水源型水庫水質研究進展與我國代表性水庫現狀
水源型水庫水質研究進展
對非點源污染的研究階段
水源地水源保護條例始于20世紀70年代，美國、英國等國家通過制定水源保護條例，嚴格控制點源污染，削減非點源污染，許多國家水源保護條例明確規定禁止污染物直接排入水源。因此，非點源污染研究是城市地表飲用水源保護的重點。
70年代的初期非點源污染研究僅局限于特征、影響因子、單次暴雨以及長期平均污染負荷輸出。模型主要有農藥遷移和徑流模型(pesticide transport runoff model，PTR)以及城市暴雨管理模型(storm water management model，SWMM)。之后的幾十年，非點源污染研究迅猛發展，研究點擴展到了非點源污染相關因素分析和污染區空間分析。模型主要集中到了農業化學品遷移模型(agricultural chemical transport and migration model，ACTMO)、城市地表徑流數學模型(storage treatment overflow runoff model，STORM)等。80年代非點源污染主要集中在農業非點源污染物方面建模，比如CREAM模型和WEPP(water erosion prediction project)模型等。90年代水源型水庫中非點源污染轉到微生物遷移和地下水的補給，同時這一階段模型研究相對廣泛，包括微生物模型、殺蟲劑模型及與GIS相結合建立地表水監測網混合專家系統等，水質監測系統首次提出。
對多重污染下水質變化機理的研究階段
21世紀后，對水源型水庫水質的研究越來越側重于水質變化機理、多重污染物聯合作用、水華和藍藻暴發以及水質監測。例如，在湖泊水庫型飲用水源管理國際研討會上，Yang分析了水源型水庫中典型的“水體嗅味”問題，通過大量現場調查和數據分析，提出了利用水位調節等策略來預防或抑制嗅藻生長。但并非所有水庫都適合采用水位調節策略，其關鍵取決于水庫的可調節度及可調節水量，如北京密云水庫、上海青草沙水庫這類大庫容水庫，水位調節方法明顯奏效，但特定氣候條件，如夏季和冬季，藻類暴發的機理還有待研究。
水源型水庫水質影響因素分析
上游來水污染影響
對于我國來說，除西藏自治區和新疆自治區地表飲用水水源保護區基本不存在上游來水污染的問題外，全國其余地區上游來水水質不達標現象較為普遍，這是水源型水庫污染的重要原因。此外，農業面源污染是水源地水庫污染的潛在污染源。目前，我國化肥有效利用率僅為30%左右，農藥的吸收率僅為30%～40%，未吸收的氮、磷和農藥大多通過地表徑流、農田排水進入地表和地下水，是水體富營養化和其他水體污染的主要因素。近20多年來，我國農村面源污染問題日益嚴重，在沿海發達地區尤為明顯。很多飲用水源保護區上游或飲用水源附近村鎮的生活污水、養殖污水未經任何處理就直接排入水體，嚴重影響了飲用水源的水質；大量生活垃圾和養殖廢物隨意堆放，嚴重污染周圍地下水和地面水。
雨洪影響
Khan等研究表明，極端天氣容易引起水源型水庫飲用水污染。根據世界衛生組織指南，極端天氣可能導致許多水質變化，包括對沉積物負荷、化學成分、總有機碳含量和微生物質量的影響。極端天氣事件中最常見的為暴雨和洪水，易導致飲用水水源污染。雨洪過后，水在湖泊和水庫的停留時間會大大減少，影響溶解有機碳(DOC)的自然降解，從而增加了腐殖質到達水處理廠的濃度。同時，劇烈的暴雨會導致水庫水體垂直混合，改變水庫的內部動力學。例如，美國俄亥俄河發生洪水后，地表水樣本中致病菌和病毒水平升高，微量金屬包括砷、銅、鐵、鉛和鋅的含量也升高。
