測水何家水庫河道疏浚及污水回灌對取水口的影響分析

劉 啟 卜躍先 安貞煜

（湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院 長沙市 410007）

測水何家水庫河道疏浚及污水回灌對取水口的影響分析

劉 啟 卜躍先 安貞煜

（湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院 長沙市 410007）

文章通過對湖南省何家水庫河道疏浚及污水回灌對取水口水質(zhì)影響的計(jì)算與分析，為何家水庫制定水環(huán)境保護(hù)措施，提高突發(fā)事件應(yīng)對能力提供參考。

何家水庫 疏浚 回灌 取水口

1 項(xiàng)目概況

何家水庫大壩座落在湖南省婁底市雙峰縣永豐鎮(zhèn)，漣水支流測水上，犁頭咀（測水與洣水交匯處）下游0.66 km，壩址處多年平均流量28.2 m3/s，控制集雨面積1 461.0 km2，正常蓄水位76.5 m，相應(yīng)庫容136.44萬m3。 工程規(guī)模為小（Ⅰ）型水庫，主要建筑物為翻板閘壩、非溢流壩，為雙峰縣縣城應(yīng)急抗旱水源工程。 同時(shí)對部分河段進(jìn)行疏浚治理。 通過建壩攔截水流，增加正常庫容，在干旱季節(jié)，能滿足雙峰縣城30天應(yīng)急供水和246.67 hm2（3 700畝農(nóng)田）應(yīng)急灌溉的需要；在正常情況下，新增供水規(guī)模達(dá)4萬m3/d，提高了供水保證率和調(diào)節(jié)性能。

何家水庫由測水及洣水匯合而成， 其中測水為漁業(yè)用水區(qū)，執(zhí)行Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；洣水為飲用水源一級保護(hù)區(qū)，執(zhí)行Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。縣城取水點(diǎn)位于洣水河江東潭（交匯口上游約140 m）。 入庫另一支流測水流經(jīng)雙峰縣城主城區(qū)，目前尚有約30%居民生活污水未經(jīng)處理直接排入測水。

項(xiàng)目所在水系情況見附圖。

2 疏浚影響分析

2.1 對水廠取水口SS的影響分析

附圖 測水水系圖

疏浚河段位于取水口上游約2 km， 濕法施工，采用環(huán)保挖泥船開挖，施工期疏挖作業(yè)時(shí)，由于挖泥船疏浚攪動(dòng)使得底泥再懸浮， 在疏浚點(diǎn)周圍形成圓形或橢圓形的渾濁帶， 引起局部水域的SS污染，對水體水質(zhì)和透明度產(chǎn)生影響。根據(jù)1991年交通部水運(yùn)工程科學(xué)研究所對絞吸式挖泥船作業(yè)源強(qiáng)進(jìn)行現(xiàn)場模擬實(shí)驗(yàn)（代表船型為1 600 m3/h絞吸式挖泥船）[1]，將本項(xiàng)目挖泥船（疏浚效率為1 450 m3/h）與其實(shí)測資料進(jìn)行類比，本工程挖泥時(shí)懸浮物泥砂的源強(qiáng)為7.56 t/h，濃度為（250～350）mg/L。

挖泥船施工時(shí)基本上是定點(diǎn)作業(yè)，懸浮疏浚物的擴(kuò)散機(jī)理類似于連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散。 施工時(shí)由于鏟頭的擾動(dòng)造成底泥懸浮并隨流擴(kuò)散， 在施工區(qū)水域形成條狀渾濁水體。作業(yè)船開挖的河床底質(zhì)主要為卵石，泥砂粒徑大，懸砂量小，且易于沉降，加之施工作業(yè)開挖量不大，因此產(chǎn)生的懸浮物總量較小。根據(jù)湘江航道維護(hù)疏浚現(xiàn)場實(shí)際監(jiān)測資料，在作業(yè)點(diǎn)附近，底層水體中懸浮物含量在（300～400）mg/L之間，表層水體中懸浮物含量在（100～180）mg/L之間。在施工期的水文條件下，懸浮物沉降速度較快，一般懸浮疏浚物隨流擴(kuò)散（100～200）m即接近水域懸浮物背景濃度，影響范圍較小。

取水口位于疏浚河段下游約2 km，挖泥船疏浚攪動(dòng)造成的懸浮物濃度增加范圍在200 m以內(nèi)，取水口的SS濃度不會(huì)受到疏浚施工的影響。

