珠海市竹銀水庫健康評價研究

郭 川，代曉炫，饒偉民，黃文達，王旭偉

(1.中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司，廣東 廣州 510611；2.水利部珠江水利委員會水生態(tài)工程中心，廣東 廣州 510611)

河湖(庫)是地球表面水循環(huán)、碳循環(huán)、營養(yǎng)物循環(huán)和泥沙循環(huán)的載體，河湖(庫)生態(tài)系統(tǒng)則是地球上生物和非生物之間復雜關(guān)系相互作用的載體，是自然界最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一[1]。水庫屬于從人類開發(fā)和利用需求出發(fā)，人工改變區(qū)域自然現(xiàn)狀形成的水體。水庫型飲用水源地是中國集中式飲用水源地的主要類型之一，在保障水質(zhì)安全、支撐流域內(nèi)外的經(jīng)濟社會發(fā)展及維持區(qū)域生態(tài)平衡發(fā)揮著重要作用[2]。

水庫健康評價與天然河湖健康評價相比，評價指標、標準和方法均存在一定的差異。珠海市已開展的關(guān)于水庫的評價如水庫安全評價、水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測評價、水華監(jiān)測評價等均為針對單項因素的評價工作，可反映水庫某一個方面的狀態(tài)，但難以準確描述河湖健康—環(huán)境壓力的響應(yīng)關(guān)系，無法全面識別河湖健康狀況的主要影響因素。為落實新形勢下最嚴格水資源管理制度的要求，響應(yīng)珠海市“河長制”與“湖長制”的工作要求，深入了解珠海市竹銀水庫健康狀況，識別水庫健康問題及病因，特開展本次水庫健康評價工作，同時對典型南方河口地區(qū)抽水型水庫的運行管理和生態(tài)保護提出合理建議。

1 水庫概況

竹銀水庫位于珠海市斗門區(qū)六鄉(xiāng)鎮(zhèn)銀潭新村邊竹高坑內(nèi)，是保障珠海、澳門兩地供水安全的重大工程，主要建筑物包括1座主壩、2座副壩、溢洪道及排洪渠，于2011年竣工并投入使用。水庫功能為供水，但集水面積較小，集水范圍內(nèi)地表徑流較少，水庫水源主要來自竹洲頭泵站和平崗泵站引水(磨刀門水道)，近年來引水量約為4 200萬m3/a，是典型的河道抽水型水庫，下游溢洪道無生態(tài)流量下放需求。根據(jù)歷年遭遇咸潮時間及供水要求，竹銀水庫在汛期保持低水位運行，汛末(8月底)開始抽水充庫，枯水期前(10月底)蓄滿，當供水系統(tǒng)中的河道取水口受咸潮影響無法取水時，由竹銀水庫聯(lián)合其他水源保障城市供水。

2 健康評價指標體系

水庫健康評價采用分級指標評分法，逐級加權(quán)，綜合評分，因此健康評價指標體系包括指標和權(quán)重兩大部分。指標為能夠較為全面、準確地描述和反映水庫健康程度的特征參數(shù)；指標權(quán)重是各個指標對評價總目標的貢獻率大小的表達，對水庫存在問題有所側(cè)重反映[3]。

2.1 指標的選取

本文在參考相關(guān)標準規(guī)范[3-5]和研究結(jié)論[6-11]的基礎(chǔ)上，結(jié)合水庫實際情況進行評價指標篩選，提出了涵蓋1個目標層、2個亞目標層、5個準則層和12個指標層的竹銀水庫健康評價指標體系(見表1)，力求盡可能完整地體現(xiàn)竹銀水庫健康程度，系統(tǒng)地表征與水庫健康狀況有關(guān)的各類要素的健康水平。其中，目標層指水庫健康狀況；2個亞目標層為生態(tài)健康和功能健康，分別對應(yīng)了水庫的自然生態(tài)狀況和服務(wù)功能狀況；準則層包括水文水資源、物理結(jié)構(gòu)、水質(zhì)狀況、水生生物和社會服務(wù)功能，符合行業(yè)內(nèi)河湖(庫)健康評價的規(guī)程規(guī)范及技術(shù)指引，有利于水庫健康病因診斷和預測。選取的評價指標是基于現(xiàn)有的科學認知可以基本判斷其變化驅(qū)動成因的、基于現(xiàn)有成熟或易于接受的方法可以制定相對嚴謹?shù)脑u價標準的、相對獨立的、在現(xiàn)有監(jiān)測統(tǒng)計成果基礎(chǔ)上采用合理的補充監(jiān)測手段可以獲取的指標。

