漢江中下游梯級水庫聯(lián)合生態(tài)調(diào)度前后襄陽段水質(zhì)變化分析

宋瑞 劉付立 朱艷容 張小南

摘要：為研究漢江中下游梯級聯(lián)合生態(tài)調(diào)度前后漢江襄陽段水質(zhì)的變化情況，選取王甫洲壩下、襄陽水文站、崔家營壩下3個漢江中游沿江干流監(jiān)測斷面，分別在漲洪階段、峰頂階段、退洪階段3個時間段，應用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法，對3個斷面的水質(zhì)狀況進行水質(zhì)評價與分析。研究結(jié)果表明，生態(tài)調(diào)度漲洪階段受面源污染影響污染物濃度變大，退洪階段因為水量的稀釋作用污染物濃度變小;生態(tài)調(diào)度可在一定程度上改善水質(zhì)狀況，但是對水體水質(zhì)的改善以水量稀釋為主，污染物遷移、轉(zhuǎn)化作用較弱。建議有關部門加強對區(qū)域污染物入河量的控制。

關鍵詞：水質(zhì)變化;水質(zhì)評價;生態(tài)調(diào)度;漢江襄陽段

中圖法分類號：TV213

文獻標志碼：A

DOI： 10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.08.010

1 研究背景

近年來，長江流域控制性水庫生態(tài)調(diào)度工作穩(wěn)步推進，取得了良好成效[1]。漢江是長江第一大支流，隨著南水北調(diào)中線工程投運，漢江成為我國最重要的水源地。雖然漢江干流水質(zhì)總體良好，但中下游河段多次發(fā)生水華，需要的環(huán)境流量增加[2]。謝平等[3]指出，水質(zhì).水溫等均不是造成漢江水華發(fā)生的關鍵因素，水利工程影響下的流量、流速等才是制約漢江水華發(fā)生的關鍵因子?；谠摾碚摚L江水利委員會通過實行漢江中下游梯級水庫聯(lián)合調(diào)度治理漢江水華，一度取得了較好的效果。2018年6月11-19日，長江防汛抗旱總指揮部首次對丹江口、王甫洲、崔家營、興隆水利樞紐4個梯級水庫實施漢江中下游聯(lián)合生態(tài)調(diào)度試驗。結(jié)合上游水庫消落、區(qū)間降雨來水等情況，采用加大下泄流量、人為降低水位、敞開閘門泄洪等措施制造人為洪峰，恢復漢江中下游干流的自然河流狀態(tài)。選取漢江干流王甫洲壩下、襄陽水文站、崔家營壩下3個監(jiān)測斷面，分別在漲洪階段、峰頂階段、退洪階段3個時間段進行水質(zhì)監(jiān)測，采用污染指數(shù)法中的單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進行水質(zhì)評價與對比，分析生態(tài)調(diào)度對漢江襄陽段總體水質(zhì)的影響。

2 研究范圍與方法

2.1 研究斷面概況

襄陽水文站位于湖北省襄陽市城區(qū)，是漢江中游重要水文控制站。該站測驗斷面上游70 km處有王甫洲水利樞紐工程，下游13 km處有崔家營航電樞紐工程[4]?；诖?，在漢江干流選取王甫洲壩下、襄陽水文站、崔家營壩下3個斷面進行水質(zhì)研究。研究斷面示意見圖1。

漢江中下游梯級聯(lián)合生態(tài)調(diào)度于2018年6月13日開始，漲洪階段為6月13-15日，峰頂階段為6月16-18日，退洪階段6月19-26日。根據(jù)調(diào)度方案，襄陽水文站斷面作為重點監(jiān)測斷面，在6月13-20日每日監(jiān)測一次，退洪階段采樣頻次減少，于6月22日和6月28日再各監(jiān)測一次。王甫洲壩下于6月12日、6月15日及6月28日再各監(jiān)測一次。崔家營壩下于6月13日、6月16日及6月28日各監(jiān)測一次。監(jiān)測項目有水溫、pH值、電導率、溶解氧、透明度、總磷、總氮、磷酸鹽、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a、TOC、硅、鐵、錳、銅、汞、砷、鉛、鉻、鎘、鈣等24項水質(zhì)指標。

