[建筑]南排工程排水对改善区域水质的影响分析.doc

103一、水资源 水环境南排工程排水对改善区域水质的影响分析许科文 吕怀炼（浙江省嘉兴市水文站 浙江 314001）【摘要】 利用杭嘉湖南排工程放水，置换区域内平原河网水体，排水带来的水动力学特性，提高了水体的纳污能力和自净能力，达到改善区域水生态环境的目的。通过对水位、置换水量、水体流向及水质变化的影响分析，建立一套研究水量水质联合调度的放水管理模式，为扩展现有水利工程功能，探索出调活水体的措施和方法，实现区域水资源优化配置，促进区域经济社会可持续发展提供了强有力的支持。【关键词】 南排工程 排水 水质变化 嘉兴市1 概况随着防洪及水资源工程实施和水环境治理，充分利用现有水利工程措施，增强不同水域水体的循环与交换，有效地提高区域水体的置换周期，改善区域水生态环境，研究水量水质联合调度，探讨排水管理模式，为实现区域水资源优化配置，建立和完善区域水管理体制，促进经济社会可持续发展提供强有力支持。针对杭嘉湖平原的水系特点和水环境严重污染的实际情况，充分利用现有杭嘉湖南排工程设施，扩展现有水利工程的功能，积极探索调活水体的措施和方法，通过群闸调度，引水换水等措施，努力实现“沟通水系、调活水体、营造水景、改善生态”的目标。杭嘉湖南排工程位于嘉兴市境内，是治太十大骨干工程之一，在排涝运行中发挥了显著的工程效益，对减轻杭嘉湖地区防洪压力、降低水位、缩短受淹时间，改善杭嘉湖东部平原低洼农田的防洪除涝条件起着重要作用，同时也减轻了太湖洪水向北和东排压力。南排工程由四大出海口枢纽、一座每秒200 m3流量泵站、四大骨干排涝河道及相应配套建筑物工程组成，工程任务以防洪排涝为主，并有灌溉供水、河道航运和改善水环境等方面综合功能效益。枢纽总净宽144 m，干河总长192 km，堤防岸线354 km，所辖节制水闸39座，其中长山闸7孔8 m一座；南台头大闸4孔8 m一座；上塘河闸1孔8 m一座；盐官下河闸站枢纽包括6孔8 m大闸和4台50 m3/s电排泵站一座。为检验南排工程对改善嘉兴市区水环境的效果，2004年9月5日9月24日，进行了南排工程调水试验，为配合此次调水试验，对嘉兴市区以及周边地区的河网水域水质变化进行了监测。本文对这次试验水环境影响效果进行了评价，为今后更充分地发挥南排工程的环境效应提供决策依据。2 区域河网水流水环境状况嘉兴市域内大小河流湖荡纵横相连，河道总长13802.31 km，水面积268.93 km2，河道分布密度为3.5 km/km2，其中市县二级骨干河道57条，总长959 km。0.1 km2以上的湖荡计67个，水域面积42.22 km 2，主要分布在秀洲区和嘉善县境内的北部。全市总计河荡面积311.15 km2，河网率7.93，属典型的平原水网。从流域特征看，市域水网处于太湖流域末端，其骨干河道为京杭大运河。全市水网分入海和入浦二线，入海以长山河、海盐塘、盐官上下河为骨干河道，组成南排水网，处于运河以南；入浦以京杭运河、澜溪塘、芦墟塘、红旗塘、三店塘、上海塘为骨干河道，组成入浦水网。根据近几年地表水环境质量监测结果分析，嘉兴市主要河流水质污染属有机污染为主，主要超类标准物质为溶解氧(DO)、高锰酸盐指数（CODMn）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3N）、总磷（TP）和总氮（TN），其中总氮普遍超标，其次为DO、CODMn、BOD5、NH3N和TP等，这些污染物质在局部河道水体已造成严重污染。重金属除总汞在部分水体检出外，其余大多数指标均好于类。1990年类水体占50，类或劣于类水体约占10；到1994年已无类水体，类水体约占16，类或劣于类约占47；1995年类水体约占10，类或劣于类水体接近60。嘉兴市域地表水水质变化趋势，平均每二年下降一个等级，市镇河道出现水体发黑发臭等严重状况。根据2004年79个水环境监测断面的监测结果，按全年期平均值评价，类河长6.80 km，占评价河长的1.0%，类河长71.72 km，占10.1%，类河长67.74 km，占9.6%，劣于类河长561.07 km，占79.3%。嘉兴市水环境状况呈日益恶化趋势，成为制约嘉兴市的经济发展的重要因素。3 南排工程运用情况杭嘉湖南排工程于2004年9月5日早上开始启闸放水，其中长山闸于5日7时开始运行，5日日夜潮、6日日潮开启7孔；6日夜潮、7日日夜潮、8日日潮开启5孔；8日夜潮开始改开3孔；从13日夜潮开始至17日日潮改开5孔；17日夜潮至24日关闸均开启3孔。南台头闸于9月5日6:36分开始运行，均开启2孔，至9月23日8:36关闸。上塘河闸及盐官下河闸在此水位条件下，上下游水位差较小，故二闸均未开闸放水。