2.2 權(quán)重的賦值

指標權(quán)重是各個指標對評價總目標的貢獻率大小的表達，它一方面體現(xiàn)出了指標本身在系統(tǒng)中的作用和指標價值的可靠程度，另一方面又體現(xiàn)出決策者對該指標的重視程度。本文參考相關(guān)標準規(guī)范、并結(jié)合水庫特點和實際情況進行權(quán)重賦值。

2.3 健康分級

根據(jù)上述指標體系進行評分，得到的水庫健康得分按照表2進行健康等級劃分。水庫健康分為5級: 理想狀況、健康、亞健康、不健康、病態(tài)。水庫健康等級、類型、顏色代碼設(shè)計見表2。

表1 竹銀水庫健康評價指標體系

表2 竹銀水庫健康狀況分級

3 水庫健康分析及評價

3.1 水文水資源評價

竹銀水庫周邊生態(tài)環(huán)境良好，植被覆蓋率良好，無明顯水土流失情況，且?guī)靺^(qū)集水范圍內(nèi)均劃定為飲用水源保護區(qū)，嚴格禁止違法砍伐林木、開挖山體等行為，因此，水土流失治理程度指標賦分100分。

根據(jù)水庫水華相關(guān)科研成果[12]，選擇與竹銀水庫地理位置、氣候等條件相近的水庫作為參考，確定0.075 m/s為竹銀水庫藻類生長的臨界流速，小于該流速有水華暴發(fā)的潛在風險。采用MIKE21軟件對竹銀水庫2018年水動力條件數(shù)值進行模擬，在模型運行后生成的結(jié)果文件中提取竹銀水庫2018年13個流速評價點模擬流速，其中12個評價點流速全年小于水華發(fā)生臨界流速，只有輸水隧洞出口位置在蓄水期受抽水入庫影響(見圖1)，水動力條件相對較好，但持續(xù)時間僅22 d。經(jīng)計算，竹銀水庫2018年水動力條件指標得分為0.46分。

圖1 抽水入庫工況下庫區(qū)流場分布情況示意

竹銀水庫水文水資源準則層得分為50.23分，主要原因是竹銀水庫與外界水體交換方式單一，日常僅在汛末期通過輸水隧洞補水及供水，水庫換水周期約為1.1次/a，周期較長，不利于水體流動。

3.2 物理結(jié)構(gòu)評價

經(jīng)實地調(diào)查，竹銀水庫岸帶多為山體，坡度較大，庫岸帶為巖土土質(zhì)，無明顯沖刷痕跡；庫周岸帶植被覆蓋度較高，由于二期引水隧洞施工的原因，造成部分植被破壞，存在一定的山體裸露情況；封閉管理，未發(fā)現(xiàn)其庫岸帶存在與水庫安全、水庫管理和保護水源無關(guān)的人為干擾活動。綜合3個亞指標層分值，竹銀水庫庫岸帶狀況指標得分為68.38分。

竹銀水庫正常蓄水位為49.4 m，死水位為7.4 m，總庫容為4 018萬m3，5個采樣斷面底泥厚度為9～30 cm，庫容淤積損失率為0.2%～0.7%，均小于10%。因此，竹銀水庫庫容淤積狀況指標賦分為100分，屬于理想狀態(tài)。

竹銀水庫物理結(jié)構(gòu)準則層得分為77.86分，施工造成水庫壩前岸坡穩(wěn)定性和植被覆蓋度下降，是影響竹銀水庫物理結(jié)構(gòu)健康現(xiàn)狀的主要因素。

3.3 水質(zhì)評價

竹銀水庫建成以后，即劃定了集中式飲用水源地保護區(qū)域，實行封閉管理，無入庫排污口分布，入庫排污口布局合理程度指標得分為100分，屬于理想狀態(tài)。

竹銀水庫水體無異常嗅和味，實行封閉管理，水庫大壩附近有極少量漂浮垃圾，水體整潔程度得分為92分，屬于理想狀態(tài)。

根據(jù)《地表水水質(zhì)評價辦法(試行)》(環(huán)辦[2011]22號文件)，評價指標選取《地表水環(huán)境質(zhì)量標準(GB 3838—2002)》表1基本項目中除水溫、總氮、糞大腸菌群以外的21項指標，按Ⅰ類到劣Ⅴ類6個類別進行評價，總氮、糞大腸菌群作為參考指標。竹銀水庫各監(jiān)測斷面水質(zhì)均達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)Ⅲ 類，且滿足飲用水源地標準，水質(zhì)優(yōu)劣程度指標得分為100分，屬于理想狀態(tài)。

