丹江口水库水环境问题分析研究

丹江口水库水环境问题分析研究
尹炜;史志华;雷阿林
【摘要】为了掌握南水北调中线工程水源地丹江口水库的水质变化情况,依据多年的水质实测资料,对丹江口库区各地的水污染情况进行了全面分析.分析结果表明:按国家标准,丹江口水库水体水质总体良好,符合国家地面水环境质量标准Ⅱ类水标准；但由于库区经济的快速发展,库区水体水质存在恶化趋势,点源污染依然严重,面源污染日趋严重,部分库湾出现富营养化趋势,且存在一些潜在污染风险源.目前,需要加强丹江口水库库区水质的监测,并采取相应污染控制措施,保障未来南水北调工程的水
源质量.
【期刊名称】《人民长江》
【年(卷),期】2011(042)013
【总页数】5页(P90-94)
【关键词】水环境;重金属污染;风险;富营养化;丹江口水库
【作者】尹炜;史志华;雷阿林
【作者单位】长江水利委员会长江水资源保护科学研究所,湖北武汉430051;华中
农业大学资源与环境学院,湖北武汉430070;长江水利委员会长江水资源保护科学
研究所,湖北武汉430051
【正文语种】中文
【中图分类】X524
根据长江流域水环境监测网1995～2009年的水质监测资料，按《地表水环境质
量标准》(GB3838－2002)评价，丹江口水库现状总体水质良好，符合地面水环境质量标准Ⅱ类标准，能满足各类功能用水的要求，是南水北调中线工程理想的水源地。

然而对于总体水质良好的丹江口水库是否存在水环境问题，存在哪些水环境问题;是否存在污染风险，存在哪些污染风险;库区水质是否安全，存在哪些安全问题
等等;目前并没有形成深入的、系统的、统一的认识。

本文围绕“保障饮水安全、
合理开发利用、维系优良生态、人水和谐发展”四大战略目标，以科学性、真实性、层次性、系统性和独立性等为原则，结合丹江口水源区实际，分析了丹江口水库的水环境问题。

1 点源污染依然严重
丹江口水源区大部分属贫困山区，40个县中有26个为国家级贫困县，为促进区
域经济社会发展，水源地产业正在超常规发展。

尽管在发展过程中已按法规要求，采用可能的技术手段，实行了各种严格的污染控制措施，如截至2008年，水源地先后有效地关、停、并、转、治理污染企业2306家，但部分入库支流和库湾水质仍污染严重。

目前威胁库区水质的除处理率亟需提升的生活点源污染外，还包括采矿废水、化工废水、冶金废水、制药废水、制革废水等主要的工业点源。

水源区有色金属汞、钒和钼矿采选加工业发达，且分布广泛，大多集中在水源区的上游，水源区入库重金属工业污染源主要是由这些特色工业所引起的。

据监测资料，库区陕西省旬阳汞矿区河流总汞含量约为《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)Ⅱ类水体标准的127倍，矿区内土壤中总汞含量平均值和沉积物中汞含量分别为《土壤环境质量标准》(GB15618－1995)三级标准的71倍和387倍，周边
植物的汞含量超出国家标准60～200倍。

河南省最大的钒矿位于淅川县九重镇，
距离南水北调中线工程渠首仅有6.8km，钒矿采掘现已造成受纳水体和采掘区土
壤中铜、铬、镉、砷等不同程度的超标。

库区及上游氮肥企业较多，主要集中在南阳邓州、内乡和陕西汉中市(县)等地，相关企业均符合国家相关产业政策，属于地方支柱企业。

然而废水处理设施落后，企业大多无法做到废水氨氮、总氮稳定达标排放。

此外，作为库区农民主要经济来源的特色种植及加工业，如黄姜加工产生的废水污染严重，虽然近年来受市场影响黄姜产量大幅下降，但黄姜等特色作物加工产生的污水是危害库区水质的重要污染源之一。

