍分別為0.01～0.03 mg/L、0.01～0.05 mg/L和0.01～0.06 mg/L，但不同的觀測點表現是不同的，如在河流人口處因水體攪動而造成總磷的垂直變化不大協J。關于豐水期和枯水期的總磷變化，葛曉立等Ⅲ3和王靜等嘲1的研究結果截然相反，其原因還有待于進一步研究。
密云水庫沉積物中磷的存在形態以無機磷為主，有機磷較少。無機磷和有機磷分別占總磷的 76.88%～95.09%和4.91%～23.12%。無機磷中Ca.P含量最高，占總磷的41.18%～53.73%;可溶性磷含量最低，占總磷的0.53%～ 2.13%_28I。沉積物總磷含量與Ca.P和閉蓄態磷密切相關，相關系數分別為0.921和0.956;與無機磷和可溶性磷也有比較好的相關性，相關系數分別為0.798和0.723;與A1一P、Fe—P和總有機碳相關性較差，相關系數分別為0.470、0.275和 0.64412…。由此說明，密云水庫的總磷來源與北方石灰性土壤的水土流失有關。
王曉燕等u副研究表明，密云水庫沉積物的總磷和總氮在河流入庫處較高，這可能與河流攜帶的營養物質沉積有關。而劉瀏等心引和徐清等心2 o 分別測試了2002年4月和9月采集的沉積物，總磷水平分布特征是庫西>庫東>庫中，這可能與庫西山坡陡造成水土流失嚴重有關。自白河和潮河的入庫處向出庫口(白河主壩和潮河主壩)沉積物表層的總磷有增加的趨勢。造成這種分布的原因可能是，庫西和庫東的山坡自入口處向出口處的坡度增加，從而導致水土流失增加，因為河流攜帶的營養物質在河流入庫段因流速降低而會大量沉積，不可能通過緩慢的擴散而沉積在出口處。
關于沉積物總磷的垂直分布，多數觀測點呈現出自上而下逐漸減少的特點，但其變化規律也不盡相同，甚至有的觀測點是表層沉積物的總磷低于下層怛2，2 7I。因此，影響營養物質沉積的因素是多樣的、復雜的。
2.3重金屬及其分布
葛曉立等舊41對2001年5月(枯水期)和9月 (豐水期)密云水庫水體的重金屬濃度進行了研究。在水平分布上，鉻、鎳、鎘和汞差異很小，而鉛和砷是庫西高于庫東;在垂直分布上，鐵、鉛、汞和砷表現為表層小于底層;在季節變化上，枯水期大于豐水期的是鐵和鉛，枯水期小于豐水期的是鎘、汞和砷，枯水期和豐水期差異不明顯的是鉻和鎳。在豐水期鎘濃度大于0.01 mg/L，說明存在鎘污染的潛在威脅舊4|。
密云水庫沉積物中不同重金屬的存在形式是不同的，砷、鉛、鋅以殘留態為主，汞以硫化物結合態為主，鎘以碳酸鹽結合態和殘留態為主。大部分重金屬元素的含量自下而上呈現逐漸上升的趨勢，說明庫區的重金屬污染在逐年加劇，這與上游的金礦開采和土壤侵蝕造成的水土流失以及點源污染等有關-3J。莊敏等心糾研究表明，密云水庫沉積物的總汞含量比較高，平均為102.16斗∥kg，主要以硫化物汞、有機汞和氣態汞的形式存在，可溶性無機汞的含量很少。
3密云水庫水質動態變化及預測
3.1水質參數的變化
綜合以前的研究文獻發現，1980—2002 年，密云水庫的總氮濃度偏高，年際變動在 0.67～1.28 mg/L之間，隨年代而增加，1996 年以后幾乎都高于1.0 mg/L，2006年6月高達1.6 mg/L[24’25’3¨3 9|。總磷濃度較低，多數年份變動于0.010～0.025 mg/L之間。最高值出現于 1995年，達到0.089 mg/L;最低值出現于1991 年，僅為0.007 mg/L;2002年6月高達0.07 mg/L[12，”’m4 0I。COD年際變動在1.7。2.9 mg/L之間，具有逐年增加的趨勢。最低值出現于1980年和1981年，僅為1.7 mg/L;最高值出現于1994 年，達到2.9 mg/L;次高值出現在2000年，為2.6 mg/L[30’31’34。6’3¨41|。溶解氧(DO)年際變動在 7.01—10.63 mg/L之間，大部分年份大于9.0 mg/L[3¨32，35’36’3¨40|。葉綠素濃度比較低，年際變動在2.0—4.3 jxg/L之間，也具有逐年增加的趨勢，1998年和2001年超過4.0 斗g/L。透明度(sD)比較高，大于1.6 m，年際變動在1.82—3.66 m之間‘3¨32，34。6’38，41’42]。細菌和大腸桿菌總數分別處于26～1 360個/mL和8 ～856爪/L之間，水平較低，符合國家對水源水的衛生標準∞0’34，4卜川。此外，王東利等‘451和鄭和輝等Ⅲ1分別測定了2002年和2005年密云水庫的微囊藻毒素，符合我國飲用水衛生標準。
