漢江中下游干流水電梯級(jí)開發(fā)的水環(huán)境影響分析

文威，李濤，韓璐

1. 中南安全環(huán)境技術(shù)研究院有限公司，湖北 武漢 430071 2.湖北省環(huán)境科學(xué)研究院，湖北 武漢 430072 3. 環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012

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漢江中下游干流水電梯級(jí)開發(fā)的水環(huán)境影響分析

文威1，2，李濤1，2，韓璐3

1. 中南安全環(huán)境技術(shù)研究院有限公司，湖北 武漢 430071 2.湖北省環(huán)境科學(xué)研究院，湖北 武漢 430072 3. 環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012

以漢江中下游水電梯級(jí)開發(fā)為例，通過收集開發(fā)前后水環(huán)境資料，分析水電梯級(jí)開發(fā)對(duì)漢江中下游干流水體形態(tài)、徑流量、水質(zhì)和水溫4個(gè)方面的影響。結(jié)果表明：漢江中下游干流水電梯級(jí)開發(fā)極大程度地改變了工程所在漢江河段的水體形態(tài)，主要表現(xiàn)在庫區(qū)平均流速減小，平均水深增大；丹江口樞紐作為漢江中下游水電梯級(jí)開發(fā)的控制性樞紐，水庫調(diào)度運(yùn)行對(duì)下游河段月平均流量調(diào)節(jié)作用明顯；水電梯級(jí)開發(fā)沒有造成漢江中下游王甫洲和崔家營樞紐河段水質(zhì)惡化；丹江口樞紐對(duì)壩址下游河段水溫影響顯著，王甫洲和崔家營樞紐建成對(duì)壩址下游河段水溫?zé)o顯著影響。

漢江中下游；梯級(jí)開發(fā)；水環(huán)境

隨著流域水電開發(fā)的快速發(fā)展和人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，流域水電梯級(jí)開發(fā)對(duì)環(huán)境的影響日益引起人們的廣泛關(guān)注[1-3]。流域水電梯級(jí)開發(fā)環(huán)境影響分析及相關(guān)研究也廣泛開展：魏浪等[4]研究了烏江上游梯級(jí)水庫富營養(yǎng)化狀況，結(jié)果表明，梯級(jí)電站大壩阻隔引起的水動(dòng)力條件變化，N和P等營養(yǎng)鹽輸入、網(wǎng)箱養(yǎng)殖、日照和水溫條件均對(duì)庫區(qū)富營養(yǎng)化狀況產(chǎn)生重要影響；薛聯(lián)芳等[5]研究了紅水河干流水電梯級(jí)開發(fā)對(duì)水質(zhì)的累積影響，結(jié)果表明，紅水河梯級(jí)水庫建成后對(duì)水質(zhì)的影響呈順向累積效應(yīng)，沒有出現(xiàn)逆向累積變化，梯級(jí)開發(fā)沒有導(dǎo)致水質(zhì)惡化；侯保燈等[6]研究了岷江上游河段水電梯級(jí)開發(fā)對(duì)水環(huán)境的累積影響，結(jié)果表明，水電梯級(jí)開發(fā)導(dǎo)致徑流量逐年下降，水量年內(nèi)分配發(fā)生明顯改變，水質(zhì)累積影響變化不大，水溫累積影響較大，可能會(huì)對(duì)下游魚類生長和繁殖、浮游植物和動(dòng)物的生長及分布等產(chǎn)生一定的影響。

漢江中下游干流河段水電梯級(jí)開發(fā)始于20世紀(jì)70年代，開發(fā)建設(shè)年代早，且中下游干流水電梯級(jí)中丹江口樞紐為南水北調(diào)中線工程水源地，涉及跨流域調(diào)水，環(huán)境影響復(fù)雜，相關(guān)研究成果眾多，但多集中在南水北調(diào)中線工程對(duì)漢江中下游水文情勢(shì)、生態(tài)環(huán)境、水質(zhì)、水環(huán)境容量和水體富營養(yǎng)化等方面的影響[7-12]，對(duì)水電梯級(jí)開發(fā)的環(huán)境影響鮮有研究。筆者初步探討了漢江中下游干流水電梯級(jí)開發(fā)對(duì)水環(huán)境的影響，以期為水電梯級(jí)的開發(fā)建設(shè)提供參考。