干旱影響
干旱因素也會影響水源型水庫水質。干旱導致河流自然徑流減少，點源污染相對于入庫流量貢獻增加，點源污染物的環境濃度也會增加。通過對導電率、硝酸鹽等污染物的分析，證明湖泊總溶解固體濃度的增加與嚴重干旱條件有關。干旱可以從根本上改變流域和水庫內的營養循環和生物群，從而在事件發生后的數月或數年內影響水質，且較高的營養濃度以及較高的溫度有利于藻類的繁殖。澳大利亞和美國都曾出現因干旱導致飲的用水水質問題，如渾濁度、味道、嗅味化合物(2-甲基異奧酚和土臭素)、顏色、病原體等。
高溫影響
夏季高溫會影響水源型水庫水質。高溫會促進藻類生長，Johnk等的研究表明，2003年歐洲夏季高溫是導致北歐湖泊藍藻濃度增加4倍的一個關鍵因素。高溫不僅促進藍藻的繁殖，還會增加水體垂直層面的穩定性，減少垂直方向的湍流混合，改變原庫體水力平衡，可為藍藻繁殖提供有利環境。
低溫影響
低溫同樣也會對水源型水庫水質造成影響。溫度的快速降低會迅速破壞水體溫度梯度，導致水庫中的表層水和深層水混合，潛伏的水質因素，如鐵、錳或深層的營養物質積累會和表層水混合，影響水庫表層水體的水質。2007年南半球冬季，澳大利亞悉尼低溫導致其主要水源型水庫出現藍藻暴發。
此外，集水區水土保持林火災等其他突發事件也會影響水源型水庫水質。
我國水源型水庫水質及調控現狀案例
中國有34個省級行政區，大部分地區都由其水源型水庫供水。根據全國25個典型湖庫型飲用水源地非點源風險遙感監測的結果，我國非點源污染風險源分布普遍存在且類型多樣。非點源污染風險源主要包括水產養殖、居民點、農業用地、畜禽養殖、開采用地、旅游用地6種，其中農業用地占地面積最大，占全部非點源風險源的77.6%；其次是居民點、開采類用地與水產養殖；其他類型的比例均在1%以下。水源地污染風險大小在全國的分布沒有明顯的區域性規律及聚群分布特征，但與水源地位置遠離城市情況、當地相關部門對水源地重視程度、配套的管理措施及歷史狀況等因素相關。
北京水源型水庫
北京市主要有兩大供水系統，官廳水庫—永定河引水渠和密云水庫—京密引水渠。由于上游污染日益嚴重，官廳水庫水質已不符合飲用水源地要求，白河堡水庫每年向官廳水庫補水約1億m3，以改善官廳水庫水質。密云水庫作為北京市的主要飲用水水源地，年供水量約占全市年地表水供水量的73.3%。目前，密云水庫的氮、磷水平屬于中營養，水體的營養程度屬于中營養型，水質尚好，但庫區水體向富營養化發展的趨勢比較明顯。
對密云水庫流域非點源現狀的初步研究表明，非點源污染主要有化肥損失、畜禽糞便流失和水土流失3種類型。其中，水土流失是最主要、最直接的污染源，同時也是其他兩種污染的載體。不同的土地利用類型及耕作方式對污染物流失影響強烈，坡耕地和荒草坡單位面積土壤流失量比較嚴重，汛期污染物流失量約占全年流失量的60%，表明非點源污染已成為影響水庫水質的主要污染源。通過分析氮、磷的流失特點，村莊中溶解態氮的流失量最多，村莊和坡耕地都是氮、磷流失的重點區域。因此，要防止密云水庫的水體富營養化，應重點控制水庫上游流域的土壤侵蝕和水土流失，減輕水庫吸附態氮、磷的負荷量。
上海水源型水庫
