觀音閣水庫水源保護區劃分方案可行性分析

李淑霞

(遼寧省觀音閣水庫管理局有限責任公司，遼寧 撫順 117100)

觀音閣水庫位于太子河流域上游，壩址位于本溪市上游40km、本溪縣城小市鎮上游3km處的太子河干流上，控制流域面積2795km2，水庫以防洪、城市生活與工業供水為主，其次是灌溉、發電等[1]。觀音閣水庫水源地保護區范圍包括[2]：①一級保護區：庫區居民遷移線263.12m等高線以下本溪境內的區域，面積58.1km2。②二級保護區：一級保護區外徑向距離2km范圍內的區域，總面積為228.29km2，其中本溪境內218.78km2，撫順境內9.51km2。③準保護區：一、二級保護區以外的本溪和撫順境內的匯水區域，總面積2818.96km2。

觀音閣水庫水源保護區與國內其它省市大中型湖庫型水源地保護區劃定范圍相比嚴重偏大[3]，一方面制約區域經濟發展，另一方面不利于水源保護，保護區管理要求與環境現狀矛盾突出。由于飲用水水源二級保護區不得新建、改建、擴建排放污染物的建設項目，導致保護區內人民群眾的基本生活需求、公共設施建設、棚戶區改造等民生工程無法落地建設，城市污水廠等基礎設施項目等均無法辦理前期手續。同時，由于現行飲用水源保護方案與現行水污染防治法不相適應，容易造成水源保護區管理和保護力度下降，同時易增加其同保護區所在區域的各類規劃間的協調性矛盾。因此有必要在保證飲用水水質不受影響的前提下，結合水源周邊社會經濟及自然環境和水質保護要求，合理調整保護區范圍，解決歷史遺留問題，釋放縣域經濟發展空間，適應新的飲用水源保護要求，實現環境保護與經濟社會發展雙贏。

1 水源保護區劃分調整方案

以水庫水環境功能區劃和水功能區劃現狀為基礎，并結合影響保護區劃分的相關因素，依據水源地劃分相關標準及規范[4]，采用經驗與數值相結合的方法[5-6]，即首先采用經驗法劃分出水庫一級、二級和準保護區的范圍，然后采用水環境數值模擬計算的方法對劃分出的保護區合理性進行分析。

一級保護區范圍：以取水口為中心，半徑為1km范圍內的水域。取水口側一正常水位線以外200m范圍內的陸域(不超過山脊線)，范圍面積1.33km2。

二級保護區范圍：考慮到觀音閣水庫的重要作用和不可替代性，將觀音閣水庫正常水位時(海拔255.2m)水面范圍作為二級保護區水域范圍(一級保護區水域范圍除外)。二級保護區陸域范圍確定，應依據流域內主要環境問題，結合地形條件分析確定。同時考慮二級區水域的更好保護，陸域范圍為一級區陸域外延3km陸域范圍，以及二級區水庫正常水位線(海拔255.2m)外延300m范圍內的陸域(不超過分水嶺)，范圍面積103.9km2。

準保護區：將觀音閣水庫匯水區第一道山脊線以內劃定為準保護區，范圍面積198.98km2。

2 基礎條件分析

水質可達性分析是飲用水水源地保護區劃分的一項重要工作[7]。因為劃分時采用的是直接給定范圍的經驗方法，故首先通過水質可達性分析來檢驗飲用水水源地保護區劃分是否合理。

表1 觀音閣水庫入庫支流月均流量表 單位：m3/s

所謂水質可達性分析是指利用水質數學模型，對污染物在水體中的對流擴散及沿程降解進行數值模擬，得到污染物的空間分布情況，根據空間分布情況，分析各級保護區內水質達標情況。

2.1 水文條件

觀音閣水庫上游主要入庫河流有北太子河、南太子河、小清河、泉水河、南孤山河、衫松河、南三道河、田師傅河等，其中北太子河、南太子河、小清河和泉水河為主要匯水河流。根據觀音閣水庫支流入庫水文資料，南太子河、北太子河水流流量相當，而小清河因無實測資料，估測為南太子河水量1/4，泉水河為季節性河流，水量集中在汛期，其流量根據其污染物排放量估測為小清河1/3，各支流月平均流量見表1。

2.2 流域內污染負荷

通過污染源調查，觀音閣水庫上游入庫污染主要來源于東營房鄉、堿廠鎮、田師傅鎮、南甸鎮、清河城及小市鎮的腰堡村和三觀閣村，目前污染物排年放量為：COD 2955.3t/a、總磷74.07t/a、氨氮149.8t/a、總氮374.5t/a，其中80%以上的污染排放集中在南甸、堿廠、田師傅、東營房，通過南太子河進入庫區，15%左右的污染物集中在清河城，通過小清河進入庫區。5%左右的污染物為小市鎮少部分區域面源污染，通過泉水河進入庫區。庫區主要支流污染負荷見表2。

