（水力学及河流动力学专业论文）引滦入津工程水质保护研究.pdf

摘要 引滦入津工程运行二十多年来，为保障天津市经济发展和人民生活做出了巨 大贡献。为保护水质，改善生态环境，保证良好的供水条件，2 0 0 2 年天津市开 始实施引滦入津水源保护工程。本文结合其中的水资源管理系统建设，对引滦入 津工程水质保护进行了研究。 首先通过引滦沿线水环境历史与现状调查，对比引滦入津水源保护工程前后 沿线水环境的变化，分析并总结了现阶段沿线存在着水体富营养化、污染源治理 不彻底等问题，提出解决办法。在收集整理于桥水库历年入库污染负荷资料的基 础上，应用二次指数平滑模型预测2 0 0 7 年污染负荷水平，结合水环境容量模型 对于桥水库的主要污染物总磷、总氮和高锰酸盐指数实施总量控制，对总磷与总 氮污染负荷进行削减和合理分配，并将面源污染纳入其中。其次，针对引滦沿线 存在的水环境问题和总量控制的要求，制定相应的水质保护对策，运用环境工程、 生态工程和管理手段，提出了污染源控制与生态修复的办法，并对沿线可能出现 的突发性污染事故提出应急处理措施。最后，提出水环境安全的概念，从污染源、 水质和生态三个方面建立水环境安全评价指标体系，应用模糊数学的方法对2 0 0 6 年引滦沿线水环境安全状况进行二级模糊综合评判，为水质保护工作的长期开展 提供科学依据。 关键词：引滦入津工程水质保护水环境容量总量控制模糊综合评判 。 a b s t r a c t l u a n h e t i a n j i nw a t e rd i v e r s i o np r o j e c th a sg r e a t l ye n s u r e dt h ee c o n o m i c d e v e l o p m e n ta n dp e o p l e sn o r m a ll i f eo ft i a n j i nf o rm o r et h a nt w e n t yy e a r s i no r d e r t op r o t e c tt h ew a t e rq u a l i t y , i m p r o v et h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta n de n s u r ew e l l c o n d i t i o no fw a t e rs u p p l y , t h ew a t e rs o u r c e sp r o t e c t i o np r o j e c to fl u a n h e - t i a n j i n w a t e rd i v e r s i o nw a sc a r r i e do u ti n2 0 0 2 t h ew a t e rq u a l i t yp r o t e c t i o n ，w h i c hi so n e p a r to ft h ec o n s t r u c t i o no ft h ew a t e rr e s o u r c e sm a n a g e m e n ts y s t e mi nt h ew a t e r s o u r c e sp r o t e c t i o np r o j e c t ，i ss t u d i e di nt h i st h e s i s f i r s t l y , b a s e do nt h ew a t e re n v i r o n m e n ti n v e s t i g a t i o na l o n gt h el i n eo ft h ew a t e r d i v e r s i o np r o j e c t ，s o m ep r o b l e mi sa n a l y z e da n ds u m m a r i z e d ，s u c ha se u t r o p h i c a t i o n ， i n c o m p l e t ec o n t r o lo nw a t e rp o l l u t i o ns o u r c e s ，e t c b a s e do np o l l u t i o n1 0 a dd a t ai n p a s ty e a r s ，q u a d r a t i ce x p o n e n t i a ls m o o t h i n gm o d e li su s e dt of o r e c a s tt h ei n p u t p o l l u t i o nl o a do fy u q i a or e s e r v o i ri n2 0 0 7 w a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t ym o d e li s a l s oe s t a b l i s h e dt om a k eg r o s sc o n t r o lt ot h em a i np o l l u t a n to ft h er e s e r v o i r ac u ti n p o l l u t a n tb u r d e no ft pa n dt n i sc a l c u l a t e dw i t ht h a ta n dd i s t r i b u t e dt oe a c