先覺廟水庫(kù)清淤與水環(huán)境保護(hù)

周彥洲，李華書，李吉濤

(襄陽(yáng)市水文水資源勘測(cè)局，湖北 襄陽(yáng) 441003)

1 概況

先覺廟水庫(kù)位于湖北省隨州市曾都區(qū)萬(wàn)店鎮(zhèn)，1958年7月開工，1960年2月竣工，是一座以防汛抗旱、城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉為主要功能的大(二)型水庫(kù)，具有多年調(diào)節(jié)功能. 從1990年起，該水庫(kù)向隨州市城區(qū)供水，供水人口達(dá)20多萬(wàn). 因上游河流攜帶的泥沙在河道與水庫(kù)交匯處形成了大面積的沙灘和淤泥，致使上游河道行洪受阻、水庫(kù)有效庫(kù)容減少，河床裸露、雜草叢生，生活垃圾、牲畜糞便、動(dòng)物尸體在河床上隨處可見，水源地的水量、水質(zhì)、水生態(tài)環(huán)境等方面受到影響. 為保證隨州市城區(qū)居民有一泓清澈、充沛、優(yōu)質(zhì)放心的水源，水庫(kù)清淤已成當(dāng)務(wù)之急.

水庫(kù)基本情況 先覺廟水庫(kù)承雨面積450km2，總庫(kù)容2.748×108m3，其中調(diào)洪庫(kù)容、興利庫(kù)容、死庫(kù)容分別為1.083×108m3、1.566×108m3、0.099×108m3. 壩頂高程112.6m，最大壩高31.8m，壩頂長(zhǎng)度550m. 校核、設(shè)計(jì)、正常、死水位分別為112.1m、110.4m、107.0m、90.0m. 設(shè)計(jì)灌溉面積6 000hm2，歷年最大實(shí)灌面積3 333hm2. 設(shè)計(jì)日供水能力9×104t，實(shí)際供水能力7×104t，取水口高程93.8m、輸水管線長(zhǎng)14.8km.[1]

水庫(kù)水位 1961年3月—2010年12月，歷年最高水位為108.05m(1963年)，最低水位為91.72m(1979年).[2]

水庫(kù)來(lái)水量 根據(jù)水庫(kù)下游塔兒灣水文站1956—2008年徑流量資料，分析計(jì)算先覺廟水庫(kù)的多年平均來(lái)水量1.415 7×108m3，最大年來(lái)水量3.411×108m3(1956年)，最小年來(lái)水量2.038×107m3(1999年).[2]

水庫(kù)供水保證程度 先覺廟水庫(kù)具有多年調(diào)節(jié)能力，根據(jù)1961年3月—2010年12月水庫(kù)庫(kù)內(nèi)長(zhǎng)系列水位觀測(cè)資料，在1978—1979年有203天的水位低于取水口高程，保證率達(dá)98.9%. 2006年水庫(kù)除險(xiǎn)加固后，又優(yōu)化了水庫(kù)調(diào)度規(guī)程，優(yōu)先保證城市供水.[2]

水庫(kù)淤積量與級(jí)配 先覺廟水庫(kù)多年平均懸移質(zhì) 3.32×104～6.64×104t/a，多年平均推移質(zhì) 5.0×103～1.99×104t/a，減少庫(kù)容 1.17×106～2.58×106m3，占水庫(kù)興利庫(kù)容的 0.7%～1.6%.[3]

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集底泥樣品的級(jí)配曲線分析，粒徑小于75μm的顆粒含量(泥量)占樣品總量的5%～8%.粒徑75μm～4.75 mm的巖石顆粒(沙量)占樣品總量的60%.

水庫(kù)天然水質(zhì)與清淤試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì) 清淤作業(yè)擾動(dòng)底泥，引起水庫(kù)天然水體的色度、渾濁度和懸浮物超標(biāo)，還可能把沉積在庫(kù)底、河底的重金屬離子重新帶入水中，造成水庫(kù)水質(zhì)的二次污染. 為此在庫(kù)區(qū)上游清淤試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)采集水樣和底泥樣品，分析底泥的顆粒級(jí)配曲線、檢測(cè)底泥重金屬指標(biāo)，分析色度、濁度、懸浮物等指標(biāo)影響范圍和持續(xù)時(shí)間，為水庫(kù)清淤的可行性提供科學(xué)依據(jù)并制定相應(yīng)方案.

