遼河流域水環境監測方案及退役水庫水環境質量評估

翟 勇

(營口市隆盛工程建筑有限公司，遼寧 營口 115000)

1 概述

在對遼寧省小型水庫復核中，發現庫容在20萬m3以下的有140座(10～20萬m3的有98座，10萬m3以下的有42座)，占比38%；無法滿足防洪標準的有66座，占比18%；水庫水工建筑物破壞嚴重的有133座，占比36%；水庫水工建筑物不全的有45座，占比12%；水庫淤積嚴重或干庫或種植作物的有56座，占比15%；水庫功能改變的有15座，占比4%。另外，45座水庫的庫容達不到原水庫等級的庫容標準，占比12%，其中3座小(Ⅰ)型水庫的庫容達不到小(Ⅰ)型水庫的標準，另有42座小(Ⅱ)型水庫的庫容達不到小(Ⅱ)型水庫的標準。

經過現場測量和調查發現，部分水庫常年無維護，多年運行、老化嚴重，存在問題較多[1]；大多水庫承包給個人，進行養殖等活動，管理較粗放，使水庫問題日益嚴重。有的水庫集多種問題于一身，存在嚴重安全隱患。

2 水環境影響監測調查方案

作為閘壩生命周期的重要環節，閘壩退役拆除會對河流的生態環境起到不同程度的修復作用[2]。為了解河流對拆壩及后續修復工作所作出的物理、化學和生態響應，加深人們對恢復生態學的認識，在拆壩前后開展河流水環境調查工作十分必要。

2.1 調查方法

水環境調查的主要方法有：資料收集法、現場勘查法、專家和公眾咨詢法、水質監測法、遙感調查法[3]。拆壩前、后河流水環境狀況調查以水質監測法為主。

2.2 水質監測方案

首先應確定監測河段的長度，一般劃分為3個部分：上游對照河段、庫區和下游河段(如圖1所示)。在壩體上游，監測河段應至少包括庫區及未受影響的部分上游區域。因受閘壩或拆壩的影響，準確設定下游河段的長度較困難，但實際操作中可根據基礎設施、水力或地貌控制點(如橋梁、水面突出的巖石等)進行確定。河道橫斷面和縱剖面的布設是水文、水質采樣監測的基礎。以下首先闡述這2種斷面的布設和測量原則。

2.2.1河道橫斷面布設

選定監測河段后，首先應根據該區域具體情況決定監測橫斷面的位置和數量，監測橫斷面布設情況如圖1所示，見表1。必須設置橫斷面的地方包括監測河段內閘壩的上下游、庫區、橋梁、生態敏感區[4]。其他橫斷面的位置和數量需根據該區域內具有相似坡降、河床與河岸基質、河岸植被、河道形成過程等物理特征的河段而定[5]。例如，水塘、淺灘、蜿蜒河道、順直河道、分汊河道內橫斷面的數量應與這些區域在整個監測河段所占比例相似。識別以上不同特征點前，可通過收集當地的地形圖、地質圖、區域航拍圖等資料并結合實地勘察進行必要的前期調查，而且水質、水位、流速、含沙量、泥沙粒徑分布[6]、河岸帶植物群落結構監測及影像資料記錄可在河道橫斷面上進行。

圖1 監測河段橫斷面布設

表1 河道橫斷面監測方案

2.2.2河道縱剖面布設

沿河床重要特征點的深泓線獲取河床高程數據，并測量不同特征點間的距離[7]。記錄數據時，除了河床特征點的高程和距離，還要包括特征點處的其他詳細信息，河床基質類型發生變化的位置，同時測量每處的水位。

2.3 水文評價指標調查

2.3.1流速

在監測年的豐水期對斷面流速進行測量，儀器可選用雷達測速儀。流速測量應選在位于順直河道，河寬、水深變化較小的橫斷面上進行。計算監測河段的最大流速與最小流速之比。

2.3.2水溫

水溫測量同樣在豐水期進行，可用YSI多參數水質監測儀獲取上游河道、庫區、下游河道斷面水溫數據[8]，計算監測河段的最高水溫與最低水溫之比。

2.4 水環境評價指標調查

水質是一項與河流生態環境密切相關的重要指標，進行水質監測可以顯示閘壩本身對河流生態環境的影響及拆壩引起的水質變化[9]。魚類、底棲動物等水生生物對不同水質指標的要求和污染物的承受能力各異。關于拆壩，比較重要的水質指標有水溫、溶解氧(DO)、總懸浮物、pH、電導率、總氮、總磷、葉綠素a等，具體指標的選擇，視實際情況而定。

在已設河道橫斷面上布設4個采樣點(如圖2所示)：點A在最上段橫斷面的中間位置，取1/2河寬、1/2水深處水樣；點B在庫區穿過最大水深處的橫斷面上，取最大水深處水樣；點C位于壩前最近橫斷面中間位置，取1/2河寬、1/2水深處水樣；點D位于下游出水口橫斷面上，取1/2河寬、1/2水深處水樣。用GPS記錄每個采樣點的地理坐標，以便重復采樣。在拆前1a及拆后5a，每年的豐、平、枯水期都要采集1次水質監測數據。