1 研究區(qū)域概況

漢江是長江最大的一級(jí)支流，其干流全長1 577km，流域控制面積15.9萬km2。漢江干流丹江口以上為上游，河長925 km，流域控制面積9.5萬km2。丹江口以下至漢口為中下游，河長652 km，流域控制面積6.4萬km2[13-14]，設(shè)有黃家港、襄陽、皇莊、沙洋和仙桃等5座水文站(圖1)。

漢江中下游干流水電梯級(jí)主要開發(fā)規(guī)劃方案為丹江口—王甫洲—新集—崔家營—雅口—碾盤山—興隆7個(gè)梯級(jí)樞紐。截止目前，已建成丹江口、王甫洲、崔家營和興隆4個(gè)梯級(jí)樞紐，新集、雅口和碾盤山樞紐正在開展論證和設(shè)計(jì)工作。各梯級(jí)樞紐特性見表1。

表1 漢江中下游干流梯級(jí)樞紐特性Table 1 The characteristics of cascade hub in middle and lower of Hanjiang River downstream

2 資料來源及研究范圍和時(shí)段

水文數(shù)據(jù)源自丹江口下游黃家港水文站實(shí)測(cè)以及丹江口(建庫前采用1956—1959年數(shù)據(jù)，建庫后采用1968—2011年數(shù)據(jù))、王甫洲(建庫前采用1969—1985年數(shù)據(jù)，建庫后采用2000—2011年數(shù)據(jù))和崔家營(建庫前采用2000—2010年數(shù)據(jù)，建庫后采用2011年數(shù)據(jù))樞紐調(diào)度運(yùn)行數(shù)據(jù)；水質(zhì)和水溫?cái)?shù)據(jù)源自湖北省水網(wǎng)例行監(jiān)測(cè)斷面，監(jiān)測(cè)頻次為每月1次。

考慮到漢江中下游干流梯級(jí)中丹江口樞紐建成時(shí)間較早，建成之前水質(zhì)資料缺乏；興隆樞紐于2014年9月建成，成庫時(shí)間較短，庫區(qū)水質(zhì)指標(biāo)不穩(wěn)定：因此，水質(zhì)研究范圍以王甫洲和崔家營2個(gè)梯級(jí)樞紐為重點(diǎn)。王甫洲和崔家營樞紐水質(zhì)變化分別選取老河口沈?yàn)澈拖尻柊准覟硵嗝姹O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，區(qū)間沒有大的污染源排入，斷面水質(zhì)變化基本可以反映水電梯級(jí)建設(shè)對(duì)其的影響；崔家營樞紐水溫?cái)?shù)據(jù)選取襄陽余家湖斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并采用長時(shí)間序列的多年平均數(shù)據(jù)弱化流量、水質(zhì)等參數(shù)本身隨時(shí)間變化的影響。

丹江口樞紐是南水北調(diào)中線工程的水源地，中線調(diào)水工程于2014年12月正式運(yùn)行，但其運(yùn)行時(shí)間較短，對(duì)下游的影響尚未完全顯現(xiàn)，因此，研究時(shí)段為南水北調(diào)中線工程調(diào)水實(shí)施前，不考慮調(diào)水工程的疊加影響。

3 水環(huán)境影響回顧評(píng)價(jià)