表2 庫區主要支流污染負荷估算 單位：t/a

3 水質模擬計算條件

觀音閣水庫為狹長形河道型水庫，根據水系分布和水力特性，確定斷面采用完全混合模型，沿程采用一維點源稀釋自凈模型，模擬計算污染物沿程降解情況[8]。

3.1 計算模型

3.1.1 斷面完全混合模型

當污染物隨廢、污水穩態排入均勻恒定的河流后，經過混合過程段達到充分混合段時，河流斷面上各點的污染物濃度基本相同，此時污染物濃度由質量平衡原理得出的河流完全混合模式為[9]：

(1)

式中，C—完全混合后污染物質的濃度，mg/L；Cp—混合前污染物質濃度，mg/L；CE—污水排放濃度，mg/L；Qp—上游來水量，m3/s；QE—污水排放流量，m3/s。

3.1.2 沿程一維點源稀釋自凈模型

在忽略離散作用時，描述河流污染物一維穩態衰減規律的方程為[10]：

C=C0·e-Kx/u

(2)

式中，u—河流斷面平均流速，m/s；x—沿程距離，km；K—綜合降解系數，1/d；C—沿程污染物濃度，mg/L；C0—前一個節點后污染物濃度，mg/L。

3.2 計算單元劃分

為確定各支流匯入對庫區內水質的影響，對庫區內進行流域劃分，設置計算斷面。現將庫區內支流南太子河、北太子河、小清河和泉水河匯入分別劃分流域，有4個支流匯入口，3個匯合斷面(001、002、003)，其計算流域斷面劃分如圖1所示。

3.3 計算參數

其中汛期(6—9月)各計算斷面參數值見表3。由于庫區缺乏斷面資料，且考慮到一般庫區內水位常保持穩定，非汛期(12、1、2月)僅考慮流量及污染物濃度差異。

源強則根據現有污染物排放量進行計算，分為汛期和非汛期兩個季節考慮。同時，為預測未來污染物負荷增加對水庫內水質影響，在現有負荷基礎上，分別模擬增加負荷10%、20%、40%三種情景。在此情景下，汛期與非汛期污染物入庫濃度見表4。

表3 觀音閣水庫區汛期內各流域計算參數表

圖1 觀音閣水庫區內流域計算斷面劃分圖

4 模擬計算結果及其分析

根據以上條件和情景分析，按汛期和非汛期分析各支流在不同污染物排放量下對水庫內水質影響，特選定模擬計算COD濃度變化(COD降解系數為0.1)，計算結果見圖2、圖3，由圖中可看出，由于庫區內水量較大，稀釋作用很強，污染物濃度對庫區內水質影響范圍有限。但是，由于水庫內水體流動性較差，入口處局部污染物濃度偏高，但仍能滿足二類水質要求。此外，對于難降解性污染物可能有累積效應，具有潛在威脅。

5 結論

本文通過經驗法與水環境數值模擬法相結合的方法，重新劃定水源保護區范圍，符合飲用水水源保護區劃分技術規范要求，取水口、一、二級保護區的水質有保障，水源保護區重新調整的范圍合理，同時與國內其他省市水庫型水源地保護區劃定范圍整體相當。盡管面積有所減少，但針對性更強，水源保護效果不會明顯降低，有利于緩解保護區范圍過大對區域經濟發展的制約以及不利于水源保護等問題。

表4 汛期南太子河污染物入庫濃度單位：mg/L

圖2 觀音閣庫區汛期COD濃度分布

圖3 觀音閣庫區非汛期COD濃度分布

[1] 遼寧省水利廳. 遼寧省水利基礎信息集[M]. 北京: 中國水利水電出版社, 2013．

[2] 王民. 遼寧省重要水庫型飲用水水源保護區劃分現狀分析[J]. 水利技術監督, 2018(02): 46-49．

[3] 王民, 綦海萌. 國內大中型水庫飲用水水源保護區劃分方法分析[J]. 水利規劃與設計, 2018(03): 47-50．

[4] HJ /T 338—2018. 飲用水水源保護區劃分技術規范[S].

[5] 賀濤, 彭曉春, 白中炎, 等. 水庫型飲用水水源保護區劃分方法比較[J]. 資源開發與市場, 2009, 25(02): 122-123, 185．

[6] 喻君杰, 張藝. 江蘇省水庫空間區劃方案探討[J]. 水利規劃與設計, 2015(08): 4-6．

[7] 呂興娜, 趙洪波. 鐵嶺市柴河水庫飲用水水源保護區劃分及控制對策研究[J]. 現代農業, 2011(05): 166-167．

[8] 熊鴻斌, 陳雪, 張斯思. 基于MIKE11 模型提高污染河流水質改善效果的方法[J]. 環境科學, 2018, 38(12): 32-36．

[9] 楊毅, 邵慧芳, 唐偉明. 北京城市河道生態環境需水量計算方法與應用[J]. 水利規劃與設計, 2017(12): 46-50．

[10] 劉曉東, 楊婷, 石佳佳, 等. 關于現行水域納污能力計算規程中河流計算模型的探討[J]. 環境保護科學, 2018, 44(02): 32-36．