葛洲壩三江沖沙水環(huán)境監(jiān)測初步分析

江玉姣 李貴生 嚴海濤

(長江委水文局長江三峽水環(huán)境監(jiān)測中心， 湖北 宜昌 443000)

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葛洲壩三江沖沙水環(huán)境監(jiān)測初步分析

江玉姣 李貴生 嚴海濤

(長江委水文局長江三峽水環(huán)境監(jiān)測中心， 湖北 宜昌 443000)

為修復黃柏河河口區(qū)域生態(tài)，實施了葛洲壩三江航道拉沙工程。為研究拉沙時黃柏河水體進入長江對宜昌周邊岸區(qū)的影響，并掌控黃柏河河口區(qū)域部分生態(tài)服務功能修復程度，對葛洲壩三江航道拉沙期間黃柏河和長江相應斷面進行了水質(zhì)監(jiān)測及分析評價。研究表明，三江拉沙在一定程度上改善了黃柏河水域水質(zhì)狀況，而對長江水域宜昌周邊水質(zhì)影響不大，建議在黃柏河水域的治理中補水與排污并重。

三江沖沙；水質(zhì)監(jiān)測；分析評價；黃柏河；葛洲壩水利樞組

1 概 述

黃柏河于葛洲壩三江引航道北岸入?yún)R長江，屬于長江的一級支流，全長162 km，由東西兩支合流而成。黃柏河是典型的峽谷型河流，南北長81 km，東西寬33 km，流域總面積1 931.5 km2。黃柏河下游受葛洲壩水庫水體的頂托呈水庫狀態(tài)，流域資源過度開發(fā)，侵占了動植物生境，黃柏河水環(huán)境容量因此逐漸減少。流域自然資源破壞，生物多樣性下降，生態(tài)服務功能受損，導致生態(tài)環(huán)境承載力難以支持社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展[1]。

宜昌市政府決定結(jié)合葛洲壩三江航道拉沙工程，修復黃柏河河口區(qū)域部分生態(tài)服務功能。為研究三江沖沙導致黃柏河水體(污染嚴重)進入長江對宜昌周邊岸區(qū)的影響；并掌控黃柏河河口區(qū)域部分生態(tài)服務功能修復程度，長江三峽水環(huán)境監(jiān)測中心及時對拉沙前、拉沙中和拉沙后的葛洲壩三江航道的水質(zhì)展開了監(jiān)測，并采用國家水環(huán)境質(zhì)量標準和單因子水質(zhì)評價法對其變化進行了分析和評價[2]。

2 研究內(nèi)容

2.1 監(jiān)測時間

葛洲壩三江航道拉沙工程于2009年8月27日7:00～20:00實施。長江三峽水環(huán)境監(jiān)測中心分別于2001年8月26～28日及9月3日及時展開了拉沙前、拉沙中和拉沙后的葛洲壩三江航道沖沙期間水質(zhì)監(jiān)測。

2.2 監(jiān)測斷面

根據(jù)《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》(SL219-2013)采樣斷面布設原則及方法，按照最小經(jīng)濟代價獲取水體基本變化特點的要求，監(jiān)測斷面布置如下：

(1) 對照斷面。南津關、滾水壩斷面；

(2) 監(jiān)測斷面。曉溪塔、黃柏河二橋、黃柏河大橋、三江出口、宜昌水文斷面。詳見圖1。

圖1 監(jiān)測范圍、斷面位置示意

2.3 監(jiān)測頻次

為便于對比分析拉沙前后黃柏河水域及長江宜昌河段水質(zhì)變化情況，三江拉沙前監(jiān)測黃柏河水域，三江拉沙中重點監(jiān)測長江水體變化，三江拉沙后開展效果評價監(jiān)測。詳見表1。