hp o l l u t i o n s o u r c ei n c l u d i n gn o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o ni nr e a s o n s e c o n d l y , a c c o r d i n gt ot h e d e m a n do fg r o s sc o n t r o l ，m e a s u r e so fw a t e rq u a l i t yp r o t e c t i o na r ea d v a n c e dt os o l v e t h ew a t e re n v i r o n m e n tp r o b l e m s a l o n g t h el i n e e n v i r o n m e n t a l e n g i n e e r i n g ， e c o l o g i c a le n g i n e e r i n ga n dm a n a g e m e n tm e a s u r e sc a nb eu s e di nw a t e rp o l l u t i o n s o u r c e sc o n t r o la n de c o l o g yr e s t o r a t i o n t h i st h e s i sa l s og i v e ss o m ea d v i c et ot r e a t w a t e rp o l l u t i o na c c i d e n ta l o n gt h el i n e f i n a l l y , t h ec o n c e p to fw a t e re n v i r o n m e n t s e c u r i t yi sp u tf o rt og i v es c i e n t i f i cg i s tf o rt h el o n g t e r mw o r ko fw a t e rq u a l i t y p r o t e c t i o n t h ei n d e xs y s t e mo fw a t e re n v i r o n m e n ts e c u r i t ye v a l u a t i o ni se s t a b l i s h e d i nt e r m so fp o l l u t i o ns o u r c e s ，w a t e rq u a l i t ya n de c o l o g y t w o l e v e l f u z z y c o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n tm o d e li su s e dt oe v a l u a t es t a t u so fw a t e re n v i r o n m e n t s e c u r i t ya l o n gt h el i n ei n2 0 0 6 k e yw o r d s ： w a t e re n v i r o n m e n t a l l u a n h e t i a n j i nw a t e rd i v e r s i o np r o j e c t ，w a t e rq u a l i t yp r o t e c t i o n ， c a p a c i t y , g r o s sc o n t r o l ，f u z z yc o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丕连盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：l 叼宏签字同期：喇一7 年多月，夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丕鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 吾i 巧绥 导师签名： 矿l 7 ，叭 l 予五。 | 签字日期：矿7 年多月心同 签字同期：矽。7 年名月产日 1 1 基本概念 第一章绪论弟一早三百t 匕 1 1 1 水资源与水资源管理 水资源一词很久以前已经出现，随着时代的进步，其内涵也在不断地丰富和 发展。联合国教科文组织和世界气象组织共同制定的水资源评价活动一国家评 价手册中中，定义水资源为：“可以利用或有可能被利用的水源，具有足够的 数量和可用的质量，并能在某地点为满足某种用途而可被利用1 1 。”这一定义 的核心主要包括两个方面，其一应有足够的数量，其二是强调了水资源的质量。 水资源概念具有广义和狭义之分：狭义上的水资源是指人类在一定条件下能 够直接使用的淡水；广义的水资源是指能够直接或间接使用的各种水和水中物 质，在社会生活中具有使用价值和经济价值的水都可称为水资源。一般情况下， 我们讨论的水资源都属于狭义范围，即与人类生活、生产活动和社会进步息息相 关的淡水资源【1 1 。 水资源是生态系统中不可缺少的最活跃因素，是人民生活和经济社会发展的 基础性自然资源和战略性经济资源，水资源的可持续利用管理是实现经济社会可 持续发展的重要保证。 水资源管理是在水资源开发利用与保护的实践中产生，并在实践中不断发展 起来的。