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水库型水源地是我国特别是南方居民的主要饮用水水源地,但水质现状不容乐观。虽然在水源地保护方面开展了大量的工作,但是仍然有很多工作亟待推进。一方面,在常规的水质评价中,并未将污染程度与健康风险联系起来。另一方面,入库河流磷素污染是许多下游水库水质恶化的主要原因,而非点源污染的控制仍然是一个难题。因此,为推进水源地保护,既要开展水质健康风险评价,还控制入库支流的磷污染。珊溪水源地是浙江省重要的水源地之一。流域集水面积2300km2,主要由上游的珊溪水库和下游的赵山渡水库以及14条入库支流组成。该水源地磷污染问题比较严重,历史多次爆发水华。本文以珊溪水源地为研究区域,对两水库进行水质健康风险进行评价,并研究入库支流磷污染的控制对策。主要结果有:
(1)根据2007~2016年期间的水质监测数据,采用美国环保署的健康风险评价模型(USEPAhealth-basedriskassessmentmodel)对珊溪水库和赵山渡水库的进行水质健康风险评价。珊溪水库和赵山渡水库对于成人的健康总风险分别为3.21×10-5和3.26×10-5a-1(风险等级Ⅱ级,属低~中等水平),对于儿童则分别为1.05×10-4和1.07×10-4a-1(风险等级Ⅳ级,属中~高等水平)。健康总风险包括致癌风险和非致癌风险,而在该水源地前者高于后者3~4个数量级。该水源地的主要致癌污染物是As、Cd和Cr6+,其中Cr6+和As是关键致癌污染物,在致癌风险中的比重高达98%。在2007~2016年期间,赵山渡水库对于成人和儿童的水质健康总风险具有显著上升趋势。
(2)开展了水源地土壤磷环境敏感指标调查。调查了集水区内各种土地利用类型表层土壤的3个磷环境敏感指标,包括土壤总磷(TP)、土壤有效磷(AP)和土壤磷活化系数(PhosphorusActivationCoefficient,PAC)。土壤TP含量范围为0.02~2.76gkg-1(平均值0.50gkg-1),土壤AP含量范围为0.005~561.42mgkg-1(平均值53.89mgkg-1)。耕地、建设用地和园地的土壤AP含量平均值分别为54.57mgkg-1、46.53mgkg-1和39.96mgkg-1,超过了土壤AP的流失风险临界值(30mgkg-1)。耕地、建设用地和园地的PAC分别达到11.86%、9.31%和7.27%,分别是土壤PAC的流失风险临界值(PAC,2%)的5.93、4.65和3.63倍。林地和荒草地的PAC也分别达到3.61%和4.16%,分别是土壤PAC的流失风险临界值(2%)的1.81和2.02倍。与其他流域相比,珊溪水源地土壤AP含量比较高,磷素淋失风险也较大。
(3)分析了入库支流TP污染状况及影响因素。该水源地的水文季节可分为平水期、梅汛期和台汛期。在14条入库支流中,有4条支流(渡渎溪、黄坦坑、李井溪和泗溪)的TP浓度在不同水文季节超过0.10mgL-1,根据《地表水环境质量标准GB3838-2002》中的河流水体标准,被列为Ⅲ类水质。采用Spearman相关性分析方法,研究了入库河流TP浓度与子流域的土地利用(林地、耕地、建设用地、园地和荒草地)所占比例、土壤磷环境敏感指标(土壤TP、土壤AP和土壤PAC)和磷迁移条件(河网密度、平均高程和集水面积)的关系。在平水期,河流TP浓度与建设用地面积和土壤AP呈正相关。在梅汛期,河流TP浓度与林地、荒草地和集水面积呈负相关,与耕地、建设用地面积和土壤AP呈正相关。在台汛期,河流TP浓度与林地和荒草地面积呈负相关,与建设用地面积和土壤AP呈正相关。
(4)建立了河流TP浓度模拟模型。在土地利用、土壤磷环境敏感指标和磷迁移条件这三大类影响因素中,耕地所占比例、建设用地所占比例和土壤AP含量分别是关键指标。将14条支流的TP浓度作为因变量,将对应的14个子流域的耕地、建设用地和土壤AP含量作为解释变量,建立不同水文季节河流TP浓度的多元回归模型。结果显示平水期、梅汛期和台汛期的模型的R2分别为0.761、0.770和0.728。在数据有限的条件下,模型的效果令人满意。
