论文部分内容阅读
摘要 以湖南省常德市红旗水库为例，依据《饮用水水源保护区划分技术规范》（HJ/T 338-2007），通过监测和评价的方法对农村地区集中式饮用水源地的划定方法进行研究。
关键词 饮用水源地保护；划定；单因子评价
中图分类号 S273 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）35-093-03
Abstract Taking Hongqi Reservoir in Changde City， Hunan Province as an example， according to Technical Guideline for Delineating Source Water Protection Areas （HJ/T 3382007）， the delimiting method for rural centralized drinking water sources was studied by monitoring and evaluation.
Key words Drinking water source protection； Delineation； Singlefactor assessment
飲用水水质与人体健康密切相关，饮用水源地的环境保护与管理受到国内外的广泛关注[1]，而划定饮用水源保护区，是确保饮用水长期保质供给的有效手段。饮用水水源保护区是指国家为防止水源地污染、保障水源地环境质量而划定并要求加以特殊保护的一定面积的水域和陆域[2]。2007年国家环境保护总局发布国家环境保护标准《饮用水水源保护区划分技术规范》（HJ/T 338-2007）[3]，标志着我国饮用水水源保护区的划分有标准可依据，也说明了国家对人民饮用水安全问题的重视程度进一步提高。
1 水源地基础环境状况
红旗水库位于常德市太阳山东麓的柳叶湖旅游度假区白鹤山乡境内，距常德市区15 km，地理坐标110°44′40″ E，29°9′55″ N，属沅水一级支流郑家河水系（图1）。红旗水库地处亚热带湿润季风气候区，气候温和，雨量充沛，四季分明，无霜期长。红旗水库是白鹤山乡重点的农村饮用水源地，总面积约98.5 hm2，也是肖伍铺村茶盐老街的核心景观。红旗水库灌区呈狭长型分布，总面积4 000 hm2，灌区包括白鹤山、大龙站、镇德桥3个乡镇。水库集雨面积7.12 km2，多年平均温度16.7 ℃，多年平均降雨量1 165.3 mm，径流系数0.55，年产水量639.27万m3。
图1 红旗水库地理位置红旗水库始建于1958年，次年建成。2007年10月启动了红旗水库除险加固工程，2008年12月全面完工，2009年9月由湖南省水利厅进行了水库主体工程投入使用验收。实施除险加固建设后的红旗水库，保护下游12个乡村2.5万人口及1 333.33 hm2农田及东常、常岳高速、省道S306线，冲柳西撇同心河、镇德桥集镇与常德市城区等设施的安全，工程效益和防洪显著增强。红旗水库按100年一遇洪水设计，1 000年一遇洪水校核。设计洪峰流量109.99 m3/s，校核洪峰流量153.92 m3/s，水库总库容1 230万m3，正常库容1 030万m3，死库容25万m3。正常水位62.70 m，设计洪水位63.69 m，校核洪水位64.02 m，死水位51.50 m。水库主要功能是以饮用、灌溉为主，结合防洪、养殖、供水、旅游等综合利用的中型水利工程。库区枢纽工程由大坝、溢洪道、灌溉输水底涵等建筑物组成。
2 水源地资源与环境质量评价
2.1 资源量评价 目前，红旗水库集中式生活饮用水水源地总服务人口30 000人，生活总取水量为4 100 m3/d，即149.65万m3/a。根据水库管理所提供资料，红旗水库历年最枯库容为580万m3，正常库容1 030万m3，年平均降雨量为1 165.3 mm，多年平均产水量为639.27万m3。综合上述，水源地供水水量完全可以满足区域生活用水的需求。
2.2 水质评价
2.2.1 历史常规监测。从常德市水环境监测站的常规监测资料中，分别抽调红旗水库采样点2014年8月和11月的监测数据（表1和2）。由表1和2可知，2014年8月和11月水质监测指标均达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类标准要求，符合水域功能及水环境质量标准的要求，其中铜、锌、镉、铅均低于检出限，水温无标准指数。