表1 2009年水質(zhì)監(jiān)測段次

2.4 監(jiān)測項目

監(jiān)測項目包括水溫、pH值、電導率、氧化還原電位、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、總氮、總磷、氟化物、氯化物、硫酸鹽、總?cè)芙庑怨腆w、懸浮物、總硬度、總堿度、揮發(fā)酚、氰化物、銅、鉛、鎘、六價鉻、石油類、砷、汞、葉綠素等實時分析。

3 黃柏河河口段水體體積

3.1 黃柏河水體體積

在拉沙過程中黃柏河上游來水及長江回補水量會導致黃柏河河口河段(入?yún)R口至曉溪塔滾水壩，長約17 km)部分水體置換[3]。黃柏河河口河段曲折，河面寬窄相間(圖2)，采用斷面法計算黃柏河河口段水體體積，水域面積為4.99 km2，水體體積約為5 270萬m3(見表2)。

圖2 黃柏河河段地形示意

斷面名稱間距/m累計距離/m河面寬度/m橫斷面面積/m2斷面平均水深/m分段水域面積/km2河床比降/?分段水域體積/106m3滾水壩00200.0215010.8DM11229112291207.6216810.42.509.8926.54DM2105013341535.7536410.00.39-0.553.95DM380814149912.0928210.20.581.415.92DM4223916388441.6526711.91.52-0.5516.29合計4.9910.2052.70

3.2 黃柏河置換水量

2009年8月27日，葛洲壩出入庫流量、三江沖沙閘流量以及黃柏河水位變化均如圖3所示。

圖3 三江拉沙流量與水位變化

三江拉沙當日8：00～18：00葛洲壩出入庫流量維持在30 000 m3/s左右，此后入庫與出庫流量減少，至20：00達最小流量26 000 m3/s，隨后，流量逐步回升至正常水平。三江沖沙流量則出現(xiàn)由低到高再到低的變化過程，最大沖沙流量8 000 m3/s，持續(xù)時間約6 h。同期，黃柏河水位隨沖沙流量加大而下降，至12：00時，水位下降了1.13 m。

由于黃柏河水域不大，近似認為此段水域水位均下降了1.13 m。據(jù)此，計算當日黃柏河處于最低水位時其水體體積約為35.3×106m3(表3)，比對三江拉沙前黃柏河河口水域的水體體積，水體體積之差為17.4×106m3，綜合其他因素對水量的削減影響，其系數(shù)取為 0.8，則近似置換水量為13.9×106m3。

表3 黃柏河河口水域水體體積

4 水質(zhì)變化情況分析

4.1 黃柏河及長江宜昌江段近年水質(zhì)概況

1972年至今，長江三峽水環(huán)境監(jiān)測中心每年的單日監(jiān)測黃柏河水域和其鄰近的長江宜昌江段水質(zhì)，監(jiān)測項目包括pH值、溶解氧、亞硝酸鹽氮、砷和汞等二十幾個項目。對黃柏河水域和其鄰近的長江干流江段采用多項水質(zhì)參數(shù)算術平均法進行水質(zhì)評價，結(jié)果見表4和表5。

表4 多項水質(zhì)參數(shù)綜合評價成果(黃柏河水域)

注：表中Ⅱ、Ⅲ表示該斷面水質(zhì)的級別。

表5 多項水質(zhì)參數(shù)綜合評價成果(宜昌江段)

評價結(jié)果表明，黃柏河水域相關斷面水質(zhì)類別均在Ⅱ～Ⅲ之間，影響其水質(zhì)類別主要項目為pH值、溶解氧、氨氮和總磷，其中黃柏河大橋斷面pH值范圍為 7.9～8.5，溶解氧范圍為 5.3～9.6 mg/L，氨氮范圍為 0.07～0.53 mg/L，總磷范圍 0.05～0.13 mg/L ；曉溪塔斷面pH值范圍為8.1～8.4，溶解氧范圍為5.6～9.8 mg/L，氨氮范圍為0.10～0.86 mg/L，總磷范圍為0.06～0.19 mg/L。近年黃柏河水域臨近入江口的黃柏河大橋附近水域水質(zhì)要好于遠離入江口的曉溪塔附近水域。