圖2 水環境監測點布設

3 遼河退役水庫水環境調查

3.1 技術內容

監測調查遼河流域一期退役試點水庫水環境指標，于2018—2019年間2次采樣監測水環境指標，主要包括水體溫度、電導率、pH、DO、COD、NH3-N、TN、TP等指標。

3.2 退役水庫水環境質量評價

遼河流域歷史退役水庫26個，對這26個水庫水體、沉積物以及周邊植被樣品進行采集，對水質、浮游動植物、底棲動物和陸生植被進行測試、鑒定和分析[9]。

3.3 研究方法

3.3.1樣品的采集

根據水庫自然概況，考慮監測結果準確性與監測過程的可行性，結合監測目的及人力物力等因素，同時兼顧采樣斷面的代表性，本研究選擇遼河流域歷史退役水庫26個，每個水庫1個斷面，平行3次取表層水體樣品，于2018年10月和2019年7月分別對設置的點位進行了采樣監測。

3.3.2監測指標與數據分析

結合水庫特點與監測項目的可行性與科學性，根據GB3838—2002《地表水環境質量標準》中規定的基本項目，本研究監測指標為：pH、電導率(EC)、溶解氧(DO)、化學需氧量(COD)、總懸浮固體(TSS)、總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH3-N)。其中pH、EC、DO使用便攜式多參數測量儀現場測量。COD、TSS、TN、TP和NH3-N等指標使用多參數比色計測量。

3.4 研究結果

3.4.1監測指標評價標準

研究評價方法依據GB3838—2002，具體水質等級劃分見表2—3。

表2 水環境質量等級劃分

表3 水環境質量標準

3.4.2水環境指標監測結果

對水體溫度、pH、EC、TSS、DO、TN、TP、NH3-N和COD進行了分析檢測，監測水庫的DO范圍為1.3～14.8mg/L，大部分水庫為I類水，只有紅旗溝水庫、錯草水庫下游和后馬水庫下游DO較低，屬于劣V類水。經過監測，各水庫的DO、COD、TP、NH3-N、TN及TSS值特征如圖3—8所示。

監測水庫的COD范圍為1.1～34.6mg/L，只有四方臺入庫口和黃金溝水庫壩前為V類水，其余水庫采樣點均為IV類水或更優。

監測水庫的TP范圍為0.06～0.92mg/L，雙臺子水庫上游、四方臺水庫出口和臺子溝水庫這3個點位屬于劣V類水，其余水庫采樣點均為IV類水或更優。

監測水庫的NH3-N范圍為0.02～1.6mg/L，只有臺子溝水庫為V類水，其余水庫均為I類水。

監測水庫的TN范圍為0.3～18.7mg/L，大部分采樣點水質為Ⅴ類或劣Ⅴ類。

監測水庫的TSS范圍為1～59mg/L，其中釣水、雙臺子上游和臺子溝水庫總懸浮固體較高，分別為52、59、34mg/L，其余水庫均低于30mg/L。

由此，此時期監測的22個水庫水質大部分為Ⅴ類或劣Ⅴ類，主要超標指標為TN。其中大臺水庫和下甸子水庫水質為Ⅱ類，平臺子水庫入口為Ⅲ類水，其他水庫均為Ⅳ類或劣于Ⅳ劣水，主要污染物指標為TN。

除了前柳和玉白2個水庫無水外，2016年7月共采集了24個水庫水體樣品，各水質指標變化如圖9所示。由圖9可知，監測的24個退役水庫DO范圍為4.3～11.5mg/L，大部分水庫為I類或Ⅱ類水，只有管飯寺、雙臺子和東高卜屬于Ⅳ類水。

圖3 各水庫的DO值特征

圖4 各水庫的COD值特征

圖5 各水庫的TP值特征

圖6 各水庫的NH3-N值特征

圖7 各水庫的TN值特征

圖8 各水庫的TSS值特征

圖9 退役水庫各水質指標變化

COD范圍為5～50mg/L，只有四方臺、東高卜為V類水，其余水庫采樣點均為IV類水或更優。NH3-N范圍為0.01～0.28mg/L，所有水庫監測點位均為I類或Ⅱ類水。TN范圍為0.9～9.0mg/L，大部分采樣點水質為Ⅴ類或劣Ⅴ類。TP范圍為0.2～10.0mg/L，一半以上水庫屬于劣Ⅴ類。TSS范圍為5～354mg/L，其中三八、后馬、蘭鳳、四方臺和管飯寺水庫總懸浮固體較高，其余水庫均低于50mg/L。由此，此時期監測的24個水庫的水質大部分水質為Ⅴ類或劣Ⅴ類，主要超標指標為TN和TP。

4 結語

水利工程退役處理在我國是一個新生事物，還需要有與之配套的、可操作的細則。特別是開展生態環境與社會經濟定量的評價指標體系與評估模型的研究[10]，以指導水利工程退役處理工作的有效實施。我國目前許多水庫大壩(多數為小型水庫及大壩)的服役期也達到40～50a，對于已存在的病險庫問題和將來出現的新的病險庫問題，今后將面臨更多的安全管理和除險加固工作，包括部分病險水庫大壩的降等使用、報廢(退役)評價和實施。因此，應對存在安全隱患、已喪失原有功能的水庫大壩的退役出路問題，或從流域的整體開發規劃出發，對部分水庫大壩功能調整后的出路以及新的河流環境生態平衡等問題開展研究[10]。