亭子口水利枢纽建设对嘉陵江水环境影响研究.pdf

第 4 3卷 第 9期 2 0 1 2 年 5 月 人 民 长 江 Ya n g t z e Riv e r Vo 1 4 3， No 9 M a y， 2 01 2 文章编号 ： 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 2 ) 0 9 0 0 8 9 0 4 亭子口水利枢纽建设对嘉陵江水环境影响研究 李 德 旺 ， 李 志 军2 ， 雷 晓 琴2 ( 1 武汉大学 资源与环境科 学学院， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 2 ； 2 长江水资源保护科学研究所 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 5 1 ) 摘要 ： 亭子 口水利枢纽担 负有城镇供水和农 田灌溉的任务 ， 因此， 对水库水质保护的要求较高。采 用一维和二 维水质模 型 ， 分析 了亭子 口水利枢纽建设对嘉陵江水环境 的影 响。研 究重点 ： 工程建设期砂 石料加 工冲洗废 水对下游河道水质的影响 ， 工程运行期水库水质 变化对水库沿岸城( 集 ) 镇供 水水源的影 响， 入库 支流闻溪 河 回水 顶 托 对 剑 阁 县 县 城 水 环 境 的 影 响 以及 闻 溪 河入 库段 的 水 环 境 容 量 变化 。根 据 预 测 结 果 和 亭 子 口水 利 枢 纽的特性 ， 研 究提 出了建设期砂石料冲洗废水和运行期支流闻溪河水污染控制方案。 关键词 ： 工程建设 ；水环境 影响 ； 水环境容量 ；富营养化 ；亭子 口水利枢纽 ； 嘉陵 江 中图法分类号 ： T V 6 9 7 2 5 文献标志码 ： A 嘉陵 江是 长江 上游 左 岸 的 一条 主 要 支 流 ， 干 流长 1 1 2 0 k m， 流域总面积 1 5 9 8 0 0 k m ， 平均比降 2 0 5 e ， 多年平均年径流量 6 6 3亿 m 。亭子 口水利枢纽位于 嘉陵江干流的 中游上段 ， 下距苍 溪县城陵 江镇约 1 5 k m， 上距 广元 市约 1 6 0 k m。坝址 控制 流域 面积 6 1 0 8 9 k m ， 平均年径流量 1 9 0亿 m ， 分别 占全流域的 3 8 2 和 2 9 。亭 子 口水 利 枢 纽 以 防洪 、 灌 溉 及 城 乡供 水 、 发电为主， 兼顾航运， 并具有拦沙减 淤等作用 ， 为年调 节水库。工程 总工期 8 1个月 ( 不包括筹建期 ) ， 分三 期 实施 ， 一 期 工程 2 2个 月 ， 二期 工 程 3 6个 月 ， 三 期 工 程 2 3个月。目前正在建设 的一期工程包括右岸 围堰 、 导流明渠 、 升船机引航道等。 1 嘉陵江水功能区划及水环境现状 根据 长江片水功能区划 ( 2 0 0 2 ) ， 嘉 陵江干流广 元 市朝天 镇 至重庆 市河 口段水 质类 别规 划为 类 。 根据广元市环境监测站的监测结果 ， 嘉陵江干流、 支流白龙江的水质均达到或优于 类水标准 ， 满足水 功 能 区 水 质 要 求 ； 库 区支 流 闻溪 河 水 质 较 差 ， B O D 、 C O l 3 、 T P 、 氨氮超标 ， 部分指标劣于V类水质标准。 2 工程建设与嘉陵江水环境变化的响应关系 根据工程 内容 、 施工方式 、 工程布置等对产污情况 进行 了分析， 工程建设过程中对水环境的主要影响源 是砂石料加工系统产生的冲洗废水。亭子口工程混凝 土总量为 5 2 6 2 2万 1T I ， 混凝 土施工高峰月浇筑强度 为 1 7 0万 m ， 砂石料加工系统废水产生量 为 2 3 0 0 m h 。