2006年，国务院批准实施《丹江口库区及上游水污染防治与水土保持规划》以来，丹江口库区及上游重污染行业已经积累了一定的水污染防治技术和治理经验，并取得了一定成效。

但由于水污染治理企业的自主创新能力薄弱，设备落后，治污工程和运行监管的技术支撑严重不足，水污染防治的重点技术未取得突破性进展，导致库区部分支流河段水污染日益严重的态势尚未得到根本扭转。

考虑到丹江口库区污染治理和控制的基础研究依然薄弱，迫切需要加强多种重污染行业清洁生产和废水深度净化技术及其集成等关键技术方面的工作。

2 面源污染日益突出
利用丹江口库区的污染输出系数和土地利用以及人口、牲畜等数据得出1990，2000，2007年丹江口库区面源污染TN和TP负荷分布图(图1和图2)。

在选定
污染系数及不考虑流域损失的情况下，1990，2000，2007年，丹江口库区TN
污染负荷分别为3.325万，3.379万，3.710 万 t，TP 总负荷分别为 0.167 万，0.169万，0.186万 t。

1990～2000年间，丹江口库区的 TN、TP负荷呈增加趋势，增幅分别为1.62%，1.20%。

2000～2007年间，丹江口库区的TN、TP负
荷分别增加了9.80%，10.06%。

1990～2000年之间，库区面源污染负荷总量变化不大，2000以后库区的面源污染负荷明显增加(图3)。

图1 库区面源污染TN负荷分布示意(单位:kg/(km2·a))
库区面源污染分县统计分析的结果显示:淅川县对丹江口库区的TN、TP贡献率最
大，1990分别占总负荷的26%和23%，2000年分别占29%和25%，2007年
分别占总负荷的28%和24%。

十堰城区TN、TP单位面积负荷比较大，总量贡献最少，只有5%和9%。

淅川县面积虽然不是最大，但是人口最多，人口密度远大
于其他地区，农业尤其是畜禽养殖业发达，TN、TP排放量很大;十堰城区的人口
密度最大，但面积最小，耕地稀少，畜禽养殖总量也很少，因此，TN，TP排放量最小(图4)。

图2 库区面源污染TP负荷分布示意(单位:kg/(km2·a))
图3 库区面源污染负荷总量柱状图
通过分析可知，面源污染问题主要表现为:① 坡地种植产生的水土肥药流失问题突出，农业种植化肥施用合理性不足，经验施肥或者参考常规作物施肥的现象非常普遍。

受经济利益的驱动，库区大力发展中药材特色产业，潜在的面源污染威胁很大。

水土流失携带氮、磷等污染物进入库区水体，根据调查推算化肥、农药对库区氮、磷超标的贡献率超过75%。

② 面源污染防治工作主要依托水利、农业、林业部门开展水土保持、生态农业、植被恢复等相关工作。

在实际操作中，对如何形成面源防治技术体系还没有给予足够重视，农业面源污染产生机理及流域尺度上的污染控制技术与集成研究还十分薄弱。

③ 水源区水土流失严峻，丹江口库区85%以上面积为山丘区，开垦度高，移民量大，植被退化较为严重，生态完整性受到损害，水土流失可能成为水源区的特殊问题。

④消落区的植被退化与生物多样性问题本就较为突出，丹江口水库大坝加高工程完工后，库区水位将抬升，消落区必将发生更大的环境变化，植被重建将面临许多问题，生态修复的复杂性与艰巨性较大。

图4 丹江口库区分县TN、TP污染负荷分布
3 潜在污染风险源存在
近年来，丹江口库区公路、水上运输发展迅速，水陆交通事故引发的水环境突发性污染时有发生，尤其是装载化学危险品的车辆、船只的意外失事，极易造成重大的
污染事故。

