葛洲壩三江沖沙水環(huán)境監(jiān)測(cè)初步分析

江玉姣 李貴生 嚴(yán)海濤

(長(zhǎng)江委水文局長(zhǎng)江三峽水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心， 湖北 宜昌 443000)

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葛洲壩三江沖沙水環(huán)境監(jiān)測(cè)初步分析

江玉姣 李貴生 嚴(yán)海濤

(長(zhǎng)江委水文局長(zhǎng)江三峽水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心， 湖北 宜昌 443000)

為修復(fù)黃柏河河口區(qū)域生態(tài)，實(shí)施了葛洲壩三江航道拉沙工程。為研究拉沙時(shí)黃柏河水體進(jìn)入長(zhǎng)江對(duì)宜昌周邊岸區(qū)的影響，并掌控黃柏河河口區(qū)域部分生態(tài)服務(wù)功能修復(fù)程度，對(duì)葛洲壩三江航道拉沙期間黃柏河和長(zhǎng)江相應(yīng)斷面進(jìn)行了水質(zhì)監(jiān)測(cè)及分析評(píng)價(jià)。研究表明，三江拉沙在一定程度上改善了黃柏河水域水質(zhì)狀況，而對(duì)長(zhǎng)江水域宜昌周邊水質(zhì)影響不大，建議在黃柏河水域的治理中補(bǔ)水與排污并重。

三江沖沙；水質(zhì)監(jiān)測(cè)；分析評(píng)價(jià)；黃柏河；葛洲壩水利樞組

1 概 述

黃柏河于葛洲壩三江引航道北岸入?yún)R長(zhǎng)江，屬于長(zhǎng)江的一級(jí)支流，全長(zhǎng)162 km，由東西兩支合流而成。黃柏河是典型的峽谷型河流，南北長(zhǎng)81 km，東西寬33 km，流域總面積1 931.5 km2。黃柏河下游受葛洲壩水庫(kù)水體的頂托呈水庫(kù)狀態(tài)，流域資源過(guò)度開(kāi)發(fā)，侵占了動(dòng)植物生境，黃柏河水環(huán)境容量因此逐漸減少。流域自然資源破壞，生物多樣性下降，生態(tài)服務(wù)功能受損，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境承載力難以支持社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展[1]。

宜昌市政府決定結(jié)合葛洲壩三江航道拉沙工程，修復(fù)黃柏河河口區(qū)域部分生態(tài)服務(wù)功能。為研究三江沖沙導(dǎo)致黃柏河水體(污染嚴(yán)重)進(jìn)入長(zhǎng)江對(duì)宜昌周邊岸區(qū)的影響；并掌控黃柏河河口區(qū)域部分生態(tài)服務(wù)功能修復(fù)程度，長(zhǎng)江三峽水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心及時(shí)對(duì)拉沙前、拉沙中和拉沙后的葛洲壩三江航道的水質(zhì)展開(kāi)了監(jiān)測(cè)，并采用國(guó)家水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和單因子水質(zhì)評(píng)價(jià)法對(duì)其變化進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)[2]。

2 研究?jī)?nèi)容

2.1 監(jiān)測(cè)時(shí)間

葛洲壩三江航道拉沙工程于2009年8月27日7:00～20:00實(shí)施。長(zhǎng)江三峽水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心分別于2001年8月26～28日及9月3日及時(shí)展開(kāi)了拉沙前、拉沙中和拉沙后的葛洲壩三江航道沖沙期間水質(zhì)監(jiān)測(cè)。

2.2 監(jiān)測(cè)斷面

根據(jù)《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》(SL219-2013)采樣斷面布設(shè)原則及方法，按照最小經(jīng)濟(jì)代價(jià)獲取水體基本變化特點(diǎn)的要求，監(jiān)測(cè)斷面布置如下：

(1) 對(duì)照斷面。南津關(guān)、滾水壩斷面；

(2) 監(jiān)測(cè)斷面。曉溪塔、黃柏河二橋、黃柏河大橋、三江出口、宜昌水文斷面。詳見(jiàn)圖1。

圖1 監(jiān)測(cè)范圍、斷面位置示意

2.3 監(jiān)測(cè)頻次

為便于對(duì)比分析拉沙前后黃柏河水域及長(zhǎng)江宜昌河段水質(zhì)變化情況，三江拉沙前監(jiān)測(cè)黃柏河水域，三江拉沙中重點(diǎn)監(jiān)測(cè)長(zhǎng)江水體變化，三江拉沙后開(kāi)展效果評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)。詳見(jiàn)表1。

