石佛寺水庫生態(tài)需水量分析及富營養(yǎng)化控制研究

戚衛(wèi)偉

(營口市水文局，遼寧 營口 115000)

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石佛寺水庫生態(tài)需水量分析及富營養(yǎng)化控制研究

戚衛(wèi)偉

(營口市水文局，遼寧 營口 115000)

隨著社會發(fā)展，水資源被過度開發(fā)，我國水生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞并且在持續(xù)惡化，對居民的用水安全造成巨大威脅。本文基于遼河石佛寺水庫生態(tài)建設(shè)工程，根據(jù)生態(tài)需水的基本理論，對水庫生態(tài)需水量進(jìn)行了分析，并對庫區(qū)富營養(yǎng)化問題進(jìn)行了研究，采取了控制措施，保證了庫區(qū)生態(tài)安全。

石佛寺；水庫生態(tài)；環(huán)境安全；需水量；富營養(yǎng)化

近年來我國水利水電工程建設(shè)迅速，然而也造成了生態(tài)環(huán)境的逐漸惡化。例如：河流生態(tài)系統(tǒng)不同程度退化，生物多樣性減少，地下水位持續(xù)下降等。水利工程建設(shè)產(chǎn)生的社會經(jīng)濟(jì)效益巨大，而且隨著環(huán)保壓力的逐步增大，加強(qiáng)水利樞紐建設(shè)已是大趨勢。面對這種情況，我們應(yīng)該權(quán)衡利弊，對工程建設(shè)進(jìn)行合理規(guī)劃設(shè)計，尋求采取多種工程措施、生態(tài)措施及管理措施，緩解或改善水環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)惡化程度。

1　工程概況

石佛寺水庫位于遼寧省沈陽市，屬于遼河下游干流上的大型水利樞紐工程，水庫總庫容1.85億m3，壩址以上集水面積16.48萬km2。該水庫是典型的河道型平原水庫，2005年其主體基本完工，主要部分有主壩、副壩、泄洪閘以及穿壩建筑物等。閘壩全長42.6 km，其中主壩長12.4 km，副壩長29.9 km，泄洪閘16孔，總寬度248.5 m。壩型為均質(zhì)土壩，最大壩高12.1 m，壩頂寬6 m。

為了提高遼河流域的生態(tài)自我恢復(fù)能力，相關(guān)部門于2009—2011年對石佛寺水庫實(shí)施了生態(tài)工程建設(shè)項(xiàng)目。具體內(nèi)容包括：主副壩林臺建設(shè)、人工島建設(shè)、庫區(qū)平整、水生植物栽植、野生柳樹保護(hù)等項(xiàng)目。種植蘆葦176.75 hm2，荷花108.38 hm2，蒲草124.06 hm2，各種喬、灌木19.28萬株。通過該項(xiàng)目，遼河中下游水域的生態(tài)環(huán)境得到了極大恢復(fù)，水質(zhì)得到了凈化，水中繁衍棲息了多種魚類和禽類，初步建成了物種豐富的遼河石佛寺水庫生態(tài)系統(tǒng)[1]。

2　生態(tài)需水量分析

2.1生態(tài)環(huán)境需水量介紹

在20世紀(jì)90年代后期，我國實(shí)施了“西北地區(qū)水資源合理利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)”科技攻關(guān)項(xiàng)目，真正開始研究生態(tài)環(huán)境用水。進(jìn)入21世紀(jì)，中國工程院可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究確定了生態(tài)環(huán)境用水的概念及分類，標(biāo)志著我國生態(tài)環(huán)境需水研究全面展開。

廣義生態(tài)環(huán)境需水量是指能夠維持區(qū)域內(nèi)生物地理生態(tài)系統(tǒng)水分平衡所需要的水，具體包括生物平衡、水熱平衡、水鹽平衡、水沙平衡所需水量都是生態(tài)環(huán)境用水。狹義生態(tài)環(huán)境需水量是指保證生態(tài)環(huán)境不再惡化，并逐步改善所需要的水量[2]。