2.2.2 现状监测。于2015年5月对红旗水库拟划定的一级水域保护区水环境进行了一期现状监测。由表3可知，2014年5月水质监测各项指标均达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类标准要求，符合水域功能及水环境质量标准的要求，其中锰低于检出限，铁、锰、叶绿素a、透明度无Ⅱ类标准限值比对。
2.2.3 富营养化评价。湖泊（水库）富营养化状况评价指标包括叶绿素a（chla）、总磷（TP）、总氮（TN）、透明度（SD）、高锰酸盐指数（CODMn）。利用2014年5月红旗水库现状监测数据与部分历史常规监测数据。采用综合营养状态指数法，对红旗水库营养化状况进行评价。计算公式为：
TLI（）=∑mj=1Wj·TLIj
Wj=r2ijmj=1r2ij
式中，TLI（）为综合营养状态指数；Wj为第j种参数的营养状态指数的权重；TLIj为第j种参数的营养状态指数；rij为第j种参数与基准参数chla的相关系数；m为评价参数的个数。我国湖泊（水库）的chla与TP、TN、SD、CODMn之间的相关系数rij分别为0.84、0.82、-0.83、0.83，r2ij分别为0.705 6、0.672 4、0.688 9、0.688 9。 采用0～100的一系列连续数字对湖泊营养状态进行分级：TLI（）<30，贫营养；30≤TLI（）≤50，中营养；TLI（）>50，富营养；5070，重度富营养。在同一营养状态下，指数值越高，其营养程度越重。通过计算，红旗水库营养状态指数TLI （chla）、TLI （TP）、TLI （TN）、TLI （SD）、TLI （CODMn）分别为12.26、7.50、6.70、10.18、6.38。综合营养状態指数TLI（）=43.02，属于中营养，说明红旗
水库营养化程度不高，未出现富营养化现象。综上，红旗水库水源地水质良好，各项水质指标均能达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中的Ⅱ类标准。红旗水库水质属于中营养，未出现富营养化现象。
3 水源保护区划分
水源保护区划分常用的方法有两种，即经验法和水质模型法。水质模型法是利用水质数学模型，应用流体力学的原理，以及水中污染物质的质量守恒，建立污染物质在水体中的迁移扩散方程，研究污染物质在水体中的稀释、扩散、迁移、转化规律，对污染物在水体中的对流扩散及沿程降解进行数值模拟，得到污染物的空间分布情况，根据空间分布情况，分析保护区水质达标情况，该法多用于地下水、河流的饮用水水源保护区的划分；经验法划分是根据前人的工作经验和国家规定的水源地划分原则，直接给定保护区范围的一种方法，该法多用于湖、库的饮用水水源保护区的划分。鉴于农村水环境的复杂多样性，采取经验法并结合红旗水库环境特征、水质标准和防护要求，根据《饮用水水源保护区划分技术规范》（HJ/T 338-2007），确定红旗水库饮用水水源保护区划分方案。
3.1 一级保护区水域范围 水域面积0.09 km2。红旗水库为中型水库，采用经验法划分，其一级保护区水域范围为取水口半径300 m范围内的区域，水环境执行《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类标准。红旗水库现有2个取水口，即取水口1（111°44′39.67″ E，29°9′43.34″ N）、取水口2（111°44′42.58″ E，29° 9′51.41″ N），两取水口相对距离约160 m，均位于水库大坝附近，水位较深达10 m以上，取水口处水量充沛，足以保障区域用水需求。
3.2 一级保护区陆域范围 陆域面积0.07 km2。取水口侧正常水位线以上200 m范围内的陆域。一级保护区边界均位于白鹤山乡肖伍铺村（东南侧）境内。
3.3 二级保护区水域范围 水域面积0.65 km2。一级保护区边界外的所有水域面积，同时，二级保护区水域范围的水环境执行《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅲ类标准。