3.2水生生物動態變化
密云水庫的浮游藻類群落結構為硅藻一綠藻型或綠藻一硅藻型，藻類數量(細胞密度)總體上在不斷增長，1973年以來年際變動在33×104～ 565.3×104個/L之間，在2002年達到最大，并以藍藻占優勢，暴發“水華”。藍藻在溫暖季節 (6～10月)數量和所占比例較高，但不同年份最高值出現的時間不同∞0’32。6’38’41堋’47。0|。浮游藻類細胞濃度與水體總磷含量成直線正相關，與透明度和氮/磷比值呈負相關M2|。
浮游動物數量年際變動在287.4—5 098個/ L之間，數量變動很大∞0’32’49’5州，生產力有增加的趨勢口2’42’50|。關于底棲動物研究不多，其數量年際變動在2 306～4 123個/m2[30’32，50I。
3.3水質變化動態
根據Thomas和坂本的湖泊營養狀況判定標準和Carlson的湖泊營養狀態評價指數(TSI)標準，1985年密云水庫水質屬于中營養狀況口…。 1987—1988年，密云水庫出現了藍藻門的顫藻 (Oscillatoria)和微囊藻(Mycrocystis)等水體富營養化的指示種H1，47j。1990年以后，總氮水平(按坂本的湖泊營養狀況判定標準)已達到富營養化程度。1994年，COD營養指數(TSI。。。)為54.2，也達到富營養化標準(TSI>53)，以后各年份也接近或達到富營養化程度。2002年1～6月的總磷營養指數(TSITp)高達57～65，也達到了富營養化程度。39|，為2002年密云水庫首次暴發大面積藍藻水華奠定了基礎舊9，49I。
密云水庫的水質與年徑流量密切相關，一般情況下，來水量大的年份水質好，來水少的年份水質差M3|。水庫蓄水量大，水體對入庫負荷的稀釋、緩沖和自凈能力強，水質較好¨0|。
網箱養魚對水質影響很大。密云水庫于 1984年開始網箱養魚，1988年網箱養魚區就已達到富營養化程度(TSI，，=57.8)，總氮、總磷、 BOD、COD、葉綠素a和浮游藻類、浮游動物、大腸桿菌密度均明顯提高，而SD、DO降低，水質明顯較庫區差舊，4引。2001年，網箱養魚的內湖區的 TSI，臥TSI。。。和TSI。。都達到富營養化程度，其中 TSITP高達75.3¨“。
3.4水質模擬與預測
陳毓齡等H川建立了密云水庫分層水動力生態水質模擬模型，較好地預測了水位、溫度、懸浮物、可溶解磷、顆粒磷、總磷、浮游植物和透明度等參數的月平均值。陳永燦等H21和徐清等[131分別建立了密云水庫總磷完全混合系統水質模型，以預測不同情景下的水體富營養化情況。王建平等¨叫利用WASP模型、EFDC模型和SWAT模型，建立了密云水庫水環境模擬預測集成模型，對水位、總磷、總氮、硝態氮、葉綠素和溶解氧的模擬值與監測數據匹配較好。該模型系統對外界負荷的響應非常靈敏，入庫總氮和總磷負荷的下降，能顯著改善水庫水質，尤其是磷負荷的降低可有效地制約藻類生長，表現為葉綠素濃度顯著降低。
另外，針對2002年密云水庫的富營養化，董悅安等。521開展了吸附材料、水葫蘆種植和機械收藻等對水質影響的試驗，也取得了較好的效果。
4結語
密云水庫的總氮濃度偏高，但總磷、化學需氧量、葉綠素、細菌、大腸桿菌、微囊藻毒素等水平較低，溶解氧和透明度水平較高。總的來看，密云水庫的水質良好，長期保持在國家地表水環境質量標準的Ⅱ類水體水質標準，這歸功于對密云水庫水源地長期的、持續的保護。但是，密云水庫還始終受到富營養化的威脅，因為上游地區的水土流失、化肥過量施用、畜禽水產養殖、居民點生活等非點源污染依然存在。密云水庫的總氮、化學需氧量、葉綠素水平還具有逐年增加的趨勢，其水質已由20世紀90年代以前的中營養狀況向中富營養狀況轉變，2002年曾暴發大面積藍藻水華。由此看來，密云水庫作為北京市唯一的地表飲用水源，保護庫區水源地環境是永恒的主題。——論文作者：王慶鎖， 梅旭榮， 張燕卿， 孫東寶， 于一雷
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