3.1 對(duì)河流水體形態(tài)的影響

王甫洲和崔家營梯級(jí)樞紐建成后，工程所在河段水面及水深發(fā)生顯著變化，其運(yùn)行前后水文參數(shù)變化見表2。由表2可知，王甫洲樞紐運(yùn)行后，在枯水期，水域面積、體積、平均水深及平均水面寬度為天然情況下的3.65、1.92、6.14和4.54倍，而平均流速則減緩，僅為天然情況下的33%。崔家營樞紐運(yùn)行后，在枯水期，水域面積、體積、平均水深及平均水面寬度為天然情況下的1.39、2.04、6.12和3.50倍，而平均流速則減緩，僅為天然情況下的19%。

表2 漢江中下游干流已建梯級(jí)樞紐運(yùn)行前后水文參數(shù)變化(枯水期)Table 2 The change of hydrological parameters before and after operation of cascade hub in middle and lower reaches of Hanjiang River(lower water period)

總體來說，漢江中下游干流王甫洲和崔家營梯級(jí)樞紐的建設(shè)極大程度地改變了工程河段的水體形態(tài)，樞紐水庫建成蓄水后，庫區(qū)水位抬高，水面面積增加，水深增大，流速減緩，使得原本上下連通的天然河道變成壩上水庫和壩下河道相間的格局。漢江中下游7個(gè)水電梯級(jí)樞紐除碾盤山—興隆樞紐之間有40 km長流水河段，其余各樞紐均首尾銜接，在7個(gè)樞紐全部建成后，漢江中下游將由河流形態(tài)變?yōu)樗畮煨螒B(tài)。

由于丹江口、王甫洲和崔家營樞紐大壩的阻隔，魚類資源較天然情況下有較大變化，崔家營樞紐大壩以上已沒有產(chǎn)漂流性卵魚類的產(chǎn)卵場(chǎng)，只有零星的產(chǎn)黏性卵魚類的繁殖，其產(chǎn)卵場(chǎng)轉(zhuǎn)移到崔家營樞紐大壩下游河段[15]。隨著新集、雅口和碾盤山樞紐的建設(shè)，漢江中下游魚類產(chǎn)卵場(chǎng)被淹沒，洄游通道被阻隔，將進(jìn)一步導(dǎo)致產(chǎn)卵場(chǎng)面積萎縮，繁殖群體減少，產(chǎn)卵場(chǎng)規(guī)模顯著減小。

3.2 對(duì)流量的影響

圖2為丹江口樞紐建庫前后壩下流量的變化。由圖2可知，丹江口樞紐建庫前(1956—1959年)的月平均流量為274～3 750 m3s，建庫后(1968—2011年)月平均流量為722～2 486 m3s。丹江口水庫對(duì)豐水期及枯水期流量調(diào)節(jié)作用明顯，主要表現(xiàn)在枯水期(12月和1—2月)月平均流量有較大增加，由314 m3s增加到764 m3s，增幅143%；豐水期出庫流量減少，7月月平均流量由3 750 m3s減少到1 552 m3s，減少58.6%。

圖2 丹江口樞紐建庫前后壩下流量變化Fig.2 Flowing variation before and after Danjiangkou hub builded

圖3為王甫洲樞紐建庫前后壩下流量變化。由圖3可知，王甫洲樞紐建庫前(1969—1985年)月平均流量為693～2 026 m3s，建庫后(2000—2011年)

第三是多層互動(dòng)評(píng)價(jià)。首先，組織學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)觀看各小組處理旅游者投訴過程，學(xué)生通過現(xiàn)場(chǎng)觀看各組處理投訴的方法及程序后，完成對(duì)各小組現(xiàn)場(chǎng)處理方法的評(píng)價(jià)，并進(jìn)行自評(píng)、互評(píng)，將評(píng)價(jià)結(jié)果上傳APP平臺(tái)；其次，邀請(qǐng)各行業(yè)專家以第二教師身份在APP平臺(tái)上了解各組學(xué)生處理投訴的全過程，并實(shí)現(xiàn)在線點(diǎn)評(píng)，同學(xué)們?cè)诼犎⌒袠I(yè)專家及教師的意見和講解，對(duì)問題的處理方法及技巧進(jìn)行改進(jìn)后，將修改結(jié)果再次上傳平臺(tái)。教師同時(shí)還請(qǐng)出得分最高的同學(xué)分享本次課學(xué)習(xí)體會(huì)。最后，教師依據(jù)典型性錯(cuò)誤進(jìn)行共性講解，提出優(yōu)化方法。