上海地處我國東部平原感潮河網地區，水資源總量較為豐富，但隨著近年來區域經濟的快速發展和城市化進程，河道水質逐漸惡化，水質型缺水現象日趨嚴重。對于上海水源地水質而言，上游污染和農業養殖業排放以及新興復合污染物污染風險導致總氮、總磷高(外源)。其次，上海4大水庫都是淺水型水庫(內源)，易引發藻類及藻源性嗅味以及pH高等問題，導致水廠處理工藝復雜。另外，上海市飲用水源地周邊環境介質中重金屬已出現不同程度的累積，道路灰塵重金屬含量普遍較高，對水環境的長期影響不容忽視。
目前，上海水源型水庫面臨的問題與挑戰是上海水源型水庫易受上游來水和河網水質影響，水源水質仍不滿足Ⅲ類標準，需要不斷提升安全能級：開展流域水質預警、污染防控、生態補償關鍵技術和機制研究，積極儲備以水環境健康為目標的太湖、長江流域水資源聯合調度方案，以有效提升流域水環境安全風險防控能級。上海青草沙水庫采用實時水質監測系統(特別是咸潮入侵時)，為預防咸潮入侵，分別設計咸潮期和非咸潮期水庫泵閘取水方式，以維持庫內良好水質。同時，還配有實驗室監測，進行在線監測、移動監測和其他生態監測，嚴格控制水質。為控制藻類生長，盡可能縮短水庫的水力停留時間(20 d左右)；生物調控，投放高效濾食性動物；種植濕地植物，降低水體富營養化風險。
上海建成4大水源型水庫后，原水水質大幅提升，但對比國內外領先水平，差距依然巨大，特別是水質在線監測技術的應用方面仍有較大的提升空間。目前，我國臺灣省38個水庫應用實時定量基因擴增熒光檢測系統(QPCR)來監測藍藻毒素和嗅味物質，其特點是儀器少、檢測時間短、操作簡單、結果精確；美國加州采用水聲探測技術來診斷湖泊和水庫的狀況，主要應用在計算水庫深度、底部沉積物的特征及其在湖中的分布(湖泊沉積物質遷移方面)，還用于確定浮游動物和水生昆蟲的數量和行為(漁業)。
總結與建議
我國水源型水庫具有普遍存在各種污染源、環境風險隱患突出、抗風險能力薄弱和缺乏有效的水源地水質安全監管和預警手段的特點。結合國內外研究，對水源型水庫保護對策與建議如下。
加強水源地集水區管理
治理上游及飲用水保護區內污染源、加強水源地集水區管理，是保證水源型水庫水質的首要條件。保護提升水源型水庫的水質，可減少后續處理的過程，大大降低制水成本，同時也為城市供水安全帶來保障。
明確水質檢測指標，加強水質監測
水質的監測與分析是進行水質狀況評價的必要手段，應對標國內外領先水平，建立完善的水質檢測指標，并進行定期和不定期的水質監測。例如，巴黎每年需對50 000個水樣約300 000個參數進行分析；東京也定期和不定期對水質進行監測，以及時應對突發事件，保證飲用水水質質量。
加快水務信息化的步伐
參考國外先進經驗，結合我國特點，應通過水務信息化建設，建立多級聯動的機制，保障水源地水庫的水質安全。包括，研究影響水源型水庫水質的關鍵指標與特征污染物，明確當地水庫水質特征和變化規律，隨時監測和追溯水源型水庫水質特征污染物的來源、變化，及時預警，并做出應對突發情況的處理方案；完善監測數據采集系統、閘門監控系統；建立雨水測報系統，做出適應不同情況的水源型水庫運行方案等。
水庫設計上確立超前意識，高標準，嚴格化
在水源型水庫設計上，確立長遠、超前意識；在施工上高標準、嚴格化，是水源型水庫供水及水質調控長遠發展的保證。如香港水庫的設計建設，一是堅持超前意識的設計理念，二是堅持高起點的設計施工，在其建造過程中就在壩體內預埋了儀器，這些儀器一直到現在還在提供壩體內防滲材料的狀態參數，供安全分析使用。