生態(tài)環(huán)境需水量主要包括以下幾部分：①維持天然植被生長所需水量，如：森林、草地、濕地植被等；②當(dāng)?shù)乇３炙列杷考八帘３稚鷳B(tài)工程建設(shè)所需要的水量，如綠洲和生態(tài)防護(hù)林建設(shè)等；③保障水生生物棲息環(huán)境需要的水量，如湖泊、河流中魚類浮游生物產(chǎn)卵、洄游等生存、繁殖所需的水量。

2.2水庫生態(tài)需水量的計算分析

按水庫需水的生態(tài)功能分類，主要分為：生物棲息地需水量Wh、蒸散發(fā)滲漏需水量Wc、凈化污染物需水量Wp、維持水鹽水沙平衡需水量Ws、維持水庫下游生態(tài)需水量Wx。由于以上各部分中有相互重疊部分(例如水生生物棲息需水也具有凈化污染物作用，排沙需水也可以維持下游河段生態(tài))，計算時對兩部分進(jìn)行比較后取較大者。生態(tài)需水量W計算公式如式(1)所示。

(1)

2.3水庫生物棲息地需水量分析

水庫面積的大小直接影響庫區(qū)水生生物棲息地質(zhì)量。所以水庫形態(tài)分析法以庫區(qū)面積直接作為了棲息地質(zhì)量指標(biāo)。選擇水庫水位—面積曲線低水位附近的拐點(diǎn)作為具有生態(tài)價值的最低水位，對應(yīng)生物棲息地需水量。各參數(shù)的具體關(guān)系變化如圖1所示[3]。

圖1　水庫形態(tài)分析法示意圖

2.4水庫污染物自凈需水量計算分析

對于面積不是很大的水庫，庫區(qū)周邊的點(diǎn)污染源或面污染源排入水庫后，在水流和風(fēng)浪的作用下，經(jīng)一段時間后在庫中基本擴(kuò)散分布均勻。根據(jù)物質(zhì)平衡原理，使用以下混合水質(zhì)模型即零維水質(zhì)模型分析其所需水量，具體計算如式(2)。

(2)

式中：Wd為庫區(qū)允許污染物排放量,g/d；Cg為水庫污染區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn),mg/L；Qout為水庫出庫流量,m3/d；K為水庫污染物降解系數(shù),L/d。

2.5水庫水沙平衡需水計算

水庫水沙平衡的保持主要采用泄流調(diào)沙和淘沙調(diào)沙方式。由于本庫區(qū)水量豐富，在汛期時借助洪水泄流排沙，維持庫內(nèi)水沙平衡。在一定時間內(nèi)，排沙量若為Wp s，汛期水流挾沙能力設(shè)為Cxs，則可求得水沙生態(tài)平衡需水量Ws=Wps/Cxs。

2.6水庫耗水量計算分析

水庫耗水量主要包括三個部分，分別是：水面蒸發(fā)量、庫區(qū)植被蒸騰作用散發(fā)水量及水庫滲漏水量。水面蒸發(fā)量的大小與庫區(qū)水面面積、溫度以及降水量有關(guān)；蒸騰水量與植被覆蓋情況有關(guān)。計算時庫區(qū)面積取水庫在月平均水位時的水庫面積[4]。

(3)

式中：Wc為水庫耗水量,m3；F1為水庫正常水位時的水面面積,m2；F2為水庫正常水位時的植被面積,m2；E1(t)為月平均溫度下的水面蒸發(fā)能力,mm；E2(t)為月平均溫度下的植被蒸騰能力,mm；P(t)為月平均降水量，mm;K為庫區(qū)土壤滲透系數(shù)；I(t)為水力坡降；F0為庫區(qū)正常水位時的滲漏面面積。

綜上所述：石佛寺水庫水質(zhì)要求為II類以上，以氨氮含量作為污染物指標(biāo)，水庫允許排入量為500 t/a。經(jīng)計算得出其自凈用水量為0.8億m3。當(dāng)?shù)貙?shí)施了生態(tài)建設(shè)工程后，植被覆蓋率較高，水土流失小，基本滿足水沙平衡要求，無需計算排沙水量。水庫面積較大，植被豐富，蒸散發(fā)水量較大，取庫區(qū)面積35 km2，植被覆蓋面積12 km2計算。水庫各月份生態(tài)需水量相差較大，夏季多，冬季少，年總生態(tài)需水量約為8.6億m3。