月平均流量為694～2 010 m3s。由于王甫洲樞紐僅具有日調(diào)節(jié)能力，工程建成對(duì)年內(nèi)月平均流量影響不大。表3為2011年王甫洲樞紐月平均出入庫流量。由表3可知，樞紐建成對(duì)年內(nèi)月平均流量影響不大。崔家營樞紐和王甫洲樞紐類似，僅具有日調(diào)節(jié)能力，對(duì)年內(nèi)和月內(nèi)流量沒有調(diào)節(jié)作用。

圖3 王甫洲樞紐建庫前后壩下流量變化Fig.3 Flowing variation before and after Wangfuzhou hub builded

表3 2011年王甫洲樞紐月平均出入庫流量Table 3 Average flowing into and out of Wangfuzhou hub monthly in 2011 m3s

表3 2011年王甫洲樞紐月平均出入庫流量Table 3 Average flowing into and out of Wangfuzhou hub monthly in 2011 m3s

月份123456789101112入庫流量74277884894415081577292037203030877722729出庫流量74578384094315081577292037203030877726728

漢江中下游7個(gè)梯級(jí)樞紐中，丹江口為年調(diào)節(jié)樞紐，對(duì)年內(nèi)月平均流量及水量有一定調(diào)節(jié)作用；其余各樞紐僅具有日調(diào)節(jié)能力，對(duì)年內(nèi)月平均流量及水量幾乎沒有調(diào)節(jié)作用。以7個(gè)樞紐中最下游興隆樞紐為例，根據(jù)1956—2000年流量資料，丹江口多年平均出庫流量為365億m3，丹江口—興隆梯級(jí)樞紐區(qū)間多年平均流量為106億m3，僅占來流量的22.5%。丹江口以下各梯級(jí)樞紐出入庫流量主要受丹江口樞紐調(diào)度運(yùn)行影響。研究表明：受丹江口樞紐調(diào)度運(yùn)行影響，碾盤山河段非汛期(11月—次年4月)徑流量明顯增加，由建庫前的117億m3增加到148億m3；汛期(5—10月)徑流量明顯減少，由建庫前的416億m3減少到341億m3[16]。

3.3 對(duì)水質(zhì)的影響

圖4～圖6為2001—2011年王甫洲和崔家營樞紐庫區(qū)的水質(zhì)變化。王甫洲樞紐建設(shè)年代較早，于2000年建成。2001—2011年，王甫洲樞紐庫區(qū)高錳酸鹽年平均濃度為1.68～2.24 mgL，氨氮年平均濃度為0.093～0.346 mgL，總磷年平均濃度為0.014～0.031 mgL?？傮w而言，王甫洲樞紐水庫建成后，庫區(qū)高錳酸鹽濃度較穩(wěn)定，沒有明顯變化；氨氮和總磷濃度呈明顯下降趨勢(shì)。表明區(qū)域污染得到一定程度的控制，氨氮和總磷排放量減少。

圖4 王甫洲和崔家營樞紐庫區(qū)高錳酸鹽濃度Fig.4 Permanganate index concentration of Wangfuzhou and Cuijiaying reservoir

圖5 王甫洲和崔家營庫樞紐庫區(qū)氨氮濃度Fig.5 Ammonia nitrogen concentration of Wangfuzhou and Cuijiaying reservoir

