石佛寺水庫蓄水初期生態(tài)建設(shè)及水質(zhì)演變分析

李穎卓

（遼寧省石佛寺水庫管理局，遼寧 沈陽 110129）

1 石佛寺水庫生態(tài)建設(shè)簡介

遼河石佛寺水庫一期工程是遼河干流唯一的一座控制性工程，壩址位于沈陽市新城子區(qū)黃家鄉(xiāng)和法庫縣依牛堡鄉(xiāng)，距沈陽市區(qū)約47 km。壩址以上流域面積164786 km2，其中省內(nèi)流域面積16161 km2。庫區(qū)淹沒范圍為50.41 km2，回水長度21.17 km。淹沒區(qū)涉及沈北新區(qū)黃家鄉(xiāng)、法庫縣依牛堡鄉(xiāng)和鐵嶺縣新臺子鎮(zhèn)、阿吉鎮(zhèn)、凡河鎮(zhèn)共3個縣區(qū)、5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、24個自然屯。

2009年5—9月份對水庫進行蓄水試驗，蓄水位為46.2 m高程，水庫庫容1882萬m3，水面面積達到16.13 km2，占水庫總淹沒面積的32%，生態(tài)治理面積達22.6 km2。庫區(qū)內(nèi)種植蘆葦143 hm2、蒲草 32.2 hm2。2010年 4—5月種植荷花 101.5 hm2。經(jīng)過幾年的發(fā)展，由于生態(tài)環(huán)境逐步改善，水庫生態(tài)群落基本形成，包括挺水型、沉水型、浮水型和漂浮型植物，優(yōu)良的環(huán)境又吸引了大量的水鳥在此安家落戶，已經(jīng)形成了一個人與自然和諧相處的完整的濕地生態(tài)系統(tǒng)。挺水植物主要有：荷花、蘆葦、蒲草、澤瀉、水芹、雨久花、野慈姑、光棍草、紅蓼等；沉水植物主要有：金魚藻、黑藻、穗狀狐尾藻、小慈藻、黑藻、菹草、苦草等；浮水植物主要有：水陸兩棲蓼、眼子菜、睡蓮、丘角菱、荇菜等；漂浮型植物主要有：槐葉萍、水萍等。

2 水質(zhì)監(jiān)測情況及評價方法的選取

2.1 水質(zhì)監(jiān)測情況

蓄水試驗實施過程中，對庫區(qū)水質(zhì)進行了多點位監(jiān)測，在整個庫區(qū)布置地表水監(jiān)測斷面5個，共計13個監(jiān)測點，按照水流方向由上至下分別為朱爾山斷面、陳平拉馬河支流斷面、庫區(qū)上斷面、庫區(qū)下斷面、泄洪閘下斷面。

蓄水試驗工程以后，每月對入庫、庫中及出庫水質(zhì)進行監(jiān)測，共3個監(jiān)測點。

2.2 評價方法的選取

水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法，既能定性評價、也能定量評價；既不會因個別水質(zhì)指標(biāo)較差就否定綜合水質(zhì)，又能對綜合水質(zhì)做出合理的評價。用標(biāo)識指數(shù)法對石佛寺水庫庫區(qū)地表水水質(zhì)進行現(xiàn)狀評價，選取溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、生化需氧量、氨氮、總磷、總氮和氟化物8項指標(biāo)為評價因子，按照水質(zhì)評價標(biāo)準為GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準》進行評價。

3 計算過程與評價結(jié)果分析

3.1 單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)Pi的計算

利用石佛寺水庫庫區(qū)地表水13個水質(zhì)監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行現(xiàn)狀評價，分別在枯水期（2010年4月）與豐水期（2010年8月）對其進行評價。選取8個評價因子對其水質(zhì)進行現(xiàn)狀評價，水庫的水環(huán)境功能區(qū)類別為Ⅲ類，即f1=3。以庫區(qū)上中監(jiān)測的高錳酸鹽指數(shù)為例，其監(jiān)測值為6.24 mg/L，按照GB3838-2002可知：Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準限值6 mg/L<監(jiān)測值6.24 mg/L<Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準限值10 mg/L。因此X1=4，表示該指標(biāo)是Ⅳ類水；X2=（6.24-6）×10/（10-6）=0.6≈1；通過將該單項水質(zhì)類別與水環(huán)境功能區(qū)類別的比較可知，水質(zhì)類別差于功能區(qū)類別，且X2不為0，所以X3=4-3=1；因此單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)Pi=X1.X2 X3=4.11?？菟?、豐水期單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法對單項指標(biāo)水質(zhì)的評價結(jié)果見表1，2及圖1。

表1 枯水期單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法對單項指標(biāo)水質(zhì)的評價結(jié)果

從表1可以發(fā)現(xiàn)，表中8項評價因子中污染物的污染程度從大到小依次為：總氮、氨氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、生化需氧量、氟化物、溶解氧。主要超標(biāo)因子為總氮、氨氮和總磷。