3.1 水位2004年9月5日9月24日嘉兴各站的水位变化见图1。在南排工程启动时，嘉兴各站均处于较高水位，南排工程开闸排水后，各站水位逐步降低，至南排工程停止运行，各站的水位均呈下降趋势，并降至较低位置，其中临近长山闸和南台头闸的狭石和于城站水位下降最大。图1 排水期间嘉兴各站水位变化图3.2 排水量南排工程的长山闸、南台头闸从9月5日早上开始启闸放水，截止9月24日累计放水31991.9万m3。其中长山闸共启闸放水38潮，累计放水16720.8万m3，南台头闸共启闸放水30潮，累计放水12197.0万m3，特征值参见表1。全市河网河道水位按照3m高程计算，蓄水量约为4.8亿m3。南排调水试验累计放水量约为2.89亿m3，约置换河网水量的60%。表1 长山闸9月5日9月24日排水情况统计表名 称放水总历时/hr最大流量(m3/s)最小流量(m3/s)过闸最大水量(万m3)过闸最小水量(万m3)总放水量(万m3)长山闸239.7274164591.8317.316720.8南台头201.1192152586.8307.912197.0表2 南排排水期间杭嘉湖地区水量水质监测断面一览表序号断面性质控制河流断面名称断面位置1 河网控制断面盐官下河盐官枢纽海宁市古运河崇福工农桥桐乡市长山河硖石双喜桥海宁市海盐塘于城大桥海盐县新运河乌镇双溪桥桐乡市古运河西丽桥南湖区平湖塘万盛桥平湖市古运河南虹大桥秀洲区芦墟塘杨庙大桥嘉善县伍子塘嘉善320国道桥嘉善县2省际交界控制断面上海塘青阳汇平湖市红旗塘横港大桥嘉善县俞汇塘俞汇塘大桥嘉善县太浦河陶庄枢纽嘉善县太浦河丁栅枢纽嘉善县4 排水试验效果评价为了解南排工程排水期间杭嘉湖地区进出水量及水质变化情况，在区域内及太浦河沿线、嘉兴与上海交界处，共布设了15个水量水质同步监测断面，每三天进行一次监测，并在南排排水结束后，对这些断面补测一次，分析了pH、DO、CODMn、NH3N、可溶性TP、TP和TN等指标，根据市域水质污染特征，主要选择了CODMn、NH3N、TP和TN四个主要指标，评价在排水过程中河网水质变化情况。4.1 排水期间水质变化分析评价（1）排水对市域河网河道水质的影响分析图3为嘉兴市内五县（市）二区主要河道监测断面在南排排水期间的水质指标变化情况。分析可见，在河网控制断面的10个监测断面中，从排水前与排水结束的最后一次监测情况看，CODMn均有不同程度的下降，平均下降率为25.4%，其中西丽桥断面的下降率最大，达到47.8%。氨氮的平均下降率为48.2%，其中西丽桥断面的下降率最大，达到87.3%。总磷从监测数据看，硖石双喜桥、乌镇双溪桥和嘉善320国道桥有一个明显的下降过程，但排水结束后仍回到排水前的水平，余下7个监测断面的平均下降率为41.2%，其中万盛桥断面的下降率最大，达到55.3%。总氮的平均下降率为37.0%，其中西丽桥断面的下降率最大，达到75.6%。西丽桥位于嘉兴市区，分析表明，排水对嘉兴市区的水质改善有较明显的效果。 （a）高锰酸盐指数 （b）氨氮 （c）总磷 （d） 总氮图2 河网控制断面南排排水期间水质指标变化图（2）排水对下游边界水质的影响分析下游省际边界共设了5个监测断面。图2为这5个断面在南排工程排水期间的水质指标变化情况。从图上分析可见，排水期间，下游边界的水质变化影响相对较小，CODMn平均下降率为14.2%，其中俞汇塘大桥断面的下降率最大，达到19.2%。氨氮除青阳汇断面不降反升外，其余4个断面的平均下降率为62.2%，其中横港大桥断面的下降率最大，达到78.3%。总磷除陶庄枢纽不降反升外，其余4个监测断面的平均下降率41.6%，其中丁栅枢纽的下降率最大，达到60.3%。总氮除青阳汇断面外，其余4个监测断面的平均下降率为35.2%，其中横港大桥断面的下降率最大，达到48.5%。上述分析表明，青阳汇监测断面的水质变化影响不大，这是由于上海塘受下游潮水顶托的影响，流向顺逆不定，所以水质变化不定。其余4个监测断面在排水期间，水位降低，太浦河较好的水体沿边界河道流入，故均有不同程度的水质变好趋势。（3）区域影响程度分析长山闸和南台头闸均设在海盐县境内，按全市五县（市）二区区域位置看，二闸同时开启时海盐、海宁、桐乡、南湖和秀洲区离闸口相对较近，嘉善和平湖则较远。按各分区的代表断面计算高锰酸盐指数、氨氮、总磷和总氮的平均下降率见表3。 （a）高锰酸盐指数 （b）氨氮 （c）总磷 （d） 总氮图3 省际边界断面南排排水期间水质指标变化 从表3可以看出，排水前后海宁市、桐乡市、南湖区、秀洲区影响较大，平湖市和嘉善县相对影响较小，而海盐县处于闸口,由于本次排水时间不够,仅置换了60%的河网水量,因此海盐县的水质变化不大。