通过 对砂 石料源 特 性 、 砂 石加 工 方法 和 物 料 平 衡分析 ， 人工砂石料冲洗废水主要污染物 s s浓度约为 4 81 0 mg L。 2 1 水环境变化预测 按 照最不 利影 响 预测 原 则 ， 亭 子 口水 利 枢 纽 砂 石 料 冲洗废 水预 测 时段选 择 来 水 量 较 小 、 稀 释净 化 能 力 较 弱 的枯水期 。 由于砂石料 冲洗废水 特征污染物为 s s ， 故选 s s 为 预测 因子 。 假设砂石料冲洗废 水未经处理直接排江 ， 并视为 岸边排放的。根据 环境影响评价技术导则 地面水环 境 ( H J T 2 3 9 3 ) ， 废水与江水混合过程中采用二维 稳态混合模式分析预测污染物浓度。计算公式为 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 1 1 6 作者简介 ： 李德 旺， 男， 副所长 ， 高级工程师 ， 主要从 事水环境保护科研 工作 。Em a i l ： e j w l z j 1 2 6 e o m 9 0 人 民 长 江 c ( )：C h+ C p Q p e x p ( - 4蒜 M ) + H M u yx e x p E 一 ( 1 ) 完全混合后 ， 采用一维水质模型进行预测， 计算公 式 为 C o= ( C Q +C Q ) ( Q +Q ) ， k ( 2 ) 【 C= C o e x p (一8 6 4 0 0 u ) 混 合段 的长 度 由下 式计算 r ( 0 4 B 一0 ， 6 a ) B M ， 一 ( 0 0 5 8 H O 0 0 6 5 B ) ( g i l 1 ) 上 式 中 ， C ( ， Y )为坐 标 、 y处 的 污 染 物 浓 度 ， m g L ； C 为河 流 中污染物 背景 浓度 ， I n g L ； C 。 为 排 污 口污 染 物 浓度 ， m g L ； Q 为 排 污 口废 水 流 量 ， m s ； h为 污 染 带 内平 均水 深 ， n l ； “为 污染 带平 均流 速 ， m s ； k为污 染 物降解( 沉降)系数 ， 1 d ； M 为横 向混合系数 ， m s ； 为计算点距排 污 口纵 向距离， i n ； y为计算点距排污 13 横 向距离 ， i n ； B为河宽， 1T I ； n为排污 口到岸边 的距离 ， m； g为重力 加速 度 ， 1 T I s ； 日为 平均 水深 ， m； ， 为河 流坡 度 ， m m。 根 据嘉 陵江 坝址 段 的 水 文条 件 及 周 边 环境 ， 采 用 枯 水期 水文 参数 预测该 工程 砂石 料 冲洗废水 对嘉 陵江 水体水 质 的影 响 ( 表 1 ) 。 表 1中的 k参照其他水电工程的研究成果取 5 0 ； 枯水期嘉陵江坝址 段 s s的背景值 按监测数 据取 5 5 i n g L 。从污 废水 排 放 对 水 质 产 生 最 不 利 影 响 的 角 度 考虑 ， 废 水排放 量 考虑为 2 3 0 0 I n h ， S S浓 度为 4 8 1 0 mg L。 2 2预测结果及影 响分析 经计 算 ， 废水 与江 水混合 段长 度 为 2 6 5 7 1 1 1 ， 因此 ， 确定 预测 s s浓 度 变化 的范 围为 排 口纵 向 2 6 6 0 m、 横 向 2 4 0 m 的 区域 。 根据预测结果分析 ， 砂石料冲洗废水未经处理排 放后 ， 排 口下游 2 0 m处 s s浓度为 1 7 9 5 9 mg L ， 但混 合速度较快 ， 在下游 2 0 0 I n处 即降至 5 9 9 2 mg L 。完 全 混合 断 面处浓 度 降至 2 0 6 9 mg L ， 此 时对 岸 浓 度为 2 2 7 1 m g L， 断面平 均浓 度为 2 2 0 5 mg L 。 