圖6 王甫洲和崔家營樞紐庫區(qū)總磷濃度Fig.6 Total phosphorus concentration of Wangfuzhou and Cuijiaying reservoir

2001—2011年，崔家營樞紐庫區(qū)高錳酸鹽年平均濃度為1.80～2.41 mgL，氨氮年平均濃度為0.053～0.208 mgL，總磷年平均濃度為0.012～0.047 mgL。崔家營樞紐水庫于2010年建成后，對(duì)庫區(qū)河段水質(zhì)有一定的不利影響，庫區(qū)高錳酸鹽和總磷濃度短期內(nèi)顯著升高，主要由2個(gè)方面的原因所致：1)崔家營水庫成庫時(shí)間短，庫底殘留的有機(jī)質(zhì)和土壤里面的污染物釋放造成的濃度升高；2)成庫后，庫區(qū)河段水流減緩，造成水體稀釋和降解污染物的能力減弱。

王甫洲和崔家營樞紐庫區(qū)高錳酸鹽、氨氮和總磷濃度均能滿足GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)要求，水電梯級(jí)開發(fā)沒有造成工程所在漢江河段水質(zhì)惡化。

總體而言，王甫洲和崔家營樞紐庫區(qū)漢江河段氨氮污染已得到控制，呈下降趨勢(shì)；總磷濃度總體為上升趨勢(shì)，但上升不明顯，與相關(guān)研究成果一致[17]。漢江中下游干流水質(zhì)受支流匯水、面源污染和周邊城鎮(zhèn)生活污水影響；王甫洲樞紐沒有較大支流匯入，漢江中下游污染較重的幾條支流中僅唐白河匯入崔家營樞紐，其對(duì)樞紐水質(zhì)影響不顯著[18]；王甫洲和崔家營樞紐所在的襄陽市和十堰市，耕地面積少，僅占總土地面積33.4%，且兩市生活污水處理率均達(dá)到90%以上，面源污染和生活污水影響相對(duì)較小。

3.4 對(duì)水溫的影響

依據(jù)黃家港水文站的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(1956—1959年、1968—2011年)，丹江口樞紐建庫前后年平均水溫由22.7 ℃下降為18.9 ℃，降低3.8 ℃。2—8月月平均水溫降低3.0～5.0 ℃，其中，4—6月月平均水溫降低4.4～5.1 ℃，由原來的16.0～20.1 ℃下降為11.0～15.7 ℃；9月—次年1月月平均水溫升高2.8～4.9 ℃。郭生練等[19]研究表明，丹江口樞紐建成后，在距大壩120 km左右河水水溫與天然河道水溫相差0.1 ℃，基本恢復(fù)至天然狀態(tài)。

圖7為崔家營樞紐建庫前后水溫變化。由圖7可知，崔家營樞紐建成前后水溫變化較小，4—9月月平均水溫略有下降，降幅為0.1～1.6 ℃；其他6個(gè)月月平均水溫略有上升，升幅為0.2～1.1 ℃。崔家營樞紐的建設(shè)對(duì)河段水溫影響很小。

圖7 崔家營樞紐建庫前后水溫變化Fig.7 Water temperature variation before and after Cujiaying reservoir builded

國內(nèi)一般采用α、β值判別法對(duì)水庫水溫類型進(jìn)行判定[20]。崔家營樞紐α為101，為完全混合型水庫，不會(huì)出現(xiàn)水溫分層，水庫的建設(shè)對(duì)水溫基本無影響，與實(shí)測(cè)結(jié)果一致。王甫洲樞紐α為123，為完全混合型水庫，不會(huì)出現(xiàn)水溫分層，水庫的建設(shè)對(duì)水溫基本無影響。丹江口以下的興隆、新集、崔家營、碾盤山樞紐α分別為66、66、85和41，均為完全混合型水庫。

