白石水庫水環(huán)境容量計算與分析

閆 冬

(本溪市桓仁縣水務(wù)局，遼寧 本溪 117200)

白石水庫始建于2009年，壩址位于遼寧省北票市大凌河干流，是一座以供水為主，兼具發(fā)電、旅游、養(yǎng)殖的大型水利樞紐工程[1]。水庫控制流域面積17649km2，占大凌河流域面積的76%，水庫正常蓄水位為126m，總庫容為16.45億m3。水庫建成后可以使下游地區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)由原來的20a一遇提高到50a一遇，同時每年可以向下游的阜新和錦州等城市提供生產(chǎn)生活用水2億m3。白石水庫的防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇，下瀉流量為2675m3/s，校核標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇，下瀉流量為3814m3/s。白石水庫所在的大凌河流域?qū)儆诤疁貛Т箨懶詺夂颍涤甑哪觌H變化較大，最大年降雨量為1053mm，最小年降雨量為345mm；夏季降雨較多，其中7、8兩月的降雨量占全年的40%左右。大凌河是遼寧省西部的第一大河流，流經(jīng)遼寧省朝陽市5縣1市2區(qū)，在錦縣東南注入遼東灣。大凌河全長397.2km，流域面積2.35萬km2，平均年徑流量約16.67億m3[2]。

1 水環(huán)境容量計算

各種污染物在進(jìn)入水體之后會發(fā)生一系列復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，進(jìn)而降低水體的實際使用價值。因此，在進(jìn)行水環(huán)境容量計算過程中，需要對進(jìn)入水體環(huán)境的污染物進(jìn)行調(diào)查和分析。顯然，水體的污染程度與污染物一級河流的水文氣象條件具有密切聯(lián)系。

1.1 水文條件

本次研究利用皮爾遜Ⅲ型曲線對白石水庫的水文條件進(jìn)行數(shù)值模擬，以尋求擬合度最高的代表年份[3]。因此，將計算年型分為豐水年、平水年和枯水年，其保證率分別為10%、50%和90%，將天然徑流量視為入庫流量，可以由實測資料獲得，結(jié)果見表1。

表1 白石水庫天然流量統(tǒng)計

1.2 不均勻系數(shù)

根據(jù)水利部的相關(guān)計算成果，我國水環(huán)境的不均勻系數(shù)分為河流和湖泊兩大類[4]。顯然，水庫應(yīng)歸為湖泊類，其不均勻系數(shù)見表2。另一方面，影響湖泊不均勻系數(shù)的因素主要有控制斷面、水質(zhì)降解以及河流的流速和河長等[5]。結(jié)合白石水庫的實際情況，本次計算中的不均勻系數(shù)取0.43。

表2 湖泊不均勻系數(shù)

1.3 水質(zhì)降解系數(shù)

水質(zhì)降解系數(shù)包括白石水庫上游河道的降解系數(shù)以及水庫本身的降解系數(shù)[6]。其中，上游河道的降解系數(shù)采取兩點法計算獲得，而白石水庫的降解系數(shù)則通過多點法計算獲得[7]。具體的降解系數(shù)計算結(jié)果見表3—4。

表3 上游河道主要污染物降解系數(shù)計算結(jié)果

表4 庫區(qū)水體主要污染物降解系數(shù)計算結(jié)果

1.4 污染物濃度上限

根據(jù)《遼寧省地表水環(huán)境功能區(qū)劃》，白石水庫需要承擔(dān)城市供水的重要任務(wù)，因此其控制的大凌河流域的水質(zhì)目標(biāo)濃度為Ⅱ類，參照我國的GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，主要污染物的濃度上限見表5。

表5 主要污染物濃度上限 單位：mg/L

2 計算結(jié)果分析

2.1 主要污染物的水環(huán)境容量計算

白石水庫的正常蓄水位為126m，結(jié)合水庫在不同水文條件下的運(yùn)行管理特征和需求，本次研究不僅需要對正常蓄水位條件下的主要污染物的水環(huán)境容量進(jìn)行計算，還需要對水庫不同水位條件下的主要污染物的水環(huán)境容量進(jìn)行計算[8]。為此，本次研究對水庫水位在120～132m之間的不同水位條件下的主要污染物的水環(huán)境容量進(jìn)行計算，計算結(jié)果見表6。