完全混合断面以下河段一维水质模型预测结果表 明， 在废水未经处理情况下 ， 排 口下游约 1 2 k m的苍溪 县县城取水 口处 s s浓度为 6 1 8 I n g L ， 比背景值 5 5 mg L高出 6 8 m g L ， 对取水 口水质影响不大。 废水 处 理 后 ， 排 放 浓 度 达 到 7 0 m g L ， 下 游 2 0 i n 处 S S浓 度为 5 7 4 m g L ， 比背景 值 增加 2 4 m g L； 下 游 2 0 0 m 处 ， S s浓度 即衰 减 至 河 流背 景 值 。此 外 ， 根 据 嘉 陵江含 沙量调查 ， 汛 期北 碚水文 站含 沙量 为0 5 5 6 k g n l ， 即 5 5 6 m g L， 远 远大 于本工 程 砂石 料 冲洗 废 水 处理后排放引起的 s s浓度增加值 。故亭子 口水 电站 砂 石料 冲洗废 水处 理后 排 放 对嘉 陵 江水 质 影 响 很 小 ， 不会影响下游苍溪县取水水质。但施工期间如出现操 作不当或者水处理设备故障等原因导致砂石料冲洗废 水 的直接 排放 ， 则会 对 排 污 口附 近 嘉 陵江 水 质 带 来较 大 影响 ， 也会 一定程 度影 响苍 溪县城 取水 口水质 。 3 工程运营与嘉陵江水环境变化的响应关系 3 1 干流水环境变化 亭 子 口水 电站 运 营期 间 ， 嘉 陵 江 干 流水 质 预 测 的 原则是选取较大污染源作为典型进行 。库区嘉陵江干 流沿岸较大的污染源是位于库尾的广元市城区。本文 以广元 市城 区为典 型 点 污染 源 ， 对 亭 子 口水 库 的水 质 进 行模 拟预 测 。 预测仍采用二维稳态混合衰减模式进行。亭子 口 水 库 回水 距 离 超过 1 0 0 k m， 为 典 型 的狭 长 型 水 库 ， 根 据水库的形态特征， 结合已建水库的经验数据， 降解系 数 。 取 0 0 5 0 2 ， 靠近坝前流速较缓水域取 0 0 5 0 1 ， 库尾广元河段取 0 2 。 -= ( 4) 式 中 ， 为两 监测 点 间距 离 ， m； C 。 、 C 为 两 监 测 点 的 污染 物浓度 ， mg L 。 考虑温度修正的降解系数 K 为 K1 口=Kl - 2 0 0 卜 。 ( 5) 式 中 ， 0为温度 校正 系数 ， 取 1 0 4 7 ； T为 监测 断面水 体 温度 ， 。 根据2 0 0 5 年和2 0 0 6年实测数据 ， 对上述公式进行 验证计算， 结合已建水库有关经验数据 ， 降解系数 拟 取 0 2 。 扩散系数 采用 F is ch e r 经验公式估值 ： M = ( 0 10 2 ) H( g H I ) “ ( 6 ) 式 中 ， ， 为 水 力坡 降 ； g为 重力 加 速 度 ， m s ； 日 为 污染 带 内平均水 深 ， m。 根据最不利影响原则 ， 枯水期选 C O D为污染负荷 预测 指标 ， 以最小 月 均 流 量 作 为枯 水 期 控 制流 量 。 根 据嘉陵江李家嘴站 1 9 5 4 2 0 0 4年长系列水文资料统 计 ， 9 0 保证率最小月平均流量为 1 1 9 I n s 。 攀 第 9期 李德 旺， 等 ： 亭子 口水利枢纽建设对 嘉陵江水环境 影响研 究 9 1 根据广元市总体规划， 2 0 0 6年广元市 区人 口规模 约 2 0万 人 ， 2 0 1 0年 ， 人 均 生 活 污水 排 放 量 按 1 0 0 L d 计 ， 人 口年均增长率按 5 01 0 o 计； 工业废水 C O D 排放量年均增长率按 5 一1 0 计 ； C O D高峰排放量 按常规 排 放 量 的 1 5倍 计 。