評價結(jié)果表明，長江宜昌江段水質(zhì)類別在Ⅱ～Ⅲ之間，影響其水質(zhì)類別主要項目為pH值、總磷和糞大腸菌群，其中南津關斷面pH值范圍為7.9～8.2，總磷范圍為0.04～0.12mg/L，糞大腸菌群范圍為500～13 000個/L ；宜昌斷面pH值范圍為7.9～8.2，總磷范圍 0.04～0.12 mg/L，糞大腸菌群460～92 000個/L。對這些數(shù)據(jù)詳加分析發(fā)現(xiàn)，受糞大腸菌群的影響，宜昌和南津關斷面水質(zhì)類別有時會處于Ⅲ類，這是因為長江干流兩側(cè)排污口眾多，污水排入江中所致。

4.2 拉沙前后相鄰江段水質(zhì)相關參數(shù)變化

(1) 水溫過程變化。黃柏河水域所屬斷面拉沙前后水溫有一定變化，長江水域宜昌和三江兩個監(jiān)測斷面，水溫基本沒有變化，且長江水域水溫明顯低于黃柏河水域水溫，這可能與監(jiān)測點當?shù)販囟茸兓⒈O(jiān)測時間不同等諸多因素有關。從物理角度考慮，拉沙前水底沙子較多，而沙子的比熱容遠低于水的比熱容，當監(jiān)測點的大氣溫度下降時，拉沙后的水溫原則上會稍高于拉沙前的水溫，但是無法量化考察。而監(jiān)測點當?shù)販囟茸兓⒈O(jiān)測時間不同等因素引起的水溫變化極有可能遠大于由沙子和水比熱容不同引起的水溫變化。

(2) 溶解氧過程變化。三江拉沙對水體的溶解氧影響較大，拉沙后黃柏河流域和三江水域溶解氧濃度都有下降，而長江水域下降趨勢較大，這可能是由于受三江拉沙中流量影響。

(3) 亞硝酸鹽氮過程變化。拉沙前后各取水點亞硝酸鹽氮均有較明顯變化，大部分斷面呈下降趨勢，而黃柏河大橋處有一個明顯的先上升后下降的過程，這可能是由于開始拉沙時黃柏河上游幾個亞硝酸鹽氮含量較高的斷面來水致使其上升，而后由于長江水有一定的回補使其出現(xiàn)下降趨勢。而長江水域在拉沙過程中亞硝酸鹽氮仍呈明顯下降趨勢，這說明黃柏河流進長江的水量還不足以改變長江流域中亞硝酸鹽氮含量，同時因為流量較大，亞硝酸鹽氮有被氧化的可能[4]。

(4) 硝酸鹽氮過程變化。黃柏河水域曉溪塔和滾水壩斷面硝酸鹽氮濃度緩慢下降，而黃柏河大橋及二橋斷面濃度呈上升趨勢，其中以黃柏河大橋變化最為明顯；長江水域的硝酸鹽氮濃度基本呈上升趨勢，且以南津關最為顯著。這說明長江回補至黃柏河的水很可能以南津關回水為主，三江回水為輔。而長江流域硝酸鹽氮濃度基本呈上升趨勢可能是在拉沙過程中由氨氮和亞硝酸鹽氧化生成導致[5]。

(5) 氯化物過程變化。長江流域氯化物濃度總體要明顯高于黃柏河水域，雖然長江水域氯化物濃度有顯著的下降，這可能是由于拉沙稀釋了江水中氯化物濃度，但其卻要高于黃柏河水域的最高濃度。黃柏河大橋斷面氯化物濃度一直有明顯的上升趨勢，這再次充分證明拉沙時長江水已回補至黃柏河大橋附近，而黃柏河二橋并無此趨勢，說明其上的斷面仍以黃柏河上游來水為主，但水質(zhì)也有一定程度的改善。