通過計算竹銀水庫總磷(TN)、總氮(TP)、葉綠素(α)和透明度(SD)4項指標的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)[13]，營養(yǎng)狀態(tài)指標得分為86.49分，屬于理想狀態(tài)。

綜上，竹銀水庫水質(zhì)準則層得分為94.35分，其中營養(yǎng)狀態(tài)指標是水質(zhì)狀態(tài)的主要制約因素。由于水庫通過竹洲頭泵站及平崗泵站從磨刀門水道直接調(diào)水入庫，兩泵站處抽調(diào)的江水總氮和總磷濃度較高，抽調(diào)江水入庫的過程向水庫內(nèi)輸入了氮、磷營養(yǎng)鹽，導致水庫呈現(xiàn)營養(yǎng)化趨勢。

3.4 水生生物評價

水庫藍藻水華，是水華藍藻達到一定豐度或生物量而呈現(xiàn)出聚集的、肉眼可見的團塊狀漂浮物。本次評價調(diào)查期間，竹銀水庫水體中的水華藍藻種類主要為微囊藻、假魚腥藻和長胞藻，密度在0～5.6×105cells/L之間，以硅藻和綠藻為優(yōu)勢類群，優(yōu)勢種類為小環(huán)藻和膠網(wǎng)藻。調(diào)查期內(nèi)，竹銀水庫水華藍藻種類豐度指標得分為94.70分，水生生物準則層指標得分也為94.70分，發(fā)生藍藻水華的風險較低。

在水生動物方面，竹銀水庫檢出的浮游動物有35種，各斷面平均生物量為891 μg/L，以橈足類為絕對優(yōu)勢類群，優(yōu)勢種為右突新鏢水蚤和溫中劍水蚤，缺乏對浮游植物具有較高牧食能力的大型枝角類(如溞屬)。竹銀水庫檢出3種底棲動物，分別是長足搖蚊屬、直突搖蚊屬和鉤蝦屬。通過計算底棲動物指數(shù)(BI)[14]，發(fā)現(xiàn)竹銀水庫有機污染程度為輕—中污染。

3.5 社會服務(wù)功能評價

本次評價過程中，對水庫相關(guān)管理單位和周邊居民進行了公眾滿意度調(diào)查，回收填寫完畢的調(diào)查問卷100份，竹銀水庫周邊村民(水庫岸以外1 km范圍以內(nèi))占30%，水庫管理者占10%，水庫周邊從事生產(chǎn)活動者占17%，休閑經(jīng)常來者占3%，休閑偶爾來者占40%。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，公眾滿意度指標賦分值為76分，說明公眾對竹銀水庫基本滿意。

珠海市水質(zhì)監(jiān)測中心在竹銀水庫范圍內(nèi)設(shè)置了3個長期水質(zhì)監(jiān)測斷面，分別位于主壩、一號副壩和二號副壩，每月監(jiān)測1次富營養(yǎng)化相關(guān)指標，每半年監(jiān)測1次水質(zhì)全指標，同時庫岸上布設(shè)有多個視頻監(jiān)控設(shè)備。竹銀水庫對飲用水源保護區(qū)實行封閉管理，依法設(shè)置界碑和宣傳牌等標識，保護區(qū)范圍內(nèi)無居民，不存在與水源利用、保護無關(guān)的建設(shè)活動。自建庫以來，相關(guān)管理單位陸續(xù)委托專業(yè)技術(shù)團隊，開展了水庫水資源保護和利用方面的研究，制定了保護水資源、保障水安全、防治水污染、治理水環(huán)境、修復水生態(tài)、管理水域岸線和強化巡查監(jiān)管等一系列治理措施，也制定了水庫安全管理應(yīng)急預案?；谥胥y水庫水源地環(huán)境保護狀況調(diào)查結(jié)果，計算得到水源地環(huán)境保護狀況指標得分為81分。

結(jié)合水源地保護要求[15-16]，對竹銀水庫水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，水庫飲用水水源地水質(zhì)達標率為100%，飲用水水源地水質(zhì)達標率指標得分為100分。

基于竹銀水庫的公眾滿意度、飲用水源地水質(zhì)達標率和飲用水源地規(guī)范化建設(shè)程度指標賦分結(jié)果，計算得到竹銀水庫的社會服務(wù)功能準則層得分為87分。

3.6 水庫健康狀況綜合評價

現(xiàn)狀調(diào)查年內(nèi)，竹銀水庫健康狀況目標層得分為77分，等級為二級，表征竹銀水庫處于健康狀態(tài)，水庫生態(tài)狀況較好，對水資源開發(fā)和保護有較好的促進作用(見圖2所示)。