表2 豐水期單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法對單項指標(biāo)水質(zhì)的評價結(jié)果

從表2可以發(fā)現(xiàn)，表中8項評價因子中污染物的污染程度從大到小依次為：總氮、生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、溶解氧、化學(xué)需氧量、氨氮、氟化物。主要超標(biāo)因子為總氮、生化需氧量、總磷。

圖1 單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法評價后的枯、豐水期各評價因子均值比較

由圖1可以清楚的看出，在枯水期嚴重超標(biāo)的總氮、總磷含量在豐水期有明顯的好轉(zhuǎn)，而氨氮含量變化不大。需要指出的是生化需氧量在豐水期成上升趨勢。

3.2 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)Iwq的計算

水庫的水環(huán)境功能區(qū)類別為Ⅲ類，即f1=3。庫區(qū) 上 中 監(jiān) 測 點 的 溶 解 氧 ，CODMn，COD，BOD5，NH3-N，TP，TN，氟化物8個評價因子為例：

從監(jiān)測數(shù)據(jù)中上述8個評價因子與水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)的對比看，X3=5，說明有5個單項指標(biāo)不能達到功能區(qū)目標(biāo)；綜合水質(zhì)類別差于水環(huán)境功能區(qū)類別，而且X2不為零，所以X4=5-3=2，所以綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)Iwq=4.852。

3.3 評價結(jié)果分析

通過綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的整數(shù)位和小數(shù)點后第一位X1.X2，可以判定綜合水質(zhì)級別?？菟诰C合水質(zhì)類別一般為Ⅳ類、Ⅴ類水，不能滿足水功能區(qū)類別。豐水期，綜合水質(zhì)類別一般為Ⅱ類、Ⅲ類水，豐水期較枯水期水質(zhì)好，豐水期水質(zhì)都能達到功能區(qū)類別。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法評價結(jié)果見圖2。

圖2 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法評價結(jié)果

4 石佛寺庫區(qū)地表水水質(zhì)現(xiàn)狀分析

對庫區(qū)2010年枯水期及豐水期水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比，就不同時期主要污染因子進行分析。

4.1 枯水期

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法評價結(jié)果顯示庫區(qū)地表水水質(zhì)屬于Ⅳ—Ⅴ類水，枯水期水質(zhì)較差，主要是由于水庫蓄水過程中由于遼河水的引入造成庫區(qū)地表水水質(zhì)的惡化。

下面針對各污染因子加以分析：

1）總氮

布置的13個庫區(qū)地表水質(zhì)監(jiān)測點數(shù)據(jù)顯示總氮濃度均嚴重超標(biāo)，最大超標(biāo)倍數(shù)為27.5倍?？偟诳拷骱硬蹆?nèi)濃度最大，庫區(qū)內(nèi)較主河槽總氮濃度小，即遼河右岸較遼河左岸濃度大，庫區(qū)下較庫區(qū)上總氮濃度大，閘下總氮濃度相對最低。

2）氨氮

除庫區(qū)上監(jiān)測斷面，其余監(jiān)測斷面的監(jiān)測點處氨氮均超標(biāo)，最大超標(biāo)倍數(shù)為2.88倍。對于氨氮超標(biāo)情況，在庫區(qū)內(nèi)與庫區(qū)外氨氮濃度比較均勻，濃度值沒有太大波動。

3）高錳酸鹽指數(shù)

在布置的5個監(jiān)測斷面上的所有監(jiān)測點上，所有監(jiān)測點高錳酸鹽指數(shù)均超標(biāo)，最大超標(biāo)倍數(shù)達4.05倍，出現(xiàn)在遼河上游。綜合分析，遼河左岸較遼河右岸水質(zhì)差，庫區(qū)內(nèi)高錳酸鹽指數(shù)污染因子的變化規(guī)律為：庫區(qū)下較庫區(qū)上水質(zhì)差。

4.2 豐水期

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法評價結(jié)果顯示庫區(qū)地表水水質(zhì)屬于Ⅱ—Ⅲ類水，豐水期水質(zhì)較枯水期水質(zhì)好。下面針對各污染因子加以分析：

1）總氮

豐水期總氮濃度與庫區(qū)水總氮相比，濃度顯著降低，雖然布置的13個庫區(qū)地表水質(zhì)監(jiān)測點數(shù)據(jù)顯示總氮濃度均有輕微超標(biāo)，但最大超標(biāo)倍數(shù)僅為5.5倍。與枯水期總氮濃度變化趨勢相似，總氮在靠近主河槽內(nèi)濃度較大，庫區(qū)內(nèi)較主河槽總氮濃度小，即遼河右岸較遼河左岸濃度大，庫區(qū)下較庫區(qū)上總氮濃度大。