C O D排 放 量 及 预 测 结 果 见表 2 。 水质模 拟计 算情 景设 置见 表 3 。 表 2 广元市 区 C O D排放 量预 测计算 g s 表 3 广元市区水库水质模拟计算情景 情景 模拟条件 说 明 A( 现状条件)A l A2 B ( 2 0 1 0年) B t B2 C ( 2 0 2 0年) C 1 C2 达标排放 天然状态 ： 广元市 区目前 已建成 5万 未处理排放m d城市污水处理厂 1 座 ， 运行正常 达标排放 蓄水状态 ： 假 定广元 市城 市污水处 理 未处理排放厂扩大处理规模 达标排放 蓄水状态 未处理排放 不 同情 况下 ， 广 元 市排 污 对 嘉 陵 江干 流 水 质 影 响 的 预测 结果 见 表 4和 图 1 。从 预 测 结 果看 ， 按 照 水 库 类 水质 的 管 理 目标 ， 正 常情 况 下 ( 达标 排 放 ) ， 广元 市 区排污 产生 的最长 污染 带小 于 2 k m， 影 响较 小 。 表 4广元市区对嘉 陵江 干流水质 影响预测 ( C O D) 预测模拟 污染负荷 水平年 条件( g s I 1 ) 预测浓度值大于 1 5 m g L 预测浓度值大于2 0 m g L 的水域范围( m类区) m 的水域范围( 类区) m 长度 l 1 7 0 2 6 7 0 1 4 5 0 2 9 5 0 1 7 3 0 3 2 7 0 宽度 1 2 0 2 l 0 1 4 0 2 2 5 1 5 5 2 4 5 长度 6 3 0 l 8 7 0 8 5 0 2 l l 0 1 0 7 0 2 3 9 0 宽度 7 5 1 5 5 9 O l 6 5 1 0 5 1 8 0 现状 Al 6 8 9 A2 1 8 7 2 2 0 1 0年B l 8 6 9 B2 2 1 5 1 2 0 2 0 年c l 1 0 6 4 C2 2 4 8 9 图 1广元市区排污 口下游断面 C O D最高浓度值沿程变化 3 2支流闻溪河水环境容量变化 位于库区支流闻溪河上的剑 阁县老县城的排污量 在亭子口库区位于第二位 。闻溪河流量较小， 且现状 水质较差 ， 水库蓄水后 ， 可能出现富营养化现象。根据 亭子 口水库特性及污染源分布状况， 采用二维扩散模 式对分布有剑阁老县城的闻溪河进行水体水环境容量 计算。计算公式为 ： 二 竺 ! 丝 兰 ( 7 ) e x p - - 詈 式 中， 为水域允许纳污量 ( 水域水环境容量) ， g s ； c。 为控制断面的水质标准 ， m g L； C 为上游来水水质 浓度 ， m g L ； B为河 流宽度 ， m； H为排污 点处河 流水 深， m； 为排放 口至控制断面纵 向距离 ， m； 为降解 系数 ， 1 s ； 为河 流排放 口处 断面平 均速 度 ， m s ； 为 扩 散 系数 ， m s ； y为 排污 口至控 制边 界横 向距 离 ， m； n 为整数 ， 取值 1 。 闻溪河宽约 4 0 I n ， 枯水期水 深约 1 n l ， 流速 0 3 m s 左右 ， 入库段水域的水环境容量按 类水质 目标 考虑。建库前计算水深取 1 I n ， 流速取 0 3 m s ； 建库 后计算水深取 2 m， 流速取 0 0 5 m s 。 经计算 ， 亭子 口水库建库前 ， 闻溪河入库段 C O D 的水 环境 容量 为 1 0 8 4 k g a， N H3 一N 为 2 1 7 k g d ； 建 库后 ， C O D水环境 容量 为 5 3 7 k g d ， N H ，一N为 1 0 7 k g d 。建库后与建库前相 比， 闻溪河人库段 的水环境 容量 减少 5 0 左 右 。 4 目标水体污染的舒缓措施 4 1 建设期砂石料 冲洗废水处理 亭子 口水利枢纽砂石料冲洗废水处理、 利用后 ， 最 终 尾水 均排入 嘉 陵江 。