仅2006年库区就发生了几起负面影响很大的陆源污染事故:2月15日，湖北郧县与陕西省阳县交界处，一辆载有9 t盐酸的货车翻覆，其中4 t盐酸泄漏
后流入河沟中，造成水质局部污染，对3km外的汉江支流郧西县金钱河两岸数万群众直接构成严重威胁;4月30日，陕西省镇安县黄金矿业有限责任公司尾矿库发生溃坝事故，含有大量有毒氰化物的尾矿浆奔涌而下，造成米粮河污染，米粮河通过滑水河、金钱河，最终汇入汉江，进入丹江口水库。

这些突发性水污染事故已经从不同的视角给了我们许多严峻的警示，首先这些事故本身就是潜在风险源，其次有毒有害污染物进入水体后成为另外一个潜在风险源。

据彭彪等(1997)研究结果，丹江口水库不同水期检出率在80%以上、相对面积百
分比排名居前10名的微量有机污染物，枯水期为邻苯二甲酸二丁酯、特丁基－4
－羟基苯甲醚、N－苯基苯胺、2－甲硫基苯并噻唑、2－(1，1－二甲基乙基)－4
－甲酚、邻苯二甲酸二(2－甲基丙基)酯;丰水期为邻苯二甲酸二丁酯;两次分析检出率均在80%以上的物质主要有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二(2－甲基丙基)酯、2，6－二(1，1－二甲基乙基)－4－乙基酚［1］。

丹江口水库中除烃类污染物外，还检测出羧酸及其衍生物34种，约占15.45%;杂环化合物32种，约占14.54%;醇、醚类17种，约占7.73%;酚类15种，约占6.82%;醛、酮类 9种，约占
4.09%;卤代烃8种，约占3.60%;芳香烃 2种，约占0.91%;胺类1种，约占
0.45%;硫醇类1种，约占0.45%。

根据枯水期和丰水期两次采样的分析，检出率
均在80%以上的微量有机污染物有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二(2－甲基丙基)酯、2，6－二(1，1－二甲基)－4－乙酚等3种。

其中，邻苯二甲酸二丁酯的
检出率最高，达到100%。

这3种微量有机物在丹江口水库水中分布最广，滞留时间最长。

陶岔是南水北调中线工程的取水口，两水期共检出74种有机物质，两水期均检出的物质仅有4种，仅占该断面总检出的6.41%。

两水期均检出物质的相对面积百
分比含量排名为:邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二(2－甲基丙基)酯、2，6－二(1，1－二甲基乙基)－4－乙基酚、特丁基－4－羟基苯甲醚。

4种物质的相对面积百分比含量排名均列于前10位。

这说明陶岔水体中，绝大多数微量有机物滞留时间短。

两水期均检出的4种物质含量较高、滞留时间较长，是陶岔水体最主要的微量有
机污染物。

其中3种是整个丹江口水库水体中的最主要的微量有机污染物，特丁
基－4－羟基苯甲醚常用作食品抗氧剂，对人体健康的危害相对较小。

由上述分析可知，邻苯二甲酸二丁酯不仅检出率最高，而且相对含量也最大，主要原因是该物质是化工尤其是日用化工产品的主要原料，用途广，产量大，作为增塑剂广泛地用于聚氯乙烯、聚苯乙烯、人造革、硝化纤维和橡胶的生产中。

它通常在塑料中的比重仅次于高聚体本身的百分比，不易降解，能在生物体中富集，随着塑料制品的广泛使用，它已普遍存在于水、土壤、底质以及生物体中，其危害也已引起各国广泛关注，除中国、美国外，德国、荷兰、日本等国都将其列为优先控制污染物“黑名单”中。

4 部分入库河流污染严重
水源区大部分工业和生活废污水通过17条入库干、支流进入水库，污染物携带量较大有汉江、堵河、老灌河、神定河和丹江，大部分入库河流污染严重。