2005年5月—2011年9月水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料表明，水庫(kù)水質(zhì)總體良好，基本項(xiàng)目I~II類水質(zhì)，飲用水源地補(bǔ)充項(xiàng)目均符合水質(zhì)要求[4-5]. 2011年9月10日，在天然狀態(tài)和清淤作業(yè)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)采集水樣，進(jìn)行水質(zhì)同步對(duì)比檢測(cè)，檢測(cè)及評(píng)價(jià)結(jié)果見表1—表3.

表1 先覺廟水庫(kù)水質(zhì)同步檢測(cè)評(píng)價(jià)表 /(mg/)

表2 先覺廟水庫(kù)水質(zhì)同步檢測(cè)評(píng)價(jià)表 /(mg/l)

表3 先覺廟水庫(kù)水質(zhì)同步檢測(cè)評(píng)價(jià)表 /(mg/l)

水庫(kù)底質(zhì) 2011年9月采集先覺廟水庫(kù)底質(zhì)，經(jīng)自然風(fēng)干和前置處理后檢測(cè)其重金屬的含量見表4，水庫(kù)底質(zhì)符合土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，基本保持自然背景水平，適用于集中式生活飲用水源地[6].

表4 先覺廟水庫(kù)底泥重金屬檢測(cè)評(píng)價(jià)表 /(mg/kg)

2 清淤作業(yè)水質(zhì)影響分析

水質(zhì)比對(duì)監(jiān)測(cè)表明，清淤作業(yè)引起水庫(kù)天然水體的色度、渾濁度和懸浮物顯著增高. 經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析，計(jì)算出水庫(kù)清淤作業(yè)時(shí)色度、渾濁度和懸浮物指標(biāo)的影響范圍和持續(xù)時(shí)間.

2.1 水質(zhì)影響時(shí)間分析

生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中水質(zhì)感官指標(biāo)主要包括色度、渾濁度等指標(biāo)[7]，懸浮物是色度、渾濁度主要影響因素之一.

1)色度：前5h色度降低的速率較快，12h可達(dá)到15度水質(zhì)的基本要求，48h可恢復(fù)至天然狀態(tài). 2)渾濁度：前3～5h濁度降低的速率較快，48～72h可達(dá)到1度水質(zhì)的基本要求，恢復(fù)至天然狀態(tài)需要72h以上. 3)懸浮物：粒徑大于0.5mm懸浮物在1～3h內(nèi)均可沉積在庫(kù)底，較小粒徑的懸浮物沉降速度慢，影響時(shí)間約3～5d[8].

2.2 水質(zhì)影響范圍分析

先覺廟水庫(kù)水面寬廣，水庫(kù)內(nèi)的水流流速甚微，幾乎為靜止?fàn)顟B(tài). 根據(jù)污染物在水中稀釋、擴(kuò)散規(guī)律，采用不均勻混合水質(zhì)模型計(jì)算，模型參數(shù)選用懸浮物.

1)水庫(kù)擴(kuò)散的水質(zhì)模型. 對(duì)難降解污染物，采用圓柱形座標(biāo)，擴(kuò)散方程[9]為：

2)污染物的影響范圍. 水庫(kù)清淤作業(yè)時(shí)造成作業(yè)點(diǎn)的懸浮物濃度超標(biāo)，平面形成以作業(yè)點(diǎn)為中心濃度逐漸向四周衰減的污染區(qū)域. 垂向隨時(shí)間不同、懸浮物濃度不同，成對(duì)數(shù)曲線形狀的濃度分布. 在無(wú)風(fēng)、上游來(lái)水很小的條件下，通過(guò)模型計(jì)算發(fā)現(xiàn)：對(duì)于粒徑小于0.5mm的懸浮物平面影響直徑為530～1 100m.

3 清淤方案與水資源保護(hù)

3.1 清淤方案

保證水源地的水質(zhì)安全是進(jìn)行水庫(kù)疏浚清淤的前提條件. 因此，清淤總體方案：

1)劃定清淤位置、范圍，嚴(yán)格限制清淤船只數(shù)量和作業(yè)方式. 2)根據(jù)水庫(kù)上游來(lái)水和庫(kù)內(nèi)水位情況確定清淤作業(yè)時(shí)間. 3)按照先上游后下游，先河道后庫(kù)區(qū)的順序進(jìn)行清淤，減少清淤作業(yè)形成新的淤積.

