白石水庫水環境容量計算與分析

閆 冬

(本溪市桓仁縣水務局，遼寧 本溪 117200)

白石水庫始建于2009年，壩址位于遼寧省北票市大凌河干流，是一座以供水為主，兼具發電、旅游、養殖的大型水利樞紐工程[1]。水庫控制流域面積17649km2，占大凌河流域面積的76%，水庫正常蓄水位為126m，總庫容為16.45億m3。水庫建成后可以使下游地區的防洪標準由原來的20a一遇提高到50a一遇，同時每年可以向下游的阜新和錦州等城市提供生產生活用水2億m3。白石水庫的防洪設計標準為百年一遇，下瀉流量為2675m3/s，校核標準為千年一遇，下瀉流量為3814m3/s。白石水庫所在的大凌河流域屬于寒溫帶大陸性氣候，降雨的年際變化較大，最大年降雨量為1053mm，最小年降雨量為345mm；夏季降雨較多，其中7、8兩月的降雨量占全年的40%左右。大凌河是遼寧省西部的第一大河流，流經遼寧省朝陽市5縣1市2區，在錦縣東南注入遼東灣。大凌河全長397.2km，流域面積2.35萬km2，平均年徑流量約16.67億m3[2]。

1 水環境容量計算

各種污染物在進入水體之后會發生一系列復雜的物理和化學變化，進而降低水體的實際使用價值。因此，在進行水環境容量計算過程中，需要對進入水體環境的污染物進行調查和分析。顯然，水體的污染程度與污染物一級河流的水文氣象條件具有密切聯系。

1.1 水文條件

本次研究利用皮爾遜Ⅲ型曲線對白石水庫的水文條件進行數值模擬，以尋求擬合度最高的代表年份[3]。因此，將計算年型分為豐水年、平水年和枯水年，其保證率分別為10%、50%和90%，將天然徑流量視為入庫流量，可以由實測資料獲得，結果見表1。

表1 白石水庫天然流量統計

1.2 不均勻系數

根據水利部的相關計算成果，我國水環境的不均勻系數分為河流和湖泊兩大類[4]。顯然，水庫應歸為湖泊類，其不均勻系數見表2。另一方面，影響湖泊不均勻系數的因素主要有控制斷面、水質降解以及河流的流速和河長等[5]。結合白石水庫的實際情況，本次計算中的不均勻系數取0.43。

表2 湖泊不均勻系數

1.3 水質降解系數

水質降解系數包括白石水庫上游河道的降解系數以及水庫本身的降解系數[6]。其中，上游河道的降解系數采取兩點法計算獲得，而白石水庫的降解系數則通過多點法計算獲得[7]。具體的降解系數計算結果見表3—4。

表3 上游河道主要污染物降解系數計算結果

表4 庫區水體主要污染物降解系數計算結果

1.4 污染物濃度上限

根據《遼寧省地表水環境功能區劃》，白石水庫需要承擔城市供水的重要任務，因此其控制的大凌河流域的水質目標濃度為Ⅱ類，參照我國的GB 3838—2002《地表水環境質量標準》，主要污染物的濃度上限見表5。

表5 主要污染物濃度上限 單位：mg/L

2 計算結果分析

2.1 主要污染物的水環境容量計算

白石水庫的正常蓄水位為126m，結合水庫在不同水文條件下的運行管理特征和需求，本次研究不僅需要對正常蓄水位條件下的主要污染物的水環境容量進行計算，還需要對水庫不同水位條件下的主要污染物的水環境容量進行計算[8]。為此，本次研究對水庫水位在120～132m之間的不同水位條件下的主要污染物的水環境容量進行計算，計算結果見表6。

2.2 剩余環境容量計算

對白石水庫在126m的正常蓄水位以及50%保證率條件下的水庫剩余水環境容量進行計算，結果見表7。

表7 白石水庫剩余環境容量計算結果 單位：t·a-1

2.3 計算結果分析與評價

在本次計算過程中，除了部分年份的降雨量、徑流量等資料由于缺失原因而采用公式推求之外，其余資料均來自于遼寧省和朝陽市水資源勘測局、各個水文站、雨量站以及白石水庫管理局的相關監測數據。由于數據可靠、穩定，因此計算結果具有較高的可信度，可以為相關研究以及庫區的水資源管理提供有益借鑒。

基于主要污染物的白石水庫環境容量計算結果顯示，該水庫主要污染物的總量與水庫水位變化之間呈近似線性關系；同時，基于水環境容量計算結果和水質評價分析，白石水庫存在一定的富營養化趨勢，但是程度較輕，其中，總磷的含量較高，剩余環境容量為-251.621t/a，已經超出水庫水體的承載極限，以其濃度計算，屬于Ⅲ類水質，其他污染物均有一定的剩余環境容量，均符合國家Ⅱ級水質標準的相關要求。具體而言，在水庫的入庫口位置，分布有村莊和部分工礦企業，受到污染物排放量較大以及擴散條件不佳等因素的影響，水面存在較多的浮游類水生植物，水體的能見度較低。因此，白石水庫需要加大對總磷排放量的控制工作，需要每年削減總磷排放量252t；就其余污染物來看，由于均有較大的剩余環境容量，說明按照當前的排放形式，對水質的影響不大。

從主要污染物的變化趨勢來看，白石水庫水體中的總氮和氨氮的含量呈逐漸減少趨勢，說明水庫水體中的無機氮、有機氮以及化合氮的含量在不斷減少。從水體中氮離子的作用來看，一方面是各種細菌繁殖的必要營養物質，有利于工業廢水的凈化，同時較多的氮元素也會引發水體的富營養化。因此，水庫水體中氮元素的減少有利于減輕水庫的富營養化威脅，降低氨氮的毒性反應。從化學需氧量的指數變化來看，由于其動態變化幅度較大，說明白石水庫的水體受到有機物的污染程度比較嚴重。白石水庫的總磷含量不變，但是超標比較嚴重，這與周圍居民點生活中大量使用合成洗滌劑有關。

總體而言，白石水庫的水質較好，基本滿足水庫的供水功能，由于各級政府和水庫管理局近年來加大了水質管理和治理力度，水庫的生態安全沒有受到嚴重威脅，但是今后仍需要進一步強化管理，防止水質的惡化。結合上文的水環境容量計算成果，建議白石水庫在水質治理方面采取如下措施：通過閘門和泵站等水利設施的調控作用，引入清潔水源對污染程度較高的區域進行沖刷和稀釋，提高水庫水體的自我調節能力和自凈能力；通過采取人工增氧等措施，提升水庫水體中的溶解氧含量；積極引入動植物凈化技術，減少水體中的有機物污染，和水面藻類的含量；加強水庫集于區的水土保持工作，通過清垃圾、清污水、清雜物；在庫區水面禁止施肥養魚；對庫區周邊的養殖場廢水和固體廢物要進行處理，堅決杜絕直接向庫區水體直接排放。

表6 白石水庫不同水位條件下水環境容量計算結果 單位：t·a-1

3 結語

本文以遼西地區的白石水庫為例，對水環境容量進行計算研究。計算結果顯示，白石水庫的水質情況總體良好，基本可以達到國家Ⅱ類水質標準，僅有總磷含量超標，建議在現有排放量的基礎上，每年削減總磷排放量252t。由于白石水庫緊鄰阜新和錦州等大凌河下游主要城市，供水任務繁重，一旦發生水體污染而得不到及時處理，必將對居民的人身安全造成嚴重傷害。因此，本文的研究結論對白石水庫確定納污能力和指標，從而劃定水生態紅線，通過加強水庫的水環境管理防治水體污染具有重要作用。