三河口水庫富營養化預測

高少澤,權 全,寇曉梅,萬 帆,牛 樂

(1.西安理工大學，陜西 西安 710048;2.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，陜西 西安 710061)

0 引言

為滿足人類生產生活的需求，大量的水利樞紐工程拔地而起，土地需求量、河道開發利用程度不斷加大，一系列的生態環境問題隨之凸顯，尤其是水生態環境方面的問題。隨著我國社會經濟實力不斷增強，人們的思想不再停留于只搞“大開發”，而是開始著眼于“大保護”，生態文明建設意識不斷增強，大型水利工程樞紐所帶來的生態環境安全的破壞受到了重視，生態修復成為熱點話題。

引漢濟渭工程對生態環境的影響范圍較廣，其水源工程黃金峽水庫、三河口水庫淹沒占地及其主體工程占地，秦嶺輸水隧洞的工程占地，水源工程和輸水工程移民安置區等，其總占地面積約為20 km2。該水資源配置系統工程，難度系數極大，牽涉面極廣，影響因素也眾多。在這種情況下，必然會對生態環境以及生物多樣性造成一系列的不利影響。

針對水源地工程，水庫富營養化是在水庫運行期最大的威脅[1]。水體富營養化預測是新建水庫的環境影響評價的重點，對水質參數進行精準預測，掌握水質變化趨勢，具有重要的理論價值和現實意義[2]。由于水位的季節性波動變化，濕地中的植被頻繁受到不同程度的水淹影響，導致了對水位變化不適應的植被大量消亡，造成該濕地區域植被群落減少，破壞了環境的穩定性，使得如水土流失，水質惡化現象等損害生態系統的問題多次出現[3]。近些年來，發現我們對水庫消落區的研究僅僅體現在減少水土流失、維持岸坡穩定、元素能量的循環轉化等方面，對消落區濕地植被的研究不是很多，未引起重視。本文根據水質監測數據，在對三河口水庫開展富營養化趨勢預測分析的基礎上，對高風險概率的區域提出合理化的管理和防治建議，為三河口庫區水體污染治理提供理論支持和科學依據。

1 概況

三河口水利樞紐是引漢濟渭工程的重要水源之一，也是整個引漢濟渭工程中具有較大水量調節能力的核心項目。樞紐位于整個引漢濟渭工程調水線路的中間位置，是整個工程的調蓄中樞。 樞紐位于佛坪縣與寧陜縣境交界、 漢江一級支流子午河中游峽谷段，壩址位于大河壩鄉三河口村下游約2 km 處，公路里程北距西安市約 170 km，南距漢中市約120 km，東距安康市約 140 km，北距佛坪縣城約 36 km，東距寧陜縣城約 55 km，南距安康市石泉縣城約 53 km，西距洋縣縣城約60 km。三河口水利樞紐主要由包括攔河大壩、泄洪放空系統、供水系統和連接洞等組成。水庫總庫容為 7.1 億 m3，調節庫容 6.5 億 m3，死庫容 0.23 億 m3。

三河口水庫水源區包括有溪河回水約 21 km 江段，蒲河回水約 18 km 江段，汶水河回水約 30 km 江段。水庫壩下游評價范圍延伸至子午河入漢江口，約 55 km 江段。水庫調水運行后壩前水位平均升高 97.39 m，枯水期水位升幅明顯，壩后河段水位降低 0.06 m～0.78 m，庫區水流流速減緩，由河道急流變為湖泊緩流，壩下游流速減小幅度為 0.01 m/s～0.15 m/s。建庫后，庫內泥沙淤積較慢，對河段輸水量影響不大。

2 設計水平年污染源及水質預測

2.1 污染源預測

三河口水庫無點源污染，影響區主要面源來源的農蓄牧業至規劃水平年期間繼續增長，但受產業結構調整的限制，增長速度會放慢，考慮到影響區將采取退耕還林和水土保持等措施，使化肥施用量有所下降，同時部分生活面源轉化為點源，在不考慮其他因素的情況下， 2025 年和 2030 年影響區面源產生量仍以現狀年為準。