2.2 河流底泥再懸浮物重金屬對水質(zhì)的影響

根據(jù)水質(zhì)與底泥現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果，測水中重金屬元素含量滿足Ⅲ類水質(zhì)要求，底泥監(jiān)測值滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618-1995）中二級標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)20世紀(jì)80年代《湘江污染綜合防治》研究中對底泥重金屬形態(tài)及遷移轉(zhuǎn)化研究成果：水體中重金屬污染物經(jīng)絮凝沉降作用，隨泥沙一起沉積在河床中，底泥重金屬形態(tài)一般以硫化物結(jié)合態(tài)為主，含量最高，約占75%，腐殖質(zhì)結(jié)合態(tài)和硝酸鹽結(jié)合態(tài)的含量約為8%～10%，鹽酸鹽物質(zhì)結(jié)合態(tài)約占10%，水溶性物質(zhì)為可給態(tài)，含量約為5%?？山o態(tài)要轉(zhuǎn)化為毒性最大的離子態(tài)需要一定的條件，這些條件就是水體的pH、溫度、Eh、重金屬的原始濃度等。根據(jù)水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測結(jié)果，測水河多年平均水溫為（9.5～14.5）℃，夏天（18.95～29.0）℃，冬天（4.9～8.7）℃，水溫較高，水體中的重金屬具有較高的吸附速率系數(shù)，促進(jìn)低價(jià)金屬離子變成高價(jià)金屬離子，生成氧化物沉淀，有利于懸浮物絮凝、聚合、絡(luò)合等物理化學(xué)過程的進(jìn)行，使重金屬進(jìn)入底泥。根據(jù)污染源調(diào)查，何家水庫庫區(qū)河段無排酸性廢水排入，疏浚作業(yè)也無酸性廢水產(chǎn)生。

由于施工不產(chǎn)生酸性廢水，同時(shí)水體中pH值正常，再懸浮于水體中的重金屬形態(tài)不會(huì)發(fā)生新的改變，因此，疏浚工程除增加作業(yè)區(qū)下游局部水域水體中懸浮物濃度外，不會(huì)造成重金屬污染。

2.3 疏浚作業(yè)區(qū)底泥中重金屬釋放定量分析

本文采用模型計(jì)算疏浚作業(yè)區(qū)范圍內(nèi)底泥擾動(dòng)重金屬釋放量對下游取水口水質(zhì)的影響。

① 預(yù)測因子。

根據(jù)現(xiàn)狀監(jiān)測數(shù)據(jù)，洣水河底泥中重金屬含量滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-95）二級標(biāo)準(zhǔn)。但Cd監(jiān)測值與標(biāo)準(zhǔn)值較接近，且水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)要求較高。預(yù)測因子定為Cd。

② 預(yù)測模式。

洣水河為小型河流，污染物的擴(kuò)散能力較強(qiáng)，從污染物排入到完全混合的過程較短，采用一維模型進(jìn)行預(yù)測：

式中 c0——計(jì)算初始點(diǎn)污染物濃度貢獻(xiàn)值（mg/L）；

K1——綜合衰減系數(shù)（1/d）；

x——預(yù)測點(diǎn)與排放點(diǎn)的距離（m）；

u——河流平均流速（m/s）；

cp——排放廢水中污染物的濃度（mg/L）；

Qp——廢水排放量（m3/s）；

Qh——河流流量。

③ 預(yù)測參數(shù)。

水質(zhì)模型需識別的參數(shù)有：綜合衰減系數(shù)K1、流速、流量等，取值見表1。

表1 氵米水河水文參數(shù)

④ 污染源強(qiáng)。

參考河海大學(xué)論文《里運(yùn)河底泥重金屬釋放試驗(yàn)研究》，文中以Cd為例，表層土中的鎘在前8天平均每天1 L土向水體釋放的污染物質(zhì)的量為（14～ 20）ug/（L·d）。在后8天釋放的速度加快，平均每天1L土向水體釋放的污染物質(zhì)的量為（15～35）ug/（L·d）。

深層土當(dāng)中，鎘在前8天平均每天1 L土向水體釋放的污染物質(zhì)的量為（20～25）ug/（L·d）。在后8天釋放的速度加快，平均每天1 L土向水體釋放的污染物質(zhì)的量為（25～33）ug/（L·d）。

該文中指出，底泥污染越嚴(yán)重，其污染物釋放量越大，里運(yùn)河底泥中Cd的濃度超出《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618-1995）二級標(biāo)準(zhǔn)8.78倍，洣水河底泥中Cd的濃度接近標(biāo)準(zhǔn)值，本次預(yù)測按最不利情況考慮，釋放污染物按其倍數(shù)的1/8.78計(jì)算。