表3 区域水质变化情况表区域名称 下降率项目海盐县海宁市桐乡市南湖区秀洲区平湖市嘉善县边界CODMn17.133.928.847.817.412.216.214.2氨氮15.733.039.887.366.513.660.762.2总磷37.734.512.641.842.039.84.6041.6总氮17.519.635.375.646.34.8038.935.24.2 排水期间的水质改善程度对比在这15个水质监测断面中，有13个常规水质监测断面，2004年每二个月进行一次监测，各监测断面的CODMn、氨氮、总磷和总氮全年期平均值，见表4。从表4中分析可知，河网控制断面中，高锰酸盐指数于城大桥和万盛桥二个监测断面高于年平均值，其余6个监测断面均低于年平均值11.1%，其中变化率最大的为南虹大桥断面，比年平均值低15.8%。氨氮8个监测断面均低于全年期平均值55.2%，其中杨庙大桥断面低79.9%。总磷除乌镇双溪桥断面高于年平均值外，其余7个监测断面均低于年平均值 32.1%，其中于城大桥低60.0%。总氮8个监测断面均低于全年期平均值，平均低于年均值47.4%，其中杨庙大桥低69.9%。在边界控制监测断面中，高锰酸盐指数5个监测断面均比全年期平均值高，平均高于年均值10.4%，其中陶庄枢纽高于年均值24.3%。氨氮5个监测断面均低于全年期平均值，平均低于年均值72.5%，其中丁栅枢纽断面低于年均值89.8%。总磷5个监测断面均低于全年期平均值，平均低于年均值40.4%，其中丁栅枢纽断面低于年均值67.7%。总氮5个监测断面均低于全年期平均值，平均低于年均值53.4%，其中丁栅枢纽断面低于年均值64.5%。表4 2004年各监测断面全年期平均值及排水结束后监测成果表名称项目河网监测断面边界监测断面崇福工农桥硖石双喜桥于城大桥乌镇双溪桥嘉兴西丽桥平湖万盛桥南虹大桥杨庙大桥青阳汇横港大桥俞汇塘大桥陶庄枢纽丁栅枢纽CODMn7.236.727.216.677.607.979.598.108.336.955.944.915.35氨氮2.943.073.711.122.605.661.341.793.980.940.530.770.88总磷0.2350.2960.3300.3840.3920.8610.2290.4360.6320.2730.2110.1720.251总氮5.435.266.542.474.759.012.733.456.742.381.401.771.97排水结束后各监测断面监测成果CODMn6.146.197.586.226.6310.28.077.439.317.436.156.495.68氨氮1.841.622.210.270.603.280.640.361.390.200.150.330.09总磷0.1720.2790.1320.4320.2970.5450.1710.2350.3990.1610.1150.1530.081总氮3.543.813.500.931.845.571.681.043.391.040.840.770.704.3 影响程度与范围分析（1）水质指标的影响程度分析对所监测的断面进行四个水质指标的分析，排水期间的下降率和排水结束后与年平均值的比较差率统计见表5。表5 下降率与年平均值的比较差率项 目指 标高锰酸盐指数氨 氮总 磷总氮平均下降率-21.7%-52.2%-42.0%-36.5%与年均值差率-11.1%-63.8%-36.2%-50.4%从表5可见，排水后影响程度最大的是氨氮指标，排水前后的下降率平均达到52.2%，与年平均值的差率达到63.8%，其次为总磷和总氮，而高锰酸盐指数的下降率相对较小，排水前后虽有部分监测断面有所变化，但变化率平均仅为21.7%和11.1%。（2）影响范围变化分析根据此次排水试验的水质数据及流向变化,按五县（市）二区区域分析，南排排水对海宁市、桐乡市、南湖区和秀洲区的水质提高影响较大，对平湖市和嘉善县区域影响较小，而对海盐县区域的水质，由于闸口设在该县，而此次排水时间相对较短，使得上游的污水进入海盐县后，未能完全排出，导致海盐县区域的水质反而有所下降。5 结论和建议杭嘉湖南排工程的排水试验过程中，通过对水位、置换水量及水质变化分析，得出如下结论和建议：（1）通过南排排水试验表明，区域水质有了一定的改善，部分水体水质类别有了较大提高。由于排水带来的水动力学特性，使水域的纳污能力和自净能力得到了提高，较好地缓解了水环境恶化的趋势。（2）由于平原河网水体交换能力不足，利用现有的杭嘉湖南排防洪工程排涝能力为区域内河流置换水体的方法，具有十分显著的效果。从南排工程累计放水量统计分析，20天内置换河网水量达到60%，从理论推算，可在34天内为全市区域换水一次。（3