(5)提出了流域磷污染控制措施。根据非点源污染的产生和迁移过程,从“源头控制”、“过程拦截”和“末端治理”三个方面提出水源地磷污染控制措施。主要措施包括调整农业种植结构、推广测土配方施肥技术、建设植被缓冲带、进一步控制生活污水以及建立和完善水源地保护机制。情景模拟结果表明最佳的方案是,通过“退耕还林”、“测土配方施肥”和“植被缓冲带”途径使农业污染的贡献度削减50%,同时通过加大农村生活污水收集和处理力度使生活污染的贡献度削减50%。据此方案,各支流TP浓度模拟值将会进一步下降,水质将会稳定符合Ⅱ类水质的要求。
(1)根据2007~2016年期间的水质监测数据,采用美国环保署的健康风险评价模型(USEPAhealth-basedriskassessmentmodel)对珊溪水库和赵山渡水库的进行水质健康风险评价。珊溪水库和赵山渡水库对于成人的健康总风险分别为3.21×10-5和3.26×10-5a-1(风险等级Ⅱ级,属低~中等水平),对于儿童则分别为1.05×10-4和1.07×10-4a-1(风险等级Ⅳ级,属中~高等水平)。健康总风险包括致癌风险和非致癌风险,而在该水源地前者高于后者3~4个数量级。该水源地的主要致癌污染物是As、Cd和Cr6+,其中Cr6+和As是关键致癌污染物,在致癌风险中的比重高达98%。在2007~2016年期间,赵山渡水库对于成人和儿童的水质健康总风险具有显著上升趋势。
(2)开展了水源地土壤磷环境敏感指标调查。调查了集水区内各种土地利用类型表层土壤的3个磷环境敏感指标,包括土壤总磷(TP)、土壤有效磷(AP)和土壤磷活化系数(PhosphorusActivationCoefficient,PAC)。土壤TP含量范围为0.02~2.76gkg-1(平均值0.50gkg-1),土壤AP含量范围为0.005~561.42mgkg-1(平均值53.89mgkg-1)。耕地、建设用地和园地的土壤AP含量平均值分别为54.57mgkg-1、46.53mgkg-1和39.96mgkg-1,超过了土壤AP的流失风险临界值(30mgkg-1)。耕地、建设用地和园地的PAC分别达到11.86%、9.31%和7.27%,分别是土壤PAC的流失风险临界值(PAC,2%)的5.93、4.65和3.63倍。林地和荒草地的PAC也分别达到3.61%和4.16%,分别是土壤PAC的流失风险临界值(2%)的1.81和2.02倍。与其他流域相比,珊溪水源地土壤AP含量比较高,磷素淋失风险也较大。
(3)分析了入库支流TP污染状况及影响因素。该水源地的水文季节可分为平水期、梅汛期和台汛期。在14条入库支流中,有4条支流(渡渎溪、黄坦坑、李井溪和泗溪)的TP浓度在不同水文季节超过0.10mgL-1,根据《地表水环境质量标准GB3838-2002》中的河流水体标准,被列为Ⅲ类水质。采用Spearman相关性分析方法,研究了入库河流TP浓度与子流域的土地利用(林地、耕地、建设用地、园地和荒草地)所占比例、土壤磷环境敏感指标(土壤TP、土壤AP和土壤PAC)和磷迁移条件(河网密度、平均高程和集水面积)的关系。在平水期,河流TP浓度与建设用地面积和土壤AP呈正相关。在梅汛期,河流TP浓度与林地、荒草地和集水面积呈负相关,与耕地、建设用地面积和土壤AP呈正相关。在台汛期,河流TP浓度与林地和荒草地面积呈负相关,与建设用地面积和土壤AP呈正相关。
(4)建立了河流TP浓度模拟模型。在土地利用、土壤磷环境敏感指标和磷迁移条件这三大类影响因素中,耕地所占比例、建设用地所占比例和土壤AP含量分别是关键指标。将14条支流的TP浓度作为因变量,将对应的14个子流域的耕地、建设用地和土壤AP含量作为解释变量,建立不同水文季节河流TP浓度的多元回归模型。结果显示平水期、梅汛期和台汛期的模型的R2分别为0.761、0.770和0.728。在数据有限的条件下,模型的效果令人满意。
(5)提出了流域磷污染控制措施。根据非点源污染的产生和迁移过程,从“源头控制”、“过程拦截”和“末端治理”三个方面提出水源地磷污染控制措施。主要措施包括调整农业种植结构、推广测土配方施肥技术、建设植被缓冲带、进一步控制生活污水以及建立和完善水源地保护机制。情景模拟结果表明最佳的方案是,通过“退耕还林”、“测土配方施肥”和“植被缓冲带”途径使农业污染的贡献度削减50%,同时通过加大农村生活污水收集和处理力度使生活污染的贡献度削减50%。据此方案,各支流TP浓度模拟值将会进一步下降,水质将会稳定符合Ⅱ类水质的要求。