2.2 水質預測

陜西省引漢濟渭工程環境影響報告書中，2011 年子午河三河口庫區及壩下5 個監測斷面各水期水質均達到《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)Ⅱ類水質標準，滿足《陜西省水功能區劃》規定的水質目標要求。2025 年預測結果表明，各水平年各斷面在豐水年、平水年、枯水年和特枯年，高錳酸鹽指數和氨氮濃度調水后呈增加的趨勢;不同代表年枯水期濃度變幅最大，豐水期濃度變幅最小。各水平年預測結果均不改變該河段水體現狀水質類別，即滿足《地表水環境質量標準》(GH 3838-2002)中Ⅱ類水質標準，符合《陜西省水功能區劃》中該河段Ⅱ類水質目標要求。因此，工程運行對三河口庫區河段總體水質影響不大，三河口水庫總體水質良好。

3 水庫富營養化預測與評價

3.1 模型選擇及參數確定

三河口水庫富營養化預測采用狄龍(Dillon)模型[4]，分別對水體中的高錳酸鹽指數、總磷和總氮的濃度進行預測。模型的數學表達式如下:

式中:C為水庫水體中氮、磷濃度，mg/L;E為水庫單位面積氮、磷負荷量，g/m2;R為氮、磷滯留系數;H為水庫平均深度，m;ρ為水力沖刷系數。

單位面積氮、磷負荷量E計算公式如下:

氮、磷滯留系數R計算公式如下:

其中Qi公式如下:

水力沖刷系數ρ計算公式如下:

式中:Qin為入流流量，m3/s;Pin為輸入水庫的總磷、總氮濃度，mg/L;A為水庫表面積，m2;Qi為單位面積水量負荷，m;Q為入庫水量，m3;V為水庫庫容，m3。

3.2 水庫富營養化評價

經預測，三河口水庫建成后，高錳酸鹽指數、總磷、總氮濃度均能達到《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)Ⅱ類水質標準[5]。預測結果見表1。

表1 三河口水庫各指標預測結果

參照湖泊(水庫)營養狀態評價標準表(見表2)。三河口水庫全庫全年總磷、總氮、高錳酸鹽指數為貧營養狀態，入庫支流汶水河、椒溪河以及蒲河各指標均為貧營養狀態。

表2 湖泊(水庫)營養狀態評價標準

由于三河口水庫為多年調節水庫，蒲河、汶水河回水區水體流動緩慢，夏季水溫較高等特點，分析認為，三河口水庫運行期出現整體富營養化的可能性不大，但由于水體總磷、總氮本底濃度較高，加上水庫蓄水初期被淹植物殘體氮、磷的釋放，在水庫蓄水后的3 年～5 年內，水庫中死水區、庫汊的水體，不排除出現富營養化的可能。且直接容納較多點源排放的污染物，會出現水質變差、有機污染物及營養物濃度增加的趨勢，夏季適宜條件下有富營養化的可能。

4 結論與建議

(1)三河口水庫為年調節水庫，調節性能較強，水庫水交換緩慢，尤其是支流及庫灣水流流速緩慢。由于水體總磷、總氮本底濃度較低，三河口水庫運行期出現整體富營養化的可能性不大，但水庫死水區、庫汊的水體以及支流(椒溪河、汶水河、蒲河)等庫區主要支流在夏季適宜條件下不排除有富營養化的可能，故在植被修復時需要考慮到植被的水質凈化作用。

(2)三河口庫區消落帶植被重建的物種篩選仍將集中在當地物種的擇優選取，應該依據庫區消落帶的實際調水節律和反復淹水的特點進行長期的篩選試驗，除了通過測定植物的生長情況和光合特性等方面隨著水位漲落的變化來判斷其耐淹耐旱程度，研究時還將考慮物種在非生長季的淹水情況，對當地生態的影響，以及種間和群落關系等多方面因素。