表1 2009年水質(zhì)監(jiān)測(cè)段次

2.4 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括水溫、pH值、電導(dǎo)率、氧化還原電位、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、總氮、總磷、氟化物、氯化物、硫酸鹽、總?cè)芙庑怨腆w、懸浮物、總硬度、總堿度、揮發(fā)酚、氰化物、銅、鉛、鎘、六價(jià)鉻、石油類(lèi)、砷、汞、葉綠素等實(shí)時(shí)分析。

3 黃柏河河口段水體體積

3.1 黃柏河水體體積

在拉沙過(guò)程中黃柏河上游來(lái)水及長(zhǎng)江回補(bǔ)水量會(huì)導(dǎo)致黃柏河河口河段(入?yún)R口至?xí)韵L水壩，長(zhǎng)約17 km)部分水體置換[3]。黃柏河河口河段曲折，河面寬窄相間(圖2)，采用斷面法計(jì)算黃柏河河口段水體體積，水域面積為4.99 km2，水體體積約為5 270萬(wàn)m3(見(jiàn)表2)。

圖2 黃柏河河段地形示意

斷面名稱(chēng)間距/m累計(jì)距離/m河面寬度/m橫斷面面積/m2斷面平均水深/m分段水域面積/km2河床比降/?分段水域體積/106m3滾水壩00200.0215010.8DM11229112291207.6216810.42.509.8926.54DM2105013341535.7536410.00.39-0.553.95DM380814149912.0928210.20.581.415.92DM4223916388441.6526711.91.52-0.5516.29合計(jì)4.9910.2052.70

3.2 黃柏河置換水量

2009年8月27日，葛洲壩出入庫(kù)流量、三江沖沙閘流量以及黃柏河水位變化均如圖3所示。

圖3 三江拉沙流量與水位變化

三江拉沙當(dāng)日8：00～18：00葛洲壩出入庫(kù)流量維持在30 000 m3/s左右，此后入庫(kù)與出庫(kù)流量減少，至20：00達(dá)最小流量26 000 m3/s，隨后，流量逐步回升至正常水平。三江沖沙流量則出現(xiàn)由低到高再到低的變化過(guò)程，最大沖沙流量8 000 m3/s，持續(xù)時(shí)間約6 h。同期，黃柏河水位隨沖沙流量加大而下降，至12：00時(shí)，水位下降了1.13 m。

由于黃柏河水域不大，近似認(rèn)為此段水域水位均下降了1.13 m。據(jù)此，計(jì)算當(dāng)日黃柏河處于最低水位時(shí)其水體體積約為35.3×106m3(表3)，比對(duì)三江拉沙前黃柏河河口水域的水體體積，水體體積之差為17.4×106m3，綜合其他因素對(duì)水量的削減影響，其系數(shù)取為 0.8，則近似置換水量為13.9×106m3。

表3 黃柏河河口水域水體體積

4 水質(zhì)變化情況分析

4.1 黃柏河及長(zhǎng)江宜昌江段近年水質(zhì)概況

1972年至今，長(zhǎng)江三峽水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心每年的單日監(jiān)測(cè)黃柏河水域和其鄰近的長(zhǎng)江宜昌江段水質(zhì)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括pH值、溶解氧、亞硝酸鹽氮、砷和汞等二十幾個(gè)項(xiàng)目。對(duì)黃柏河水域和其鄰近的長(zhǎng)江干流江段采用多項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)算術(shù)平均法進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表4和表5。

表4 多項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)綜合評(píng)價(jià)成果(黃柏河水域)

注：表中Ⅱ、Ⅲ表示該斷面水質(zhì)的級(jí)別。

表5 多項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)綜合評(píng)價(jià)成果(宜昌江段)

評(píng)價(jià)結(jié)果表明，黃柏河水域相關(guān)斷面水質(zhì)類(lèi)別均在Ⅱ～Ⅲ之間，影響其水質(zhì)類(lèi)別主要項(xiàng)目為pH值、溶解氧、氨氮和總磷，其中黃柏河大橋斷面pH值范圍為 7.9～8.5，溶解氧范圍為 5.3～9.6 mg/L，氨氮范圍為 0.07～0.53 mg/L，總磷范圍 0.05～0.13 mg/L ；曉溪塔斷面pH值范圍為8.1～8.4，溶解氧范圍為5.6～9.8 mg/L，氨氮范圍為0.10～0.86 mg/L，總磷范圍為0.06～0.19 mg/L。近年黃柏河水域臨近入江口的黃柏河大橋附近水域水質(zhì)要好于遠(yuǎn)離入江口的曉溪塔附近水域。

