長河灌區退水對武水干流水質的影響

陳 懷

(長沙博鴻水資源管理有限公司，長沙 410000)

1 問題的提出

長河灌區樞紐主要由蓄水工程和輸水渠系等分部工程構成，灌區于1965年6月開工興建后于1971年5月建成蓄水。長河灌區總設計灌溉面積9373.33hm2，其中水田、旱土面積分別為5860hm2和3513.33hm2，實際有效灌溉面積僅為3866.67hm2。依照長河水庫管理所提供的相關資料，長河水庫近年來灌溉凈供水量均值為574.8×104m3/a。按照實地勘察結果，該灌區當前并未實施系統性的續建配套及節水改造工程項目，僅對灌區所包括的小型水庫、山坪塘、農渠等逐年實施維修養護，就目前灌區灌溉基礎設施而言，基本能確保灌區現狀灌溉用水方面的需要，但是隨著灌區下游城鎮工農業用水規模的持續增長，灌區用水呈日益緊張的局面。

長河灌區運行過程中的退水主要來自渠道滲漏水及未實行節水灌溉技術下灌區作物未能充分吸收利用的多余水，灌區退水基本通過渠道滲漏及灌渠排水系統直排后直接匯入下游武水河干流河道。根據實地勘察，長期以來灌區退水口數量均較多且較為分散，整個灌區以及灌區排水口處均未設置污水處理設施。灌區運行數年間，人們習慣性認為長河灌區退水必然攜帶大量農藥、化肥等污染物，退水匯入武水河干流后必然會對干流水質造成不利影響。

2 灌區退水量

根據長河灌區相關資料以及《湖南省郴州市水資源管理“三條紅線”指標體系》，現狀年及規劃年長河灌區灌溉水利用系數分別取0.5063和0.6，農作物耗水系數取0.5，根據《灌區規劃規范》(GB/T 50509-2009)所規定的方法，灌區現狀年退水量在灌區總引水量中的占比為(1-0.5063)+(1-0.5063)×0.5%=0.74%，所以，現狀年及規劃年灌區退水在灌區總引水量中的占比較大。量化計算結果顯示，現狀年灌溉用水保證率分別為50%和90%時，灌區退水總量分別取2725.7×104m3和2378.7×104m3；規劃水平年取用水次序為現已取得許可的人飲用水、暫未取得許可人飲用水、灌溉用水。

3 武水干流水質參數變動趨勢

3.1 主要污染物年變化趨勢

長河灌區退水引入武水干流后從1993年開始干流實施水質監測，以從1993年開始有監測數據年份的水質參數為研究樣本。通過分析看出，從長河灌區退水引入武水干流開始，干流中多個監測點總磷、總氮、高錳酸鉀指數(CODmn)等污染物濃度表現為下降趨勢，其中總磷、總氮等主要污染物指標年變動趨勢具體見圖1。傳統觀念認為，武水干流環境承載能力有限，農藥、化肥等污染物質隨同灌區退水一同排入干流河道后，會造成干流河道水體內化學需氧量以及總磷TP、總氮TN濃度的不斷累積。但圖中實際監測結果顯示，武水干流水體內主要污染物總磷、總氮及高錳酸鉀指數均呈逐漸降低趨勢，這說明長河灌區退水對武水干流水質并未造成不利影響。

圖1 水體中總磷、總氮含量年變動趨勢

3.2 富營養化程度年變化趨勢

應用《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)所提出的綜合指數法，根據所收集到的武水干流水質監測數據進行以TN、TP、chl-a、SDD、CODmn為基準參數的干流水體富營養化指數的逐年計算，結果見圖2。根據圖中監測結果，自1993年取得監測數據后，武水干流水體綜合富營養化指數呈逐年下降趨勢，目前處于中營養化階段，由此可以認為，灌區退水對武水干流水體富營養化指數的降低存在有利影響。當前，武水干流水體TN達到富營養化水平，且在其帶動下水體綜合富營養化指數升高；chl-a指數水平較低，TP指數和SDD指數均處于中-富營養化之間，CODmn指數則位于富營養化邊緣。