2.2 剩余環(huán)境容量計算

對白石水庫在126m的正常蓄水位以及50%保證率條件下的水庫剩余水環(huán)境容量進(jìn)行計算，結(jié)果見表7。

表7 白石水庫剩余環(huán)境容量計算結(jié)果 單位：t·a-1

2.3 計算結(jié)果分析與評價

在本次計算過程中，除了部分年份的降雨量、徑流量等資料由于缺失原因而采用公式推求之外，其余資料均來自于遼寧省和朝陽市水資源勘測局、各個水文站、雨量站以及白石水庫管理局的相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)可靠、穩(wěn)定，因此計算結(jié)果具有較高的可信度，可以為相關(guān)研究以及庫區(qū)的水資源管理提供有益借鑒。

基于主要污染物的白石水庫環(huán)境容量計算結(jié)果顯示，該水庫主要污染物的總量與水庫水位變化之間呈近似線性關(guān)系；同時，基于水環(huán)境容量計算結(jié)果和水質(zhì)評價分析，白石水庫存在一定的富營養(yǎng)化趨勢，但是程度較輕，其中，總磷的含量較高，剩余環(huán)境容量為-251.621t/a，已經(jīng)超出水庫水體的承載極限，以其濃度計算，屬于Ⅲ類水質(zhì)，其他污染物均有一定的剩余環(huán)境容量，均符合國家Ⅱ級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。具體而言，在水庫的入庫口位置，分布有村莊和部分工礦企業(yè)，受到污染物排放量較大以及擴(kuò)散條件不佳等因素的影響，水面存在較多的浮游類水生植物，水體的能見度較低。因此，白石水庫需要加大對總磷排放量的控制工作，需要每年削減總磷排放量252t；就其余污染物來看，由于均有較大的剩余環(huán)境容量，說明按照當(dāng)前的排放形式，對水質(zhì)的影響不大。

從主要污染物的變化趨勢來看，白石水庫水體中的總氮和氨氮的含量呈逐漸減少趨勢，說明水庫水體中的無機(jī)氮、有機(jī)氮以及化合氮的含量在不斷減少。從水體中氮離子的作用來看，一方面是各種細(xì)菌繁殖的必要營養(yǎng)物質(zhì)，有利于工業(yè)廢水的凈化，同時較多的氮元素也會引發(fā)水體的富營養(yǎng)化。因此，水庫水體中氮元素的減少有利于減輕水庫的富營養(yǎng)化威脅，降低氨氮的毒性反應(yīng)。從化學(xué)需氧量的指數(shù)變化來看，由于其動態(tài)變化幅度較大，說明白石水庫的水體受到有機(jī)物的污染程度比較嚴(yán)重。白石水庫的總磷含量不變，但是超標(biāo)比較嚴(yán)重，這與周圍居民點生活中大量使用合成洗滌劑有關(guān)。

總體而言，白石水庫的水質(zhì)較好，基本滿足水庫的供水功能，由于各級政府和水庫管理局近年來加大了水質(zhì)管理和治理力度，水庫的生態(tài)安全沒有受到嚴(yán)重威脅，但是今后仍需要進(jìn)一步強(qiáng)化管理，防止水質(zhì)的惡化。結(jié)合上文的水環(huán)境容量計算成果，建議白石水庫在水質(zhì)治理方面采取如下措施：通過閘門和泵站等水利設(shè)施的調(diào)控作用，引入清潔水源對污染程度較高的區(qū)域進(jìn)行沖刷和稀釋，提高水庫水體的自我調(diào)節(jié)能力和自凈能力；通過采取人工增氧等措施，提升水庫水體中的溶解氧含量；積極引入動植物凈化技術(shù)，減少水體中的有機(jī)物污染，和水面藻類的含量；加強(qiáng)水庫集于區(qū)的水土保持工作，通過清垃圾、清污水、清雜物；在庫區(qū)水面禁止施肥養(yǎng)魚；對庫區(qū)周邊的養(yǎng)殖場廢水和固體廢物要進(jìn)行處理，堅決杜絕直接向庫區(qū)水體直接排放。

表6 白石水庫不同水位條件下水環(huán)境容量計算結(jié)果 單位：t·a-1

3 結(jié)語

本文以遼西地區(qū)的白石水庫為例，對水環(huán)境容量進(jìn)行計算研究。計算結(jié)果顯示，白石水庫的水質(zhì)情況總體良好，基本可以達(dá)到國家Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，僅有總磷含量超標(biāo)，建議在現(xiàn)有排放量的基礎(chǔ)上，每年削減總磷排放量252t。由于白石水庫緊鄰阜新和錦州等大凌河下游主要城市，供水任務(wù)繁重，一旦發(fā)生水體污染而得不到及時處理，必將對居民的人身安全造成嚴(yán)重傷害。因此，本文的研究結(jié)論對白石水庫確定納污能力和指標(biāo)，從而劃定水生態(tài)紅線，通過加強(qiáng)水庫的水環(huán)境管理防治水體污染具有重要作用。