近期所监测的13条入库河流和3条二级支流共20个断面中，属于Ⅳ类至劣Ⅴ类水质的有12个，约占60%;属于Ⅴ类或劣Ⅴ类水质的断面有9个，占45%。

超标因子为高
锰酸盐指数、氨氮或总磷，表明有机污染物和磷仍然是威胁丹江口水库水质的重要因素。

神定河、老灌河、天河、剑河、白石河等入库断面的水质大部分为Ⅴ类或劣Ⅴ类，支流水体污染有加重趋势，对丹江口水库的水质构成了威胁。

对汉江干流上的9个监测断面的多年监测表明:烈金坝－黄金峡段水质较差，综合
评价为Ⅳ～劣Ⅴ类，主要污染物为氨氮和石油类;汉江石泉以下水质良好，综合评
价为Ⅰ～Ⅱ类。

丹江干流上的5个监测断面多年监测表明:峡口－构峪口水质较好，
综合评价为Ⅲ类，东龙山－丹凤下总体水质较差，综合评价为Ⅴ～劣Ⅴ类，主要污染物为高锰酸盐指数和氨氮。

另外，据长江流域省界水体水环境监测成果，汉江干流上游支流夹河、任河、天河水体中重金属污染严重，陕西与湖北交界的夹河南宽坪以及天河照川断面均为劣Ⅴ类水，超标项目为总汞、总铅、总镉和总磷等重金属和营养物质，其中总汞超Ⅲ类水标准标倍数高达24倍。

汉江、丹江上游小矿业开采使重金属污染对水库水质带来潜在威胁。

5 部分库湾呈现富营养化趋势
丹江口水库现为中营养状态，局部库湾的氮、磷等营养元素富集程度较高。

根据长期监测资料分析，丹江口水库近10 a来总磷、总氮、硝酸盐氮变化均比较平稳。

但受农药、化肥等非点源污染的影响，水体中氮浓度达到富营养化水平，磷浓度已达中营养化标准的上限，如得不到有效控制，局部库湾的水体有富营养化的可能，尤其加高大坝后，局部库湾水流变缓，水体交换性能变差，加上被淹土地中营养物质的溶出，可能增加水体中氮、磷含量，促进氮、磷等营养元素的富集，进而造成局部库湾水体富营养化。

近期监测结果显示丹江口水库叶绿素a的浓度最大值超
过600 μg/L(图5)，主要为行陡坡库湾(CJD、SCG和XDP为该库湾的3个样点)。

丹江口水库建库前由于支流众多，水体流速较快，库区藻类主要为硅藻，甲藻、绿藻次之，优势种为适应急流的固着型硅藻，藻类种类在季节上变化不大。

浮游植物密度最大为4.46×105ind/L，硅藻在密度比中占绝对优势，为 81% ～92.3%，甲藻(0.9% ～15.6%)、绿藻(4% ～5%)次之;库区静水区主要有甲藻、绿藻，其次为
硅藻和蓝藻。

常见种为放射硅偏逢硅藻、蓝隐藻、隐藻、单衣藻等。

2007年7月至2008年6月为期一年的浮游植物季度调查中，共采集到浮游植物标本8门，60属，110种及变种，各浮游植物种类数及密度见表1。

种类组成仍
以绿藻、硅藻和蓝藻为主，其中绿藻门占优势，共计46种，占总种数的41.82%，其次是硅藻门(31.82%)和蓝藻门 (13.64%)，三者共占 87.28%。

甲藻在数量上占
绝对优势，约占总密度的40.92%，其次是硅藻 (22.46%)、隐藻 (16.73%)和蓝藻(13.16%)，四者共占 93.27%;黄藻最少，仅占0.03%。

调查期间，整个水库浮游
植物平均密度高达4.06 ×106ind/L，最高密度为6.10 ×107ind/L，最低密度为5.157×103ind/L;在季节分布上，冬季藻类密度最高(7.17 ×106ind/L)，夏、春次之，秋季最低(2.24×106in d/L)，春季以硅藻、蓝藻为主，夏秋季主要是隐藻，冬季倪氏拟多甲藻为优势种。