以往 水 电工 程砂 石料 冲洗废 水 多采取沉淀浓缩直接排放 的方式 ， 既不经济 ， 处理效果 也不 十 分理想 。亭 子 口水 电站 的两 处砂 石料 加工 系统 需水量均较大 ， 取水 费用高， 应推行废水 回收处 理工 艺 ， 提高水资源重复利用率 ， 满足环保要求。经分析 比 较 ， 推荐浓缩 一 压滤法作为砂石料加工系统的废水处 理方案。该方案虽然投资相对较高 ， 但机械压滤脱水 干化不受天气和气温的影响， 系统正常运行保证率高， 且废水回收利用率较高。 4 2 库区及 支流 河段水环境保护措施 剑阁县闻溪河污染综合整治工程可行性研究报 告 已通过审批 ， 拟利用 国债资金进行截污工程和污 水 处理 厂 的建设 ， 设计 处理 规模 为 1万 t d 。水库 蓄水 后 ， 库 区支 流闻溪 河 回水 区纳 污能 力 明显 减 弱 。剑 阁 9 2 人 民 长 江 县污水处理厂出水 C O D浓度为 6 0 m g L， N H 一N为 1 5 m g L， 折合成 C O D污染物排放量 6 0 0 k g d ， N H 一 N 1 5 0 k g d ， 超出闻溪河入库段的纳污能力。 因此 ， 应 对剑 阁县 污 水 处 理 厂 的尾 水 采 取 进一 步 的处理措施 ， 处理规模为 1 万 t d 。污水深度处理工艺 单元主要包括 ： 混凝 、 沉 淀 ( 澄清 、 气浮) 、 过滤、 消毒 ， 必要 时可采 用活性 炭 吸附 、 膜 过滤 、 臭 氧氧化 及 自然处 理等。自然处理一般是湿地 、 氧化塘等。根据污水处 理 要求及 本地 区 的特点 ， 拟定 以下 两个 方案进 行 比选 ： ( 1 )方 案一 ， 人 工 湿地 技 术 。根 据 国家 十 五重 大 科 技专项 “ 武 汉水专 项 ” 的最 新 研 究成 果 ， 采 取人 工 湿 地的方式可将达 到排放标 准的生 活污 水深度处理到 地表水环 境质量 标准( G B 3 8 3 82 0 0 2 ) 类水 标 准 。该方 案 的 优 点 是 效 果 好 ， 运 行 费 用 低 ， 且 无 臭 无 味 ； 缺点 是 占地面 积大 。 ( 2 )方案 二 ， 采 用 连续 自动 砂 滤装 置 。 连续 自动 砂滤器是一种连续工作的过滤器 ， 同时进行反 冲洗和 过 滤 ， 不 需要停 产 反洗 。该方 案 的优 点是 处理 效果 好 ， 占地 少 ； 缺点 是运 行费用 相对 较高 。 人工湿地在我 国的中、 南部地区处理效果很好 ， 运 行 费用也 低 ， 但 占地 面 积 大 ， 约 需 3 4 h m 。剑 阁 老 县城位于山区， 土地资源有限， 工程可研阶段曾在闻溪 河水库回水末端右岸规划了一块约 4 h m 的荒地作为 剑 阁老县 城污 水深 度处 理用地 ， 后来 被 占用 ， 很难再 找 到合适的地块实施人工湿地方案 。连续 自动砂滤装置 工艺 占地 相对较 少 ， 实 施 的 难度 相 对 较 小 ， 综 合 考 虑 ， 推荐 采用方 案二 对剑 阁老 县城 污水进 行深 度处 理 。 5 结 语 砂 石 冲洗废 水对 枢纽所 在河 段水 质 的影响 是许 多 大型水 利枢 纽工 程建设 期 比较 突出 的环境 问题 。亭 子 口工程 枢纽 区下 游有 饮 用 水 源 区 ， 对 砂 石 冲洗 废 水 处 理要求较高 ， 采用浓缩 一压滤法处理后可回用。循环 利 用是 水工 程建设 砂石 冲洗 废水 的发展 方 向 。水 库 工 程建设另一个值得关注的问题是水库回水区的富营养 化问题。根 据 已( 在 ) 建水 库的实 际情 况， 水 库蓄水 后 ， 库湾、 库汊和支流 回水区易发生水体 富营养化 现 象 。