3.4 二级保护区陆域范围 陆域面积6.54 km2。红旗水库属山区型中型水库，其二级保护区陆域范围为红旗水库周边山脊线以内（一级保护区以外）区域。二级保护区边界为白鹤山乡肖伍铺村（东南侧）、梁山村（北侧）、郑家河村（南侧）、常德市林场（西侧）。
红旗水库饮用水水源保护区总面积7.35 km2，一级保护区面积为0.16 km2，二级保护区面积为7.19 km2。其中，一级保护区内有耕地（农田）0.03 km2、果园0.01 km2、林地0.02 km2、建设用地0.01 km2、其他用地0.01 km2；二级保护区内有耕地1.48 km2、林地4.14 km2、果园0.30 km2、建设用地0.51 km2、其他用地0.11 km2。
4 结语
根据对红旗水库饮用水水源保护区的划分，在农村地区进行饮用水水源保护区划分的过程中应注意以下几个方面：
（1）划分中时刻要以《饮用水水源保护区划分技术规范》（HJ/T 338-2007）为基本依据，不可人为地违反相关的规定，但是又要开辟新的路径寻求更好的划分方案。
（2）当水库的现状水质较好时，在保证可获得标准的取水水质的前提下，可以适当缩小保护区范围；相反情况下，可以适当扩大保护区的范围。
（3）当无法定夺划分方案时，要考虑计算技术规范中的所有方法，最终根据水质状况、经济发展状况、保护区的建设费用等综合判断各个划分方案的合理性。
（4）在划分的过程中，应当充分考虑到今后的管理和区域经济发展的需要，在保证取水水质的前提下，保护区范围不应过大。
参考文献
[1] 金相灿.中国湖泊环境[M].北京：海洋出版社，1995：1-12.
[2] 杨梅， 高良敏.河流型饮用水水源保护区划分技术方法研究：以淮河淮南段某水厂为例[J].环保科技，2015（2）：24-27.
[3] 国家环境保护总局.饮用水水源保护区划分技术规范：HJ/ T338-2007[S].北京：中国环境科学出版社，2007.
[4] 王洪前， 杨会改， 王斌. 大型河流饮用水水源保护区划分方法研究：以长江宜宾段为例[J].绿色科技，2015（4）：241-243.
[5] 张晓燕， 苗文革， 李鹏飞.浅议划分饮用水水源地的方法[J].内蒙古水利， 2012（5）：106-107.
[6] 李云祯，赵希锦，佟洪金.基于二维水质模型的饮用水水源保护区划分[J].水资源与水工程学报， 2013， 24（1）：181-184.
关键词 饮用水源地保护；划定；单因子评价
中图分类号 S273 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）35-093-03
Abstract Taking Hongqi Reservoir in Changde City， Hunan Province as an example， according to Technical Guideline for Delineating Source Water Protection Areas （HJ/T 3382007）， the delimiting method for rural centralized drinking water sources was studied by monitoring and evaluation.
Key words Drinking water source protection； Delineation； Singlefactor assessment
飲用水水质与人体健康密切相关，饮用水源地的环境保护与管理受到国内外的广泛关注[1]，而划定饮用水源保护区，是确保饮用水长期保质供给的有效手段。饮用水水源保护区是指国家为防止水源地污染、保障水源地环境质量而划定并要求加以特殊保护的一定面积的水域和陆域[2]。2007年国家环境保护总局发布国家环境保护标准《饮用水水源保护区划分技术规范》（HJ/T 338-2007）[3]，标志着我国饮用水水源保护区的划分有标准可依据，也说明了国家对人民饮用水安全问题的重视程度进一步提高。
1 水源地基础环境状况