3　水質(zhì)富營養(yǎng)化的控制

3.1水庫富營養(yǎng)化及成因

水體的富營養(yǎng)化是指水庫、湖泊等封閉或半封閉水體中植物營養(yǎng)成分(如氮、磷)過量聚集而導(dǎo)致水藻類微生物極速增殖，使水生態(tài)環(huán)境惡化的現(xiàn)象。

富營養(yǎng)化一般分為自然原因和人為原因兩種，營養(yǎng)的自然富集因過程漫長而不予考慮。經(jīng)過分析，石佛寺水庫富營養(yǎng)化主要是因?yàn)槿藶榕欧殴I(yè)廢水和生活污水所致[5]。

3.2水庫富營養(yǎng)化控制

通過現(xiàn)場調(diào)研，針對石佛寺水庫的富營養(yǎng)化問題，主要采取以下措施進(jìn)行控制：①控制點(diǎn)源和面源污染。減少周邊工業(yè)廢水、旅游餐館、居民生活污水的排放，或?qū)U水進(jìn)行處理后再排放，限制洗滌用品的含磷量；②完善水庫水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)，制定水庫富營養(yǎng)化管理標(biāo)準(zhǔn)，對庫區(qū)實(shí)時監(jiān)測控制；③合理規(guī)劃水庫功能區(qū)，如規(guī)劃網(wǎng)箱養(yǎng)魚、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)；④水中營養(yǎng)物質(zhì)富集于深部，泄水時可采用中低孔泄流，也可適當(dāng)清淤；⑤強(qiáng)化水庫管理，做到水資源的科學(xué)合理調(diào)配[6]。

4　結(jié)　論

水資源生態(tài)環(huán)境的治理和保持在現(xiàn)代水利工程中應(yīng)引起足夠的重視，這些水利工程在造福社會的同時，應(yīng)使其能夠維持自身的生態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的理念。本文以石佛寺水庫生態(tài)治理工程為背景，對水庫生態(tài)需水量的概念、分類以及計算方法進(jìn)行了簡要說明，同時分析解決了水庫富營養(yǎng)化控制的問題，對以后的水利工程建設(shè)具有參考意義。

[1]朱旭萍，唐德善.石佛寺水庫對生態(tài)環(huán)境的影響及防治對策[J].水利學(xué)報，2007(S1)：52-55.

[2]崔國韜，左其亭.生態(tài)調(diào)度研究現(xiàn)狀與展望[J].南水北調(diào)與水利科技，2011(6)：67-69.

[3]趙鑫.石佛寺水庫生態(tài)修復(fù)若干問題及對策[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2015(11)：32-35.

[4]肖華，邵東國.一種水庫生態(tài)與環(huán)境需水量的計算與調(diào)控方法[J].人民長江，2011(23)：73-75.

[5]周林飛，鐘倩.石佛寺人工濕地水體富營養(yǎng)化評價與分析[J].水土保持研究，2015(1)：46-48.

[6]曉金鳳，梁宏.水庫生態(tài)影響研究和生態(tài)調(diào)度對策探討[J].河南水利與南水北調(diào)，2008(2)：24-26.

Sutdy of ecological water requirement analysis and eutrophication control of Stone Buddha Temple Reservoir

QI Weiwei

(HydrologybureauofYingkou，Yingkou115000,China)

With the development of the society, the water ecological environment of our country destruct seriously and continue to evolve by excessive development of water which poses a great threat to residents’ water security. Based on the ecological construction project of the Stone Buddha Temple reservoir of Liaohe River, the paper analysis the ecological water demand of reservoir and study the problem of the reservoir eutrophication according to the basic theory of ecological water demand, and the control measures has been taken to ensure the reservoir area ecological security.

Stone Buddha Temple; reservoir ecological; environmental safety; water demand; eutrophication

戚衛(wèi)偉(1983-)，女，工程師，主要從事水質(zhì)監(jiān)測工作。

X524

A

2096-0506(2016)03-0009-03