如 三峡水 库 1 3 5 IT I 蓄水 过 程 中 ， 受 蓄 水 回水 顶 托 的影响， 部分支流的水质状况发生 了一定 的波动 ， 其中 香 溪河 、 大 宁河 、 梅 溪 河 和 汤溪 河 的 水 质波 动 较 大 ， 在 蓄水 过程 中 ， 发生短 期水 质恶 化 ， 香 溪河 和大 宁河 甚至 发 生 了“ 水华 ” ， 受 到 国内外 的广 泛关 注 。 已建 的 丹 江 口、 隔河岩水库和高坝洲水库等 ， 也有类似情况发生。 亭 子 口水 库 闻溪河 支 流 回水 区的 水 质 问题 ， 也是 需 要 特别 关 注 的水 环境 问题 。该工 程采 取污 水深 度处 理措 施 ， 在当地政府污水处理达标的基础上 ， 进一步削减剑 阁老县 城污染 负荷 ， 可有 效缓解 闻溪河 的水 环境 问题 。 ( 编 辑 ： 常汉 生 ) Re s e a r ch o n im pa ct o f Tin g z ik o u wa t e r co ns e r v a ncy co ns t r uct io n o n wa t e r e nv ir o n me n t o f J ia l in g Riv e r L I D e w a n g 一， L I Z h i j u n ， L EI Xi a o q i n 。 ( 1 S ch o o l o f R e s o u r ce s a n d E n v ir o n m e n t a l S ci e n ce ， Wu h a n U n i v e r s i t y ， W u h a n 4 3 0 0 7 2 ， C h in a ； 2 C h a n g j ia n g Wa t e r R e s o u r ce s P r o t e ct i o n I n s t i t u t e， Wu h a n 4 3 0 0 5 1， C h in a ) Ab s t r a ct ：T i n g z i k o u w a t e r co n s e r v a n cy p r o j e ct u n d e r t a k e s t h e t a s k s o f wa t e r s u p p l y f o r cit i e s a n d t o wn s a s we l l a s f a r ml a n d ir r ig a t io n，S O h ig h wa t e r q u a l it y r e q uir e me n t o f t h e r e s e rvo ir s h o ul d be g ua r a n t e e dBy 1 D a n d 2D wa t e r q u a l it y mo de l s，t he imp a ct o f it s co n s t r u ct io n o n wa t e r e n v ir o n me n t o f J ia l in g Riv e r is a n a l y z e d t h e imp a ct o f fl u s h in g wa s t e w a t e r f r o m s a n d a n d a g g r e g a t e p r o ce s s i n g o n t h e wa t e r q u a l i t y in t h e d o wn s t r e a m r i v e r o f p r o j e ct i s f o cu s e d，a n d t h e i mp a ct o f r e s e r v o ir w