評(píng)價(jià)結(jié)果表明，長(zhǎng)江宜昌江段水質(zhì)類(lèi)別在Ⅱ～Ⅲ之間，影響其水質(zhì)類(lèi)別主要項(xiàng)目為pH值、總磷和糞大腸菌群，其中南津關(guān)斷面pH值范圍為7.9～8.2，總磷范圍為0.04～0.12mg/L，糞大腸菌群范圍為500～13 000個(gè)/L ；宜昌斷面pH值范圍為7.9～8.2，總磷范圍 0.04～0.12 mg/L，糞大腸菌群460～92 000個(gè)/L。對(duì)這些數(shù)據(jù)詳加分析發(fā)現(xiàn)，受糞大腸菌群的影響，宜昌和南津關(guān)斷面水質(zhì)類(lèi)別有時(shí)會(huì)處于Ⅲ類(lèi)，這是因?yàn)殚L(zhǎng)江干流兩側(cè)排污口眾多，污水排入江中所致。

4.2 拉沙前后相鄰江段水質(zhì)相關(guān)參數(shù)變化

(1) 水溫過(guò)程變化。黃柏河水域所屬斷面拉沙前后水溫有一定變化，長(zhǎng)江水域宜昌和三江兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，水溫基本沒(méi)有變化，且長(zhǎng)江水域水溫明顯低于黃柏河水域水溫，這可能與監(jiān)測(cè)點(diǎn)當(dāng)?shù)販囟茸兓⒈O(jiān)測(cè)時(shí)間不同等諸多因素有關(guān)。從物理角度考慮，拉沙前水底沙子較多，而沙子的比熱容遠(yuǎn)低于水的比熱容，當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的大氣溫度下降時(shí)，拉沙后的水溫原則上會(huì)稍高于拉沙前的水溫，但是無(wú)法量化考察。而監(jiān)測(cè)點(diǎn)當(dāng)?shù)販囟茸兓⒈O(jiān)測(cè)時(shí)間不同等因素引起的水溫變化極有可能遠(yuǎn)大于由沙子和水比熱容不同引起的水溫變化。

(2) 溶解氧過(guò)程變化。三江拉沙對(duì)水體的溶解氧影響較大，拉沙后黃柏河流域和三江水域溶解氧濃度都有下降，而長(zhǎng)江水域下降趨勢(shì)較大，這可能是由于受三江拉沙中流量影響。

(3) 亞硝酸鹽氮過(guò)程變化。拉沙前后各取水點(diǎn)亞硝酸鹽氮均有較明顯變化，大部分?jǐn)嗝娉氏陆第厔?shì)，而黃柏河大橋處有一個(gè)明顯的先上升后下降的過(guò)程，這可能是由于開(kāi)始拉沙時(shí)黃柏河上游幾個(gè)亞硝酸鹽氮含量較高的斷面來(lái)水致使其上升，而后由于長(zhǎng)江水有一定的回補(bǔ)使其出現(xiàn)下降趨勢(shì)。而長(zhǎng)江水域在拉沙過(guò)程中亞硝酸鹽氮仍呈明顯下降趨勢(shì)，這說(shuō)明黃柏河流進(jìn)長(zhǎng)江的水量還不足以改變長(zhǎng)江流域中亞硝酸鹽氮含量，同時(shí)因?yàn)榱髁枯^大，亞硝酸鹽氮有被氧化的可能[4]。

(4) 硝酸鹽氮過(guò)程變化。黃柏河水域曉溪塔和滾水壩斷面硝酸鹽氮濃度緩慢下降，而黃柏河大橋及二橋斷面濃度呈上升趨勢(shì)，其中以黃柏河大橋變化最為明顯；長(zhǎng)江水域的硝酸鹽氮濃度基本呈上升趨勢(shì)，且以南津關(guān)最為顯著。這說(shuō)明長(zhǎng)江回補(bǔ)至黃柏河的水很可能以南津關(guān)回水為主，三江回水為輔。而長(zhǎng)江流域硝酸鹽氮濃度基本呈上升趨勢(shì)可能是在拉沙過(guò)程中由氨氮和亞硝酸鹽氧化生成導(dǎo)致[5]。

(5) 氯化物過(guò)程變化。長(zhǎng)江流域氯化物濃度總體要明顯高于黃柏河水域，雖然長(zhǎng)江水域氯化物濃度有顯著的下降，這可能是由于拉沙稀釋了江水中氯化物濃度，但其卻要高于黃柏河水域的最高濃度。黃柏河大橋斷面氯化物濃度一直有明顯的上升趨勢(shì)，這再次充分證明拉沙時(shí)長(zhǎng)江水已回補(bǔ)至黃柏河大橋附近，而黃柏河二橋并無(wú)此趨勢(shì)，說(shuō)明其上的斷面仍以黃柏河上游來(lái)水為主，但水質(zhì)也有一定程度的改善。