2）生化需氧量

各監(jiān)測斷面顯示生化需氧量也存在一定程度的超標(biāo)問題，最大超標(biāo)倍數(shù)為5.05倍。遼河左岸較遼河右岸的生化需氧量污染嚴重，遼河下游較遼河上游生化需氧量低。

3）總磷

對于總磷的污染情況分析顯示，總磷的污染程度較輕，只有在遼河上游斷面出現(xiàn)總磷的部分超標(biāo)，最大超標(biāo)倍數(shù)為2.25倍。

4.3 2013年庫區(qū)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果分析

2013年庫區(qū)水質(zhì)較2010年有明顯好轉(zhuǎn)，大部分指標(biāo)達到地表水水質(zhì)Ⅲ類標(biāo)準，主要超標(biāo)項為總磷、總氮、鐵、猛及糞大腸菌群，水庫出口水質(zhì)好于水庫入庫水質(zhì)。但4月份以后葉綠素指標(biāo)明顯上漲，按營養(yǎng)化指標(biāo)價評價，采用透明度、高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷、葉綠素α等5個參數(shù)分別評價，綜合評價入庫口、庫區(qū)、出庫，均處于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)。水庫生態(tài)工程實施，對入庫水質(zhì)起到了一定的凈化作用，呈現(xiàn)良性循環(huán)的趨勢?？偟?、總磷依舊是主要的超標(biāo)項目。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié) 論

水庫蓄水前全年庫區(qū)范圍內(nèi)遼河水質(zhì)為Ⅴ類水，蓄水后庫區(qū)水質(zhì)豐水期屬于Ⅱ～Ⅲ類水，枯水期為Ⅳ類水。蓄水后加之庫區(qū)生態(tài)工程建設(shè)的實施，庫區(qū)出庫斷面的水質(zhì)要好于入庫斷面；豐水期水質(zhì)好于枯水期水質(zhì)；庫區(qū)內(nèi)水體總氮的濃度無論的枯水期還是豐水期都是污染因子中最高的，2013年監(jiān)測結(jié)果表明總氮依舊是主要污染因子，需加強監(jiān)測，針對性的采取治污措施。在濕地植物選擇上增加吸收氮效果更佳的水生植物。

5.2 建議

5.2.1 加大污染源的治理和防治力度

加強庫區(qū)及上游地區(qū)污染源的治理是遼河石佛寺庫區(qū)水質(zhì)改善的關(guān)鍵。石佛寺水庫是典型的平原水庫，水庫庫區(qū)面積大，涉及的縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)較多，只有從源頭上控制污染,庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境才能得到有效保護。遼河兩岸保護區(qū)的劃定，河灘地一定范圍內(nèi)禁止耕種農(nóng)田，減少了化肥、農(nóng)藥排入遼河的總量，對改善水質(zhì)起到尤為重要的作用。建議對排污單位收取排放保證金，用于控制達標(biāo)排水。

5.2.2 進行水庫生態(tài)調(diào)度研究

石佛寺水庫為典型的平原水庫，水庫蓄水后庫區(qū)水流由原來的流動狀態(tài)改變?yōu)橄鄬o止，水的流態(tài)、流速以及水面均發(fā)生較大變化，由于水流條件的改變，水體中污染物的擴散和自凈能力將發(fā)生相應(yīng)的變化。水流相對蓄水前變緩，荷花種植區(qū)在庫區(qū)的左岸，遠離主河槽，水流流速很小，水深較淺，是誘發(fā)該庫區(qū)水體富營養(yǎng)化甚至爆發(fā)“水華”的因素之一。在水庫蓄水初期由于水流對庫底的擾動等因素，水體中懸浮物等指標(biāo)將出現(xiàn)一定時期的增高，蓄水期間庫灣和庫尾有機污染會加重，并存在發(fā)生富營養(yǎng)化的趨勢。因此，必須要進行水庫的生態(tài)調(diào)度，在適當(dāng)時間改變水庫的泄量，進而改變水體流態(tài)，改善水庫水質(zhì)。

5.2.3 加強庫區(qū)水環(huán)境監(jiān)測

水環(huán)境監(jiān)測是水資源保護管理的基礎(chǔ)。石佛寺水庫處于蓄水初期，對工程運用與庫區(qū)水質(zhì)的關(guān)系、水生植物對庫區(qū)水質(zhì)的影響、蓄水前后庫區(qū)水質(zhì)變化、人工濕地建設(shè)等都需要長期的水環(huán)境監(jiān)測資料。

［1］遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院.石佛寺水庫蓄水試驗應(yīng)急防護工程實施方案設(shè)計報告［R］.2008，11.

［2］遼寧省水文水資源勘測局沈陽分局.石佛寺水庫環(huán)境質(zhì)量檢測與評價報告［R］.2010，12.

［3］王徹華，劉輝，余明星，周偉.三峽水庫蓄水至135 m庫區(qū)水質(zhì)變化分析與保護建議［J］.水利水電快報，2006（07）：24-27.