王甫洲和新集樞紐分別距丹江口樞紐30和77.5 km，水庫水溫受丹江口樞紐下泄低溫水的影響；崔家營樞紐距丹江口樞紐141 km，其下游各樞紐基本不受丹江口下泄低溫水影響。

漢江干流水溫為16～32 ℃時(shí)，各種產(chǎn)漂流性卵魚類可以進(jìn)行繁殖，主要經(jīng)濟(jì)魚類多在18 ℃左右的水溫下開始產(chǎn)卵[21]。丹江口樞紐大壩下游處4—5月水溫均低于魚類適宜產(chǎn)卵溫度(18 ℃)，距離丹江口最近的經(jīng)濟(jì)魚類茨河產(chǎn)卵場(chǎng)位于大壩下游52.5～75.0 km處，距離較遠(yuǎn)，同時(shí)由于4—5月氣溫逐漸升高，沿程水溫也隨之上升，丹江口樞紐下泄低溫水沒有導(dǎo)致茨河及下游產(chǎn)卵場(chǎng)魚類產(chǎn)卵消失。但由于水溫和徑流調(diào)節(jié)的共同作用，漢江中下游魚類繁殖較建壩前推遲20～30 d，魚類繁殖期一般延續(xù)到8月中旬至8月底[22]。

4 結(jié)論

(1)漢江中下游干流王甫洲和崔家營水電梯級(jí)樞紐開發(fā)極大程度改變了工程河段漢江水體形態(tài)，使原本上下連通的天然河道變成壩上水庫和壩下河道相間格局。

(2)丹江口樞紐運(yùn)行對(duì)豐水期及枯水期流量調(diào)節(jié)作用明顯，枯水期流量有較大增加，豐水期流量減少；王甫洲和崔家營樞紐建庫前后月平均流量變化不大；丹江口以下各梯級(jí)樞紐出入庫流量主要受丹江口樞紐調(diào)度運(yùn)行影響。

(3)王甫洲和崔家營樞紐庫區(qū)高錳酸鹽、氨氮和總磷濃度均能滿足GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)要求，水電梯級(jí)開發(fā)沒有造成漢江河段水質(zhì)惡化。

(4)王甫洲和崔家營樞紐不會(huì)產(chǎn)生水溫分層現(xiàn)象，水電梯級(jí)開發(fā)對(duì)水溫影響較?。煌醺χ迾屑~水溫主要受丹江口下泄低溫水影響。

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Analysis of Influence of Water Environment on Development of Hydropower Cascade Downstream of the Hanjiang River

WEN Wei1,2, LI Tao1,2, HAN Lu3

1.Central-Southern China Safety & Environment Technology Institute Co., Ltd,Wuhan 430071, China 2.Hubei Academy of Environmental Sciences, Wuhan 430072, China 3.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012, China

Taking cascade hydropower development in the middle and lower reaches of the Hanjiang River as an example, the influences of cascade development on the water environment were discussed from four aspects, i.e. the form of water flow, runoff, water quality and water temperature, by collecting water environment data before and after the cascade hydropower development. The results show that the development of the middle and lower reaches of the Hanjiang River has significantly changed the form of water flow where the project located, which is mainly reflected in decreasing the average flow rate of the reservoir area while increasing the average water depth. As the control hub of the middle and lower reaches of the Hanjiang River, the scheduling of Danjiangkou hub reservoir has obviously adjusted the average water runoff of the downstream reaches monthly. Cascade hydropower development has not deteriorated the water quality of Wangfuzhou and Cuijiaying sections. Danjiangkou cascade has significantly affected the water temperature of downstream, while Wangfuzhou and Cuijiaying cascade has no significant effect on the water temperature of downstream reaches.

middle and lower reaches of Hanjiang River; cascade development; water environments

2015-12-30

文威(1983—)，男，工程師，碩士，主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)及環(huán)境規(guī)劃，nkaspire@163.com

X820.3

1674-991X(2016)03-0259-07

10.3969j.issn.1674-991X.2016.03.039