(6) pH值過(guò)程變化。拉沙前后黃柏河水域pH值變化較明顯，8月28日即拉沙剛剛結(jié)束后水質(zhì)最接近中性，低于26日和9月3日的pH值，而且只有黃柏河大橋處的pH值呈下降趨勢(shì)。黃柏河大橋處pH值在拉沙前后有明顯的變化，特別是水面pH值的變化最為顯著，而且各點(diǎn)均低于2008年同期水平，接近長(zhǎng)江水水平。這說(shuō)明三江拉沙中長(zhǎng)江水已回補(bǔ)至黃柏河大橋附近，且以置換水面水體為主。

(7) 氨氮過(guò)程變化。長(zhǎng)江水域氨氮濃度明顯低于黃柏河水域，拉沙后黃柏河水域氨氮濃度有一定降低，這說(shuō)明三江拉沙黃柏河上游來(lái)水及長(zhǎng)江回水對(duì)黃柏河流域的水有一定的影響，而長(zhǎng)江水域的氨氮在拉沙前后無(wú)明顯變化。黃柏河大橋斷面水面氨氮下降趨勢(shì)大于水底下降趨勢(shì)，且與2008年同期相比參數(shù)濃度均有下降，這再次說(shuō)明三江拉沙置換的水面水要多于水底水，對(duì)水面水質(zhì)的改善要優(yōu)于水底。

4.3 三江拉沙前后黃柏河水域水質(zhì)評(píng)價(jià)

三峽水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心對(duì)黃柏河水域這次所監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目采用單因子評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了評(píng)價(jià)，沖沙前后水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 黃柏河水域相關(guān)斷面多項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)綜合評(píng)價(jià)成果

評(píng)價(jià)結(jié)果表明，黃柏河大橋拉沙前后的總體水質(zhì)級(jí)別及曉溪塔水質(zhì)級(jí)別沒(méi)有明顯的變化。結(jié)合對(duì)此次三江拉沙綜合水質(zhì)監(jiān)測(cè)參數(shù)具體分析后發(fā)現(xiàn)，三江拉沙對(duì)黃柏河水域水質(zhì)級(jí)別雖然影響不大，但是在其水質(zhì)級(jí)別內(nèi)大多數(shù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目參數(shù)有一定程度的變化。

5 結(jié)論與建議

(1) 由于多方面原因，黃柏河水域水質(zhì)狀況較差，而此次三江拉沙在一定程度上改善了這種狀況，其中曉溪塔附近水域是以流出原有水體，由黃柏河上游補(bǔ)給水來(lái)達(dá)到改善水體的目的；而黃柏河大橋斷面附近水域水體主要是由長(zhǎng)江回補(bǔ)水而得到改善，其中以長(zhǎng)江水域南津關(guān)回補(bǔ)水體為主，同時(shí)也主要回補(bǔ)其水面水體，凈化其水質(zhì)。

(2) 長(zhǎng)江水域宜昌周邊水質(zhì)主要參數(shù)變化幅度均較小，雖然黃柏河水流入長(zhǎng)江，但由于長(zhǎng)江本身流量大、流速快，污染負(fù)荷承載能力強(qiáng)，具有較強(qiáng)的水體凈化功能，三江拉沙對(duì)其影響不大，沒(méi)有劣化其水質(zhì)。

(3) 對(duì)黃柏河水域的治理應(yīng)該補(bǔ)水排污并重，雖然三江拉沙使其水質(zhì)有一定的改善，但是氨氮、總磷污染有所加重，除了定期換水外，還應(yīng)加強(qiáng)污染源控制；此外，補(bǔ)水排污與生物修復(fù)工程相結(jié)合，可進(jìn)一步改善治理的效果。

[1] 田一龍.黃柏河流域水能水資源開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀與對(duì)策[J].水電能源科學(xué),2007(6)，200-203.

[2] SL219-98水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范[S].

[3] 袁晶,許全喜.輸沙量法與斷面法差別原因及其適用性研究[J].水文,2011(增l)：87-92.

[4] 李萍.水中氨氮、亞硝酸鹽氮及硝酸鹽氮相互關(guān)系探討[J].上海環(huán)境科學(xué)，2006(6):245-250.

[5] 梅翔，陳洪斌. 微污染水源水生物處理中硝酸鹽氮的變化[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù).2001，24(6)：11-14.

(編輯：朱曉紅)

2016-09-15

江玉姣，女，長(zhǎng)江委水文局長(zhǎng)江三峽水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，工程師.

1006-0081(2016)11-0006-04

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