红旗水库位于常德市太阳山东麓的柳叶湖旅游度假区白鹤山乡境内，距常德市区15 km，地理坐标110°44′40″ E，29°9′55″ N，属沅水一级支流郑家河水系（图1）。红旗水库地处亚热带湿润季风气候区，气候温和，雨量充沛，四季分明，无霜期长。红旗水库是白鹤山乡重点的农村饮用水源地，总面积约98.5 hm2，也是肖伍铺村茶盐老街的核心景观。红旗水库灌区呈狭长型分布，总面积4 000 hm2，灌区包括白鹤山、大龙站、镇德桥3个乡镇。水库集雨面积7.12 km2，多年平均温度16.7 ℃，多年平均降雨量1 165.3 mm，径流系数0.55，年产水量639.27万m3。
图1 红旗水库地理位置红旗水库始建于1958年，次年建成。2007年10月启动了红旗水库除险加固工程，2008年12月全面完工，2009年9月由湖南省水利厅进行了水库主体工程投入使用验收。实施除险加固建设后的红旗水库，保护下游12个乡村2.5万人口及1 333.33 hm2农田及东常、常岳高速、省道S306线，冲柳西撇同心河、镇德桥集镇与常德市城区等设施的安全，工程效益和防洪显著增强。红旗水库按100年一遇洪水设计，1 000年一遇洪水校核。设计洪峰流量109.99 m3/s，校核洪峰流量153.92 m3/s，水库总库容1 230万m3，正常库容1 030万m3，死库容25万m3。正常水位62.70 m，设计洪水位63.69 m，校核洪水位64.02 m，死水位51.50 m。水库主要功能是以饮用、灌溉为主，结合防洪、养殖、供水、旅游等综合利用的中型水利工程。库区枢纽工程由大坝、溢洪道、灌溉输水底涵等建筑物组成。
2 水源地资源与环境质量评价
2.1 资源量评价 目前，红旗水库集中式生活饮用水水源地总服务人口30 000人，生活总取水量为4 100 m3/d，即149.65万m3/a。根据水库管理所提供资料，红旗水库历年最枯库容为580万m3，正常库容1 030万m3，年平均降雨量为1 165.3 mm，多年平均产水量为639.27万m3。综合上述，水源地供水水量完全可以满足区域生活用水的需求。
2.2 水质评价
2.2.1 历史常规监测。从常德市水环境监测站的常规监测资料中，分别抽调红旗水库采样点2014年8月和11月的监测数据（表1和2）。由表1和2可知，2014年8月和11月水质监测指标均达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类标准要求，符合水域功能及水环境质量标准的要求，其中铜、锌、镉、铅均低于检出限，水温无标准指数。
2.2.2 现状监测。于2015年5月对红旗水库拟划定的一级水域保护区水环境进行了一期现状监测。由表3可知，2014年5月水质监测各项指标均达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类标准要求，符合水域功能及水环境质量标准的要求，其中锰低于检出限，铁、锰、叶绿素a、透明度无Ⅱ类标准限值比对。
2.2.3 富营养化评价。湖泊（水库）富营养化状况评价指标包括叶绿素a（chla）、总磷（TP）、总氮（TN）、透明度（SD）、高锰酸盐指数（CODMn）。利用2014年5月红旗水库现状监测数据与部分历史常规监测数据。采用综合营养状态指数法，对红旗水库营养化状况进行评价。计算公式为：
TLI（）=∑mj=1Wj·TLIj
Wj=r2ijmj=1r2ij
式中，TLI（）为综合营养状态指数；Wj为第j种参数的营养状态指数的权重；TLIj为第j种参数的营养状态指数；rij为第j种参数与基准参数chla的相关系数；m为评价参数的个数。我国湖泊（水库）的chla与TP、TN、SD、CODMn之间的相关系数rij分别为0.84、0.82、-0.83、0.83，r2ij分别为0.705 6、0.672 4、0.688 9、0.688 9。 采用0～100的一系列连续数字对湖泊营养状态进行分级：TLI（）<30，贫营养；30≤TLI（）≤50，中营养；TLI（）>50，富营养；50
水库营养化程度不高，未出现富营养化现象。综上，红旗水库水源地水质良好，各项水质指标均能达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中的Ⅱ类标准。红旗水库水质属于中营养，未出现富营养化现象。
3 水源保护区划分