(6) pH值過程變化。拉沙前后黃柏河水域pH值變化較明顯，8月28日即拉沙剛剛結(jié)束后水質(zhì)最接近中性，低于26日和9月3日的pH值，而且只有黃柏河大橋處的pH值呈下降趨勢。黃柏河大橋處pH值在拉沙前后有明顯的變化，特別是水面pH值的變化最為顯著，而且各點均低于2008年同期水平，接近長江水水平。這說明三江拉沙中長江水已回補至黃柏河大橋附近，且以置換水面水體為主。

(7) 氨氮過程變化。長江水域氨氮濃度明顯低于黃柏河水域，拉沙后黃柏河水域氨氮濃度有一定降低，這說明三江拉沙黃柏河上游來水及長江回水對黃柏河流域的水有一定的影響，而長江水域的氨氮在拉沙前后無明顯變化。黃柏河大橋斷面水面氨氮下降趨勢大于水底下降趨勢，且與2008年同期相比參數(shù)濃度均有下降，這再次說明三江拉沙置換的水面水要多于水底水，對水面水質(zhì)的改善要優(yōu)于水底。

4.3 三江拉沙前后黃柏河水域水質(zhì)評價

三峽水環(huán)境監(jiān)測中心對黃柏河水域這次所監(jiān)測的項目采用單因子評價方法進行了評價，沖沙前后水質(zhì)評價結(jié)果見表6。

表6 黃柏河水域相關斷面多項水質(zhì)參數(shù)綜合評價成果

評價結(jié)果表明，黃柏河大橋拉沙前后的總體水質(zhì)級別及曉溪塔水質(zhì)級別沒有明顯的變化。結(jié)合對此次三江拉沙綜合水質(zhì)監(jiān)測參數(shù)具體分析后發(fā)現(xiàn)，三江拉沙對黃柏河水域水質(zhì)級別雖然影響不大，但是在其水質(zhì)級別內(nèi)大多數(shù)監(jiān)測項目參數(shù)有一定程度的變化。

5 結(jié)論與建議

(1) 由于多方面原因，黃柏河水域水質(zhì)狀況較差，而此次三江拉沙在一定程度上改善了這種狀況，其中曉溪塔附近水域是以流出原有水體，由黃柏河上游補給水來達到改善水體的目的；而黃柏河大橋斷面附近水域水體主要是由長江回補水而得到改善，其中以長江水域南津關回補水體為主，同時也主要回補其水面水體，凈化其水質(zhì)。

(2) 長江水域宜昌周邊水質(zhì)主要參數(shù)變化幅度均較小，雖然黃柏河水流入長江，但由于長江本身流量大、流速快，污染負荷承載能力強，具有較強的水體凈化功能，三江拉沙對其影響不大，沒有劣化其水質(zhì)。

(3) 對黃柏河水域的治理應該補水排污并重，雖然三江拉沙使其水質(zhì)有一定的改善，但是氨氮、總磷污染有所加重，除了定期換水外，還應加強污染源控制；此外，補水排污與生物修復工程相結(jié)合，可進一步改善治理的效果。

[1] 田一龍.黃柏河流域水能水資源開發(fā)現(xiàn)狀與對策[J].水電能源科學,2007(6)，200-203.

[2] SL219-98水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范[S].

[3] 袁晶,許全喜.輸沙量法與斷面法差別原因及其適用性研究[J].水文,2011(增l)：87-92.

[4] 李萍.水中氨氮、亞硝酸鹽氮及硝酸鹽氮相互關系探討[J].上海環(huán)境科學，2006(6):245-250.

[5] 梅翔，陳洪斌. 微污染水源水生物處理中硝酸鹽氮的變化[J].環(huán)境科學與技術.2001，24(6)：11-14.

(編輯：朱曉紅)

2016-09-15

江玉姣，女，長江委水文局長江三峽水環(huán)境監(jiān)測中心，工程師.

1006-0081(2016)11-0006-04

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