圖2 水體富營養化指數(5參數)逐年變動趨勢

3.3 水化學參數變化趨勢

水體中溶解氧濃度的大小及pH值的高低對水質參數變化具有制約作用，同時也是水環境因素綜合作用的結果。武水干流多年pH值變動趨勢統計結果見表1。由統計結果可以看出，自長河灌區退水引入武水干流且有監測數據后，雖然每年都從灌區引入高pH值洗堿水，但武水干流水體pH值變化幅度并不大，且呈現出逐年降低的趨勢，水體整體表現出明顯的中性化傾向。對于武水河干流這種鹽堿地區河流而言，水體中性化傾向有利有弊。有利之處主要在于可以將水體堿性程度控制在規范標準以內，使水體總磷增加，氮磷比降低，為浮游生物及微生物生長提供適宜環境，使污染物分解及轉化能力增強，生物多樣性和水體生產力明顯提升[1]。弊端則在于會加速固定沉降的有害金屬釋放。

表1 武水干流多年pH值統計結果

武水河干流水體多年溶解氧的多年變化趨勢統計結果見表2。該干流上游多為高山峽谷，中下游多為石灰巖地區，影響溶解氧濃度的因素眾多。從理論角度分析，長河灌區退水匯入干流河道后存在退水所攜帶的灌區殘留農藥等化學物質分解消耗水體溶解氧的可能性[2]。根據統計結果的變動趨勢來看，水體內溶解氧濃度呈略微降低趨勢，但是表征殘留農藥耗氧的CODmn指數卻逐年降低，所以，長河灌區退水攜帶殘留農藥以稀釋、溶解和降低溶解氧濃度的可能性并不大。武水干流水質均在Ⅲ類及其以上，說明灌區退水對下游河道水質影響較小。

表2 武水河干流水體多年CODmn指數統計結果

4 與毗鄰流域水質對比

武水河為珠江流域北江水系一級支流，南花溪(樂水河)及無利河則屬于北江水系二級支流，其中，長河灌區退水主要排入武水河干流河道，南花溪(樂水河)及無利河則無灌區退水排入。為進行長河灌區退水對武水河干流水質的影響分析，還應該進行武水河干流水質和南花溪(樂水河)及無利河等毗鄰流域水質的比較。比較結果具體見表3。根據表中水質比較結果，武水干流因受到長河灌區退水影響后水質明顯比毗鄰流域改善。

表3 毗鄰流域水質的比較

5 區間水質變化

通過監測長河灌區排水渠與武水干流河道之間區間水體多個污染物參數并對監測結果進行分析發現，排水干渠水體內包括CODmn、CODcr、BOD5、氟化物、硫化物、pH值、碳酸鹽、硫酸鹽、電導率、葉綠素等在內的各類污染物均表現出明顯的上游低、下游高，排水干渠低、武水干流河道高的趨勢特征。通過分析發現，造成這一趨勢的主要原因在于長河灌區近年來退水中水質較好的地下潛水在總退水量中的占比大幅增加，地下潛水中上述污染物參數取值均優于排水干渠，故退水匯入排水干渠后，會稀釋原河道水體內污染物濃度。

與此同時，包括氨氮、總氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、可溶性有機氮、總磷、重碳酸鹽等在內的污染物參數均表現出沿程削減的趨勢。通過分析原因發現，排水干渠兩側水生植物群落對于灌區退水中可溶性有機氮、氨氮等污染物具有沉降、吸收、利用作用，使沿程水體中污染物削弱；越是接近下游pH值較高的水域，灌區退水中鋁、鐵等陽離子交換能力較強的金屬元素沉降的可能性越大，也表現出沿程削弱趨勢[3]。

6 結 論

綜上所述，長河灌區排水干渠內退水水質整體比武水河干流河道水質優，排水干渠沿程對污染物的削減能力強，故長河灌區自運行后1993年實施水質監測以來，灌區退水并未對武水河干流河道水質及富營養化造成不利影響，反而具有持續改善效果。文章的分析結果徹底顛覆了人們長期以來一貫認為長河灌區退水會污染武水河干流水質的觀念，對于灌區退水排入河道后是否會造成河道水體水質污染的問題，必須區分具體情況，以得到較為客觀準確的結論；同時也說明大型灌區節水灌溉工程的實施對于減少地表徑流入河水量以及遏制農田面源污染具有積極意義。