漢江中下游梯級水庫聯合生態調度前后襄陽段水質變化分析

宋瑞 劉付立 朱艷容 張小南

摘要：為研究漢江中下游梯級聯合生態調度前后漢江襄陽段水質的變化情況，選取王甫洲壩下、襄陽水文站、崔家營壩下3個漢江中游沿江干流監測斷面，分別在漲洪階段、峰頂階段、退洪階段3個時間段，應用單因子污染指數法和內梅羅綜合污染指數法，對3個斷面的水質狀況進行水質評價與分析。研究結果表明，生態調度漲洪階段受面源污染影響污染物濃度變大，退洪階段因為水量的稀釋作用污染物濃度變小;生態調度可在一定程度上改善水質狀況，但是對水體水質的改善以水量稀釋為主，污染物遷移、轉化作用較弱。建議有關部門加強對區域污染物入河量的控制。

關鍵詞：水質變化;水質評價;生態調度;漢江襄陽段

中圖法分類號：TV213

文獻標志碼：A

DOI： 10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.08.010

1 研究背景

近年來，長江流域控制性水庫生態調度工作穩步推進，取得了良好成效[1]。漢江是長江第一大支流，隨著南水北調中線工程投運，漢江成為我國最重要的水源地。雖然漢江干流水質總體良好，但中下游河段多次發生水華，需要的環境流量增加[2]。謝平等[3]指出，水質.水溫等均不是造成漢江水華發生的關鍵因素，水利工程影響下的流量、流速等才是制約漢江水華發生的關鍵因子。基于該理論，長江水利委員會通過實行漢江中下游梯級水庫聯合調度治理漢江水華，一度取得了較好的效果。2018年6月11-19日，長江防汛抗旱總指揮部首次對丹江口、王甫洲、崔家營、興隆水利樞紐4個梯級水庫實施漢江中下游聯合生態調度試驗。結合上游水庫消落、區間降雨來水等情況，采用加大下泄流量、人為降低水位、敞開閘門泄洪等措施制造人為洪峰，恢復漢江中下游干流的自然河流狀態。選取漢江干流王甫洲壩下、襄陽水文站、崔家營壩下3個監測斷面，分別在漲洪階段、峰頂階段、退洪階段3個時間段進行水質監測，采用污染指數法中的單因子污染指數法和內梅羅綜合污染指數法進行水質評價與對比，分析生態調度對漢江襄陽段總體水質的影響。

2 研究范圍與方法

2.1 研究斷面概況

襄陽水文站位于湖北省襄陽市城區，是漢江中游重要水文控制站。該站測驗斷面上游70 km處有王甫洲水利樞紐工程，下游13 km處有崔家營航電樞紐工程[4]。基于此，在漢江干流選取王甫洲壩下、襄陽水文站、崔家營壩下3個斷面進行水質研究。研究斷面示意見圖1。

漢江中下游梯級聯合生態調度于2018年6月13日開始，漲洪階段為6月13-15日，峰頂階段為6月16-18日，退洪階段6月19-26日。根據調度方案，襄陽水文站斷面作為重點監測斷面，在6月13-20日每日監測一次，退洪階段采樣頻次減少，于6月22日和6月28日再各監測一次。王甫洲壩下于6月12日、6月15日及6月28日再各監測一次。崔家營壩下于6月13日、6月16日及6月28日各監測一次。監測項目有水溫、pH值、電導率、溶解氧、透明度、總磷、總氮、磷酸鹽、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、高錳酸鹽指數、葉綠素a、TOC、硅、鐵、錳、銅、汞、砷、鉛、鉻、鎘、鈣等24項水質指標。

2.2 評價方法

單因子指數法是最簡單的環境質量指數（無量綱）計算方法，對每個污染因子進行單獨評價，經統計得出各自的達標率或超標率、超標倍數、統計倍數、統計代表值等結果[5]。單因子指數法對影響水環境質量的各種監測指標全部實行“一票否決”或“一刀切”，難以科學、客觀地反映地表水環境質量水平或其具有的環境功能[5]。內梅羅指數由美國敘拉古大學內梅羅于1974年在《河流污染科學分析》一書中提出。內梅羅指數是一種兼顧極值或稱突出最大值的計權型多因子環境質量指數[5]。內梅羅指數特別突出了污染最嚴重的評價因子，同時也在一定程度上兼顧了其他水質較好的參評因子對總體結果的貢獻，尤其避免了在計算過程中各因子權重人為賦值的主觀影響[6]。

根據漢江段水質污染特點，以GB3838-2002《地表水環境質量標準》中的Ⅲ類水為標準，分別采用內梅羅指數法和單因子指數法，選擇總磷、氨氮、高錳酸鹽指數、鋅等4項指標對王甫洲壩下、襄陽水文站、崔家營壩下斷面水質進行評價計算。

3 結果與討論

3.1 水質類別比較

采用內梅羅指數法對3個斷面進行水質評價，結果見表1。由表1可知，洪峰前后斷面水質指標污染指數Pi值與污染指數，值均小于1，說明漢江襄陽段水質一直維持在較好的水平。但是在峰頂階段，受洪峰影響，Pi值與，值明顯增大。