水源保护区划分常用的方法有两种，即经验法和水质模型法。水质模型法是利用水质数学模型，应用流体力学的原理，以及水中污染物质的质量守恒，建立污染物质在水体中的迁移扩散方程，研究污染物质在水体中的稀释、扩散、迁移、转化规律，对污染物在水体中的对流扩散及沿程降解进行数值模拟，得到污染物的空间分布情况，根据空间分布情况，分析保护区水质达标情况，该法多用于地下水、河流的饮用水水源保护区的划分；经验法划分是根据前人的工作经验和国家规定的水源地划分原则，直接给定保护区范围的一种方法，该法多用于湖、库的饮用水水源保护区的划分。鉴于农村水环境的复杂多样性，采取经验法并结合红旗水库环境特征、水质标准和防护要求，根据《饮用水水源保护区划分技术规范》（HJ/T 338-2007），确定红旗水库饮用水水源保护区划分方案。
3.1 一级保护区水域范围 水域面积0.09 km2。红旗水库为中型水库，采用经验法划分，其一级保护区水域范围为取水口半径300 m范围内的区域，水环境执行《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类标准。红旗水库现有2个取水口，即取水口1（111°44′39.67″ E，29°9′43.34″ N）、取水口2（111°44′42.58″ E，29° 9′51.41″ N），两取水口相对距离约160 m，均位于水库大坝附近，水位较深达10 m以上，取水口处水量充沛，足以保障区域用水需求。
3.2 一级保护区陆域范围 陆域面积0.07 km2。取水口侧正常水位线以上200 m范围内的陆域。一级保护区边界均位于白鹤山乡肖伍铺村（东南侧）境内。
3.3 二级保护区水域范围 水域面积0.65 km2。一级保护区边界外的所有水域面积，同时，二级保护区水域范围的水环境执行《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅲ类标准。
3.4 二级保护区陆域范围 陆域面积6.54 km2。红旗水库属山区型中型水库，其二级保护区陆域范围为红旗水库周边山脊线以内（一级保护区以外）区域。二级保护区边界为白鹤山乡肖伍铺村（东南侧）、梁山村（北侧）、郑家河村（南侧）、常德市林场（西侧）。
红旗水库饮用水水源保护区总面积7.35 km2，一级保护区面积为0.16 km2，二级保护区面积为7.19 km2。其中，一级保护区内有耕地（农田）0.03 km2、果园0.01 km2、林地0.02 km2、建设用地0.01 km2、其他用地0.01 km2；二级保护区内有耕地1.48 km2、林地4.14 km2、果园0.30 km2、建设用地0.51 km2、其他用地0.11 km2。
4 结语
根据对红旗水库饮用水水源保护区的划分，在农村地区进行饮用水水源保护区划分的过程中应注意以下几个方面：
（1）划分中时刻要以《饮用水水源保护区划分技术规范》（HJ/T 338-2007）为基本依据，不可人为地违反相关的规定，但是又要开辟新的路径寻求更好的划分方案。
（2）当水库的现状水质较好时，在保证可获得标准的取水水质的前提下，可以适当缩小保护区范围；相反情况下，可以适当扩大保护区的范围。
（3）当无法定夺划分方案时，要考虑计算技术规范中的所有方法，最终根据水质状况、经济发展状况、保护区的建设费用等综合判断各个划分方案的合理性。
（4）在划分的过程中，应当充分考虑到今后的管理和区域经济发展的需要，在保证取水水质的前提下，保护区范围不应过大。
参考文献
[1] 金相灿.中国湖泊环境[M].北京：海洋出版社，1995：1-12.
[2] 杨梅， 高良敏.河流型饮用水水源保护区划分技术方法研究：以淮河淮南段某水厂为例[J].环保科技，2015（2）：24-27.
[3] 国家环境保护总局.饮用水水源保护区划分技术规范：HJ/ T338-2007[S].北京：中国环境科学出版社，2007.
[4] 王洪前， 杨会改， 王斌. 大型河流饮用水水源保护区划分方法研究：以长江宜宾段为例[J].绿色科技，2015（4）：241-243.
[5] 张晓燕， 苗文革， 李鹏飞.浅议划分饮用水水源地的方法[J].内蒙古水利， 2012（5）：106-107.
[6] 李云祯，赵希锦，佟洪金.基于二维水质模型的饮用水水源保护区划分[J].水资源与水工程学报， 2013， 24（1）：181-184.