图5 丹江口水库叶绿素a的时空分布
不同区域的浮游植物丰度和群落动态分布见图6，浮游植物丰度在丹江库区
(8.86×105ind/L)和汉江库区(1.49×106ind/L)稍低于陶岔取水口(2.10×106ind/L)，而五龙池、青塘河小流域汇合后入库的库湾(简称五青入库区)浮游植物丰度高达
2.10×107ind/L。

从种类组成上讲，硅藻、蓝藻由汉库到丹库逐渐减少，甲藻和隐藻在汉库逐渐增加，而五青入库区以甲藻和隐藻占优势。

图6 丹江口水库浮游植物丰度和群落组成空间动态
从建库前至今，丹江口水库浮游植物群落结构变化极大，1958年以来的50 a间，整个水库浮游植物密度增加近50倍，种类组成由单一的适应河流的固着型硅藻，经过硅藻－绿藻－蓝藻型逐渐发展为硅藻－甲藻－隐藻－蓝藻型，汉江库区的藻类密度依然高于丹江库区。

由于流速减缓，库区水体透明度和水温增加，富营养化程度加剧，绿藻、蓝藻大量出现，甲藻也在数量上增加。

这基本符合建库前相关专家对库区浮游植物的预测(表 1)［2］。

表1 1958～2008年丹江口水库浮游植物群落结构变化
本文分别采用营养状态指数法(Trophic State Index，TSI)和综合指数法(Comprehensive Index，CI)对水体的营养状态和水库的健康状况进行评价。

结
果表明，丹江库区、汉江库区及陶岔渠首区域的平均TSI指数值均在38～50之间，即这3个区域水质均处于贫－中营养状态，丹江库区水质最好;而五青入库区的
TSI指数平均值为68.5，属于富营养水体。

综合指数CI所反映的丹江口水库健康
状况总体排序为:丹江库区，汉江库区，陶岔渠首区，五青入库区。

五青入库区的
健康状态明显比其他区域差，健康指数平均值为0.23，处于相对不健康的状态，
而其他区域则相对较好。

2007～2008年五青入库区的水体监测结果表明:水体中TN含量为0.88～1.84mg/L，藻类叶绿素a含量普遍偏高，其中2008年1月高
达582.81 μg/L，属于严重的富营养化水平;总氮在夏季超出Ⅳ类水的临界值，几
乎接近Ⅴ类水质标准，在其余的季节位于Ⅲ类水临界值上下;总磷在冬季超出Ⅴ类
水临界值，在其余季节大多在Ⅲ类水的临界值之下。

从目前水体水质变化态势来看，因监测的范围和强度局限性，库湾富营养化以及库湾水环境容量等问题尚未引起足够的重视，若不加以控制，将可能直接影响水库的整体水质，继而影响到后续南水北调调水水质的安全。

目前有必要在库区内开展全面调查，并选取典型支流库湾作为研究区进行生态系统功能优化研究。

6 结语
由于南水北调中线工程带来的丹江口水库水环境问题的复杂性、潜在性和长期性，为减免工程对水环境的不利影响，需要进一步结合工程进展、水环境影响特点等，科学认识库区主要点源污染物、面源污染物、风险污染源在不同尺度上的污染机理，形成不同尺度的
“控源减负”为目标的污染源控制技术体系;在继续贯彻点源截污治理工程的基础上，以重污染入库支流河道、河口和库湾为重要研究和治理区域，从源头上扭转库区水质恶化的趋势，提出水体污染综合治理技术体系。

参考文献:
［1］彭彪，黄茁，王彻华.丹江口水库水体中微量有机污染物种类初探［J］.人民
长江，1997，28(1):27 －30.
［2］邬红娟，彭建华，韩德举，等.丹江口水库浮游植物及其演变［J］.湖泊科学，
1996，1(8):43 －50.。