2.2 評價方法

單因子指數(shù)法是最簡單的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)（無量綱）計算方法，對每個污染因子進行單獨評價，經(jīng)統(tǒng)計得出各自的達標率或超標率、超標倍數(shù)、統(tǒng)計倍數(shù)、統(tǒng)計代表值等結(jié)果[5]。單因子指數(shù)法對影響水環(huán)境質(zhì)量的各種監(jiān)測指標全部實行“一票否決”或“一刀切”，難以科學、客觀地反映地表水環(huán)境質(zhì)量水平或其具有的環(huán)境功能[5]。內(nèi)梅羅指數(shù)由美國敘拉古大學內(nèi)梅羅于1974年在《河流污染科學分析》一書中提出。內(nèi)梅羅指數(shù)是一種兼顧極值或稱突出最大值的計權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)[5]。內(nèi)梅羅指數(shù)特別突出了污染最嚴重的評價因子，同時也在一定程度上兼顧了其他水質(zhì)較好的參評因子對總體結(jié)果的貢獻，尤其避免了在計算過程中各因子權(quán)重人為賦值的主觀影響[6]。

根據(jù)漢江段水質(zhì)污染特點，以GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中的Ⅲ類水為標準，分別采用內(nèi)梅羅指數(shù)法和單因子指數(shù)法，選擇總磷、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、鋅等4項指標對王甫洲壩下、襄陽水文站、崔家營壩下斷面水質(zhì)進行評價計算。

3 結(jié)果與討論

3.1 水質(zhì)類別比較

采用內(nèi)梅羅指數(shù)法對3個斷面進行水質(zhì)評價，結(jié)果見表1。由表1可知，洪峰前后斷面水質(zhì)指標污染指數(shù)Pi值與污染指數(shù)，值均小于1，說明漢江襄陽段水質(zhì)一直維持在較好的水平。但是在峰頂階段，受洪峰影響，Pi值與，值明顯增大。

采用單因子指數(shù)法的評價結(jié)果顯示，洪峰前后總體水質(zhì)以I、Ⅱ類為主，其中漲洪階段I類水質(zhì)斷面占33%，Ⅱ類水質(zhì)斷面占67%，總體水質(zhì)較好;峰頂階段水質(zhì)受面源污染略有變差，Ⅱ類水質(zhì)斷面占100%;退洪階段水質(zhì)與峰頂階段相比，污染物濃度有所下降，但是存在滯后效應，水質(zhì)無明顯變化，Ⅱ類水質(zhì)斷面占100%。各斷面水質(zhì)情況詳見表2?？傮w上，漢江襄陽段水質(zhì)狀況一直維持在較好水平。由此可見，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法與單因子評價法的評價結(jié)果一致。

3.2 主要污染物濃度比較

襄陽水文站位于丹江口大壩下游109 km[7]，故洪峰較丹江口大壩有所延遲。6月13～ 28日推算的采樣時刻的瞬時流量如圖2所示。由圖2可見，6月16日流量達到最大值，6月16～22日流量維持在3 000m3/s，6月28日恢復正常。

襄陽水文站在生態(tài)調(diào)度期間水文參數(shù)統(tǒng)計見表3。由表可知，從6月14日開始，下泄流量開始進入襄陽水文站斷面，隨著流量的增大，斷面水位和流速也在不斷增大;6月16日，水位和流量均達到最大值，斷面流速也達到了0.74 m/s，退洪階段斷面水位維持在64.94 m;流量和斷面平均流速不斷下降，其中6月28日的流量與斷面平均流速大約為22日的1/2。

襄陽水文站斷面6月13～ 28日水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果見圖3。由于pH值、電導率、溶解氧、透明度、總氮、磷酸鹽、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、葉綠素a、TOC、硅、銅、汞、砷、鉛、鉻、鈣等水質(zhì)指標監(jiān)測濃度較低，無明顯變化，故圖3僅對水質(zhì)變化幅度較大的高錳酸鹽指數(shù)、鐵、錳3項水質(zhì)指標的濃度變化進行了比較。