洣水河疏浚底泥體積為0.69萬m3，按最不利情況下計(jì)算，該河段疏浚擾動(dòng)情況下釋放污染物質(zhì)Cd的量為0.000 32 g/s。

⑤ 取水口水質(zhì)影響預(yù)測。

根據(jù)模型預(yù)測，在不考慮衰減的情況下，疏浚擾動(dòng)段河床底泥 Cd對取水口處的濃度貢獻(xiàn)值為0.000 03 mg/L，滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類（0.005 mg/L）水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。疏浚作業(yè)擾動(dòng)底泥，對水體中Cd濃度的貢獻(xiàn)值較小，基本不會(huì)對取水口處水質(zhì)造成不利影響。

3 回灌影響分析

工程實(shí)施后，當(dāng)枯水期洣水流量小于取水口取水流量0.93 m3/s時(shí)，湄水（Ⅲ類水體）將回灌洣水（Ⅱ類水體），對取水口水質(zhì)產(chǎn)生不利影響。評價(jià)對此風(fēng)險(xiǎn)情況進(jìn)行預(yù)測。

預(yù)測采用O’connor河口上溯模式，公式如下：

式中 x——距離排入口距離（m），x＜0，自x=0處排入；

C——預(yù)測濃度（mg/L）;

Cp——污染物排放濃度（mg/L）；

Qp——污水排放量（m3/s）；

Ch——上游污染物濃度（mg/L）；

Qh——上游河流流量（m3/s）；

u——河流流速（m/s）；

Ml——斷 面縱 向混 合系 數(shù) （m2/s）；M=，為保證取水口水質(zhì)安全，衰減系數(shù)k1設(shè)為0。

（1）現(xiàn)狀條件下。

以COD和NH3-N為預(yù)測因子，預(yù)測湄水倒灌對洣水水質(zhì)的影響，水文參數(shù)采用典型年最小日均流量，結(jié)果如表2、表3。

表2 水環(huán)境預(yù)測參數(shù)

由表2可見，當(dāng)枯水期洣水流量小取水流量時(shí)，受湄水倒灌影響，洣水COD和NH3-N濃度均有一定增加，影響距離180 m。取水口距離湄水排入口約140 m，當(dāng)發(fā)生湄水回灌時(shí)，取水口的水質(zhì)將無法滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。

表3 湄水倒灌對氵 米水河段污染物濃度預(yù)測值

（2）庫區(qū)河道截污情況下。

何家水庫屬雙峰縣應(yīng)急水源工程，為確保取水口水質(zhì)安全，應(yīng)對庫區(qū)湄水河段的水域功能區(qū)劃進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整（擬劃為飲用水源保護(hù)區(qū)）；加快湄水沿岸截污管網(wǎng)建設(shè)，將湄水河雙峰縣城段排污口全部截污，納入污水廠進(jìn)行處理后排入壩下河道，做到“污水不下河”。

以COD和NH3-N為預(yù)測因子，預(yù)測湄水河段調(diào)整水源保護(hù)區(qū)范圍，河道截污情況下，倒灌對洣水水質(zhì)的影響，結(jié)果如表4、表5。

表4 截污后水環(huán)境預(yù)測參數(shù)

由表4可見，湄水河段調(diào)整水源保護(hù)區(qū)范圍，河道截污情況下，當(dāng)枯水期洣水流量小于取水流量時(shí)，受湄水倒灌影響，洣水COD和NH3-N濃度均有一定增加，影響距離80 m。取水口位置CODCr及NH3-N的預(yù)測值分別為14.17 mg/L、0.30 mg/L，水質(zhì)滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。

表5 截污后湄水倒灌對氵 米水河段污染物濃度預(yù)測值

4 結(jié)語

水利工程建設(shè)對取水口的影響是重點(diǎn)問題之一，本文以何家水庫為例，分析了疏浚及回灌對取水口水質(zhì)的影響。

疏浚過程中污染物釋放量與底泥擾動(dòng)量、底泥污染程度有關(guān)，若不規(guī)范作業(yè)，如對河床底泥擾動(dòng)的深度加大，擾動(dòng)面積增加等，使底泥中釋放的重金屬量增加，將對下游取水口水質(zhì)造成威脅。

枯水期，當(dāng)取水口所在支流流量小于取水口取水流量時(shí)，如另一支流污染超標(biāo)，受其倒灌影響，取水口的水質(zhì)將無法滿足相關(guān)要求。需對受污染河段的水域功能區(qū)劃進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，同時(shí)加快沿岸截污管網(wǎng)建設(shè)，將排污口全部截污，納入污水廠進(jìn)行處理后排入壩下河道，做到“污水不下河”。在落實(shí)以上措施條件下，回灌風(fēng)險(xiǎn)對取水口的影響控制在一定范圍之內(nèi)。

2016-11-28）

劉啟（1983-），男，湖南長沙人，大學(xué)本科，助理工程師，目前從事環(huán)境評價(jià)工作。