圖2 竹銀水庫健康綜合評價結(jié)果示意

4 主要問題

從評價結(jié)果來看(見圖2)，竹銀水庫健康壓力主要為水動力條件差、河道抽水引起污染輸入、潛在水華風險和公眾滿意度較低等。

1) 水動力條件較差，與外界水體交換方式單一

水庫無供水任務(wù)和補水需求時，水體靜置，無明顯徑流匯入；汛末蓄水期，僅開啟1#輸水隧洞進行補水及供水，此時1#輸水隧洞周邊水體流動性較好，但影響范圍較??；2#輸水隧洞極少開啟，水庫南側(cè)庫灣內(nèi)水體流動性較差。

2) 入庫江水營養(yǎng)鹽超標水質(zhì)

竹銀水庫集水面積較小，且不存在排污口入庫，水庫通過竹洲頭泵站及平崗泵站從磨刀門水道直接調(diào)水入庫。對比同期竹銀水庫與竹洲頭泵站、平崗泵站水質(zhì)監(jiān)測斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)竹洲頭泵站、平崗泵站的總氮、總磷濃度較高；另一方面，竹洲頭泵站處底泥氮磷釋放濃度也較水庫斷面的底泥氮磷釋放濃度高?？梢园l(fā)現(xiàn)，抽調(diào)江水入庫的過程向水庫內(nèi)輸入了大量的氮和磷營養(yǎng)，成為竹銀水庫營養(yǎng)鹽的主要來源。

3) 存在水華發(fā)生的潛在風險

評價期竹銀水庫為Ⅳ級水華警報預警，屬低風險。但竹銀水庫庫中含有部分水華藍藻優(yōu)勢種(如假魚腥藻)，且浮游動物生物量偏低，對浮游植物的牧食能力弱，大大增加了水華發(fā)生的風險。

4) 公眾滿意度不高

由于竹銀水庫主要功能為蓄淡調(diào)咸，僅在咸潮上溯影響磨刀門水道時，配合現(xiàn)有供水系統(tǒng)保障澳門和香洲區(qū)用水，導致水庫周邊民眾對竹銀水庫缺乏切實利益感。水庫封閉管理，副壩維修施工運輸影響周邊居民生活出行也是影響部分公眾滿意度的重要原因。

5 水庫健康保護及修復建議

建議按照“不降低健康現(xiàn)狀、開發(fā)中優(yōu)先保護”的原則，結(jié)合珠海市“河長制”與“湖長制”工作，積極推進竹銀水庫健康保護與修復工作，主要包括以下幾點。

1) 優(yōu)化水庫運行調(diào)度

在保證安全的前提下，竹銀水庫2#輸水隧洞可適當開啟，改善庫區(qū)水動力條件，降低水華爆發(fā)風險。

2) 完善水庫環(huán)境監(jiān)測體系

綜合考慮竹銀水庫的水動力條件、水庫面積與庫容、水庫出入水口等因素，增設(shè)竹銀水庫水質(zhì)斷面，并且與竹洲頭泵站、平崗泵站水質(zhì)監(jiān)測保持同步，以便分析水體中營養(yǎng)鹽分布及調(diào)水后營養(yǎng)鹽遷移轉(zhuǎn)化過程，為優(yōu)化水庫水位控制和調(diào)度運行提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3) 開展水生生物操縱技術(shù)研究

開展適宜竹銀水庫的生物操縱技術(shù)研究，探究竹銀水庫投放藻類濾食性魚類的可行性及魚類科學捕撈機制，利用生物操縱理論和技術(shù)控制藻類密度。

4) 建立水生生物長效監(jiān)測評價機制

以本次監(jiān)測結(jié)果為本底值，通過后續(xù)長期監(jiān)測，實現(xiàn)對水生生物動態(tài)變化的評價分析，使結(jié)果更加具有連續(xù)性和可比性，使評價結(jié)果能更全面有效地反映水庫的水生生物健康狀態(tài)，為提高竹銀水庫的水生生物健康管理水平提供數(shù)據(jù)支撐。

6 結(jié)語

竹銀水庫的健康狀態(tài)直接關(guān)系其飲用水水源地功能的發(fā)揮，進而影響珠海、澳門兩地供水安全保障。本文在資料收集和現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，構(gòu)建合理的健康評價指標體系，對水庫健康評價狀況進行評價，識別水庫健康壓力因素和主要問題，并提出了針對性的水庫健康保護與修復工作建議，可以為相似水庫的健康評價、運行管理和生態(tài)保護提供參考。