由圖3可見，該斷面在漲洪階段，隨著流量的不斷增大，其面源污染負荷增大[8]。高錳酸鹽指數(shù)、鐵、錳的濃度趨于增高，流量和水位于6月16日均達到最大值，6月17日斷面平均流速達到最大值后，高錳酸鹽指數(shù)、鐵、錳的濃度也隨之達到最大值。退洪階段，流量逐漸減小，隨著時間持續(xù)延長，流經(jīng)斷面的水不斷更新，高錳酸鹽指數(shù)的濃度也逐漸降低，鐵、錳濃度值偶有波動，但是其變化趨勢與斷面流量和流速變化一致，有一個小幅度增大之后繼續(xù)減小的過程，總體上鐵、錳的濃度還是趨于降低態(tài)勢。

王甫洲壩下和崔家營壩下在生態(tài)調(diào)度期間水文參數(shù)統(tǒng)計見表4～5。由表可知，下泄流量于6月13日開始進入王甫洲壩下，斷面水位、流量和平均流速在6月16日均達到最大值;退洪階段，斷面水位維持在89.7 m，流量和斷面平均流速不斷下降，其中6月28日的流量與斷面平均流速大約為6月16日的1/2。下泄流量從6月14日開始進入崔家營壩下，斷面水位、流量和平均流速在6月17日均達到最大值，退洪階段，斷面水位維持在58.0 m，流量和斷面平均流速不斷下降。

王甫洲壩下和崔家營壩下兩個斷面在漲洪階段中期及退洪階段水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果見表6。由表6可看出，王甫洲壩下和崔家營壩下斷面的水質(zhì)參數(shù)濃度變化與襄陽水文站類似，均為在漲洪階段因面源污染而變大，在退洪階段又因水量的稀釋作用變小。斷面水質(zhì)參數(shù)的濃度變化與水位、流量和斷面平均流速變化趨勢一致。

3.3 水質(zhì)變化趨勢分析

應用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法，對王甫洲壩下、襄陽水文站、崔家營壩下3個斷面分別進行分析計算，可得出采樣日期與內(nèi)梅羅污染指數(shù)的關系，結(jié)果見圖4。

（1）從內(nèi)梅羅污染指數(shù)的變化情況可以看出，漢江襄陽段水質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較好，水體較清潔，所有采樣階段的內(nèi)梅羅污染指數(shù)，值均小于1。

（2）襄陽水文站和王甫洲壩下斷面的，值均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，整體水質(zhì)無明顯變化。漲洪階段王甫洲壩下斷面，值增加更快，其同期，值比襄陽水文站斷面更大;退洪階段I值減小更快，其同期，值較襄陽水文站斷面更小。

（3）崔家營壩下斷面的，值一直呈增大趨勢，漲洪階段其I值比襄陽水文站斷面增大更慢，同期I值比襄陽水文站斷面更小;退洪階段I值還在增大，可能與采樣周期不夠長，水量稀釋帶來的改善效應有所滯后，受支流其他斷面的影響等有關。

該結(jié)果與張秀菊等[9]對水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)度的研究結(jié)果一致，即水量調(diào)度可在一定程度上改善水質(zhì)狀況，但是引水方案對水體水質(zhì)的改善以水量稀釋為主，污染物遷移、轉(zhuǎn)化作用較弱。

4 結(jié)論

（1）內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法與單因子評價法的評價結(jié)果一致，漢江襄陽段水質(zhì)一直維持在較好水平。

（2）通過開展?jié)h江中下游聯(lián)合生態(tài)調(diào)度試驗，增加丹江口水庫下泄流量，增大壩下游河段的水面流速，可在一定程度上改善漢江下游水質(zhì)狀況。

（3）通過內(nèi)梅羅污染指數(shù)變化分析，生態(tài)調(diào)度漲洪階段受面源污染影響而污染物濃度變大，退洪階段因為水量的稀釋作用污染物濃度變小。生態(tài)調(diào)度通過流量調(diào)節(jié)方法可以改變斷面水質(zhì)狀況，但是對水體水質(zhì)的改善效果以水量稀釋為主，污染物遷移、轉(zhuǎn)化作用較弱。

（4）建議有關部門加強對區(qū)域污染物人河量的控制，從源頭治理，降低漢江襄陽段污染物本底濃度，進而從根本上改善水質(zhì)狀況。

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