采用單因子指數法的評價結果顯示，洪峰前后總體水質以I、Ⅱ類為主，其中漲洪階段I類水質斷面占33%，Ⅱ類水質斷面占67%，總體水質較好;峰頂階段水質受面源污染略有變差，Ⅱ類水質斷面占100%;退洪階段水質與峰頂階段相比，污染物濃度有所下降，但是存在滯后效應，水質無明顯變化，Ⅱ類水質斷面占100%。各斷面水質情況詳見表2。總體上，漢江襄陽段水質狀況一直維持在較好水平。由此可見，內梅羅綜合污染指數法與單因子評價法的評價結果一致。

3.2 主要污染物濃度比較

襄陽水文站位于丹江口大壩下游109 km[7]，故洪峰較丹江口大壩有所延遲。6月13～ 28日推算的采樣時刻的瞬時流量如圖2所示。由圖2可見，6月16日流量達到最大值，6月16～22日流量維持在3 000m3/s，6月28日恢復正常。

襄陽水文站在生態調度期間水文參數統計見表3。由表可知，從6月14日開始，下泄流量開始進入襄陽水文站斷面，隨著流量的增大，斷面水位和流速也在不斷增大;6月16日，水位和流量均達到最大值，斷面流速也達到了0.74 m/s，退洪階段斷面水位維持在64.94 m;流量和斷面平均流速不斷下降，其中6月28日的流量與斷面平均流速大約為22日的1/2。

襄陽水文站斷面6月13～ 28日水質監測結果見圖3。由于pH值、電導率、溶解氧、透明度、總氮、磷酸鹽、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、葉綠素a、TOC、硅、銅、汞、砷、鉛、鉻、鈣等水質指標監測濃度較低，無明顯變化，故圖3僅對水質變化幅度較大的高錳酸鹽指數、鐵、錳3項水質指標的濃度變化進行了比較。

由圖3可見，該斷面在漲洪階段，隨著流量的不斷增大，其面源污染負荷增大[8]。高錳酸鹽指數、鐵、錳的濃度趨于增高，流量和水位于6月16日均達到最大值，6月17日斷面平均流速達到最大值后，高錳酸鹽指數、鐵、錳的濃度也隨之達到最大值。退洪階段，流量逐漸減小，隨著時間持續延長，流經斷面的水不斷更新，高錳酸鹽指數的濃度也逐漸降低，鐵、錳濃度值偶有波動，但是其變化趨勢與斷面流量和流速變化一致，有一個小幅度增大之后繼續減小的過程，總體上鐵、錳的濃度還是趨于降低態勢。

王甫洲壩下和崔家營壩下在生態調度期間水文參數統計見表4～5。由表可知，下泄流量于6月13日開始進入王甫洲壩下，斷面水位、流量和平均流速在6月16日均達到最大值;退洪階段，斷面水位維持在89.7 m，流量和斷面平均流速不斷下降，其中6月28日的流量與斷面平均流速大約為6月16日的1/2。下泄流量從6月14日開始進入崔家營壩下，斷面水位、流量和平均流速在6月17日均達到最大值，退洪階段，斷面水位維持在58.0 m，流量和斷面平均流速不斷下降。

王甫洲壩下和崔家營壩下兩個斷面在漲洪階段中期及退洪階段水質監測結果見表6。由表6可看出，王甫洲壩下和崔家營壩下斷面的水質參數濃度變化與襄陽水文站類似，均為在漲洪階段因面源污染而變大，在退洪階段又因水量的稀釋作用變小。斷面水質參數的濃度變化與水位、流量和斷面平均流速變化趨勢一致。

3.3 水質變化趨勢分析

應用內梅羅污染指數法，對王甫洲壩下、襄陽水文站、崔家營壩下3個斷面分別進行分析計算，可得出采樣日期與內梅羅污染指數的關系，結果見圖4。

（1）從內梅羅污染指數的變化情況可以看出，漢江襄陽段水質環境質量較好，水體較清潔，所有采樣階段的內梅羅污染指數，值均小于1。

（2）襄陽水文站和王甫洲壩下斷面的，值均呈現先增大后減小的趨勢，整體水質無明顯變化。漲洪階段王甫洲壩下斷面，值增加更快，其同期，值比襄陽水文站斷面更大;退洪階段I值減小更快，其同期，值較襄陽水文站斷面更小。

（3）崔家營壩下斷面的，值一直呈增大趨勢，漲洪階段其I值比襄陽水文站斷面增大更慢，同期I值比襄陽水文站斷面更小;退洪階段I值還在增大，可能與采樣周期不夠長，水量稀釋帶來的改善效應有所滯后，受支流其他斷面的影響等有關。

該結果與張秀菊等[9]對水量水質聯合調度的研究結果一致，即水量調度可在一定程度上改善水質狀況，但是引水方案對水體水質的改善以水量稀釋為主，污染物遷移、轉化作用較弱。

4 結論

（1）內梅羅綜合污染指數法與單因子評價法的評價結果一致，漢江襄陽段水質一直維持在較好水平。

（2）通過開展漢江中下游聯合生態調度試驗，增加丹江口水庫下泄流量，增大壩下游河段的水面流速，可在一定程度上改善漢江下游水質狀況。

（3）通過內梅羅污染指數變化分析，生態調度漲洪階段受面源污染影響而污染物濃度變大，退洪階段因為水量的稀釋作用污染物濃度變小。生態調度通過流量調節方法可以改變斷面水質狀況，但是對水體水質的改善效果以水量稀釋為主，污染物遷移、轉化作用較弱。

（4）建議有關部門加強對區域污染物人河量的控制，從源頭治理，降低漢江襄陽段污染物本底濃度，進而從根本上改善水質狀況。

參考文獻：

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