3.2 水資源保護(hù)措施

在清淤和運(yùn)淤過(guò)程中必須制定加應(yīng)的行之有效的水資源保護(hù)措施，加大水質(zhì)監(jiān)測(cè)力度，制定水資源保護(hù)的應(yīng)急措施.

工程措施 1)作業(yè)船只一律采用內(nèi)置發(fā)動(dòng)機(jī)，防止動(dòng)力燃油外泄. 2)預(yù)留500~800m的緩沖地帶，減少清淤作業(yè)擾動(dòng)水體. 3)運(yùn)淤碼頭設(shè)置泥漿收集系統(tǒng)，做到多級(jí)沉淀處理、無(wú)污染、清水排放. 設(shè)置相應(yīng)的隔離帶和截污溝，防止雨水和運(yùn)淤車的泥水進(jìn)入庫(kù)內(nèi).

非工程措施 1)按照規(guī)定的位置、時(shí)間、方式進(jìn)行清淤作業(yè)；按照規(guī)定航線航行；按照核定的噸位載重；按照固定的位置卸載. 2)禁止清淤和運(yùn)輸作業(yè)的生活垃圾、雜物等排泄到水庫(kù)中. 3)設(shè)置4~6個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面，按照不同水情和清淤工況進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè). 4)編制應(yīng)急預(yù)案，制定搶險(xiǎn)措施，配備一定數(shù)量的攔油柵防止清淤作業(yè)和運(yùn)輸作業(yè)漏油事故的發(fā)生，并適時(shí)組織突發(fā)漏油事故的演練.

通過(guò)上述分析及相應(yīng)的措施，可得如下結(jié)論：

1)清淤作業(yè)造成水庫(kù)天然水體的色度、渾濁度和懸浮物顯著增高. 2)色度12h可達(dá)基本要求，48h可恢復(fù)至天然狀態(tài)；渾濁度48～72h可達(dá)到基本要求，恢復(fù)至天然狀態(tài)需要72h以上；粒徑大于0.5mm懸浮物在1～3h內(nèi)均可沉積在庫(kù)底，較小粒徑的懸浮物沉降速度慢，影響時(shí)間約3～5d. 3)在無(wú)風(fēng)、上游來(lái)水很小的條件下，對(duì)于粒徑小于0.5mm的懸浮物平面影響直徑530～1 100m. 4)按照劃定的范圍、時(shí)間、順序、方式進(jìn)行清淤，嚴(yán)格執(zhí)行制定的水環(huán)境保護(hù)措施，將清淤工程帶來(lái)的水質(zhì)影響降低到最低限度，可達(dá)到清淤前水質(zhì)現(xiàn)狀，同時(shí)也為水庫(kù)的可持續(xù)發(fā)展、長(zhǎng)久利用奠定良好的基礎(chǔ).

[1] 湖北省水利廳. 湖北省大型水庫(kù)基本資料匯編[Z]. 武漢: 湖北省水利廳, 1981.

[2] 中華人民共和國(guó)水利部水文局, 長(zhǎng)江水利委員會(huì). 中華人民共和國(guó)水文年鑒(1956—2010第6卷第16冊(cè))[Z]. 武漢: 長(zhǎng)江水利委員會(huì).

[3] 湖北省水利廳. 湖北省分縣水土流失圖冊(cè)[Z]. 武漢: 湖北省水利廳, 2005.

[4] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局, 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2002.

[5] 中華人民共和國(guó)水利部. SL395-2007地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程[S]. 北京: 中國(guó)水利水電出版社, 2007.

[6] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局, 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB15618-1995土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 1995.

[7] 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部, 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB5749-2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2007.

[8] 張瑞瑾, 謝鑒衡, 陳文彪. 河流動(dòng)力學(xué)[M]. 武漢: 武漢大學(xué)出版社2007: 9-15.

[9] 方子云. 水資源保護(hù)工作手冊(cè)[M]. 南京: 河海大學(xué)出版社, 1988.