随着水资源及其环境问题对经济、社会及生态系统构成的潜在影响越来 越大，以及日益紧迫的缺水危机，水资源管理也在逐步深化发展。随着可持续发 展思想被人们越来越广泛地接受，水资源可持续开发利用已成为普遍认可的管理 原则。因此，现代水资源管理要求依据水资源环境承载力，遵循水资源系统的自 然循环规律，按照经济社会规律和生态环境规律，运用法规、行政、技术、教育 等手段，通过全面系统地规划，优化资源配置，对人们的涉水行为进行调整与控 制，保障水资源开发利用与经济社会和谐可持续发展。 随着社会经济的发展，人口的增加，水质污染和生态环境恶化成为水资源开 发利用过程中日益突出的问题，水质保护日渐成为现代水资源管理的重要组成部 分。 第一章绪论 1 1 2 水环境与水质保护 水环境是由传输、储存和提供水资源的水体，生物生存、繁衍的栖息地，以 及纳入的水、固体、大气污染物等组成进行能量、物质交换的系统。它是水体影 响人类生存和发展的因素以及人类经济社会活动影响水体的因素的总和。水环境 具有易破坏、易污染的特点。中国环境状况公报将水环境与大气环境、声环 境等并列，主要指各种水体的水质及污染等问题。在环境科学研究中，水环境含 义较广泛，指“地球上分布的各种水体及其密切相连的诸环境要素，如河床、海 岸、植被、土壤等”【3 】。在环境水利研究中，水环境通常指江、河、湖、海、地 下水等自然环境，以及水库、运河、渠系等人工环境。 由于自然因素和人为影响，使水体的水文、资源与环境特征向不利于人类利 用方向演变而产生了水环境问题。当前全世界面临的水环境问题，主要有洪涝灾 害、干旱缺水、河流干涸、河口淤积、水污染、水土流失、地下水位下降、海咸 7 水入侵等。水环境现状与问题主要是：河流污染加剧；湖泊、水库富营养化问题 突出；地下水污染日趋严重，地下水位持续下降，引发诸如地面沉降、地面陷落、 房屋倒塌、沿海地区海咸水入侵等一系列生态环境问题；水环境恶化改变生物原 有生存环境，生物多样性受到重大影响；水土流失及区域干化，出现区域性的水 资源量变化【3 1 。 在水利工程建设过程中，为保护河流、湖泊、水库、地下水等水体的水质及 功能，维护水环境的和谐稳定，需要采取水质保护措施。水质保护是水资源管理 的重要组成部分【2 】，目的是保护和改善水环境质量，合理开发和高效利用水资源， 减少和消除工程建设对水质带来的不利影响，维护水体功能。 水质保护主要是针对水利工程对水质的以下影响提出的对策措施： ( 1 ) 工程兴建后，因流量、流速、水位等水文、水力学条件改变，使水库 蓄水后水质变差或污染加剧； 一 ( 2 ) 坝下泄流量减少，造成下游水质类别或功能降低； ( 3 ) 输水渠道上河渠交叉对水质的影响； ( 4 ) 工程施工排放的生产废水和生活污水进入河流或附近水体； ( 5 ) 移民及附属企业排放的生产废水和生活污水对安置区河流或附近水体 的污染； ( 6 ) 灌溉回归水对灌区受纳水体水质的影响。 2 第一章绪论 1 2 国内外水质保护研究情况 针对水资源利用及水利工程建设中所产生的水环境问题，减少和消除对水质 带来的不利影响，国内外学者和研究人员根据各自面临的相关问题，进行了各种 各样的探讨，提出很多研究方法和管理措施。 在污染预测方面，1 9 9 4 年刘凌岩【4 】在抚顺市环境保护工作中，以1 9 8 0 1 9 8 8 年各企业经济和环境统计数据及抚顺市经济发展规划为依据，用投入产出模型 在水污染源预测中的应用，为2 0 世纪末水污染源预测提供参考方法；2 0 0 3 年， 焦锋【5 】等对以面源输出为主的宣兴市湖滏流域进行研究，耦合s w a t 模型和马尔 科夫链模型预测可能的污染物输出，并评价社会经济发展的影响；同年b r i o n l 6 等 运用人工神经网络方法研究微生物活动对水质的影响；2 0 0 6 年李崇吲7 】等在三峡 水库入库污染负荷的研究中以1 9 9 8 年基准年的入库断面水质和排污负荷为现状 值，采用包络线法分污染源和区域按高、中、低负荷水平预测三峡水库2 0 1 0 年 和2 0 1 5 年的入库污染负荷。 在污染物总量控制方面，著名湖泊学家v o l l e n w e i d e r i s 在研究水体富营养化过 程中，根据湖泊质量平衡原理建立总磷浓度预测模型，为营养物质总量控制研究 奠定基础。我国的水环境污染总量控制研究始于2 0 世纪7 0 年代末，以制定第一 松花江b o d 总量控制标准为先导，进行了最早的探索和实践。2 0 0 5 年李长孙p 】按 照保持江西省水质总体良好，局部污染合理控制，兼顾各市、县发展需求，并给 下游行政区良好入境水质的思路，提出了一个全省水污染物总量控制及分配方 案，注重了合理性与实用性相结合，实际应用简单、方便；2 0 0 6 年娄山崇【1 0 等 通过对山东省水功能区划内河流基本情况的分析，依据水体功能和各地经济社会 发展的差异，采用以物质守恒定律和化学反应动力原理为基础的水质模型计算水 功能区纳污能力，并提出不同规划水平年不同功能区污染物入河控制量和污染物 的削减量。面源污染源一般具动态性，其空间位置和排放量都难以进行准确的定 量化，又因为我国对面源污染防治重视程度不够，技术和经济条件差，导致我国 水环境总量控制没有包括面源污染物部分【1 1 1 。 在污染源管理方面，自1 9 世纪以来，发达国家以排污口治理和污水管网终 端处理为主，对水污染进行严格的控制和管理【3 】。我国在2 0 世纪8 0 年代以来， 先后颁发了中华人民共和国水污染防治法和中华人民共和国水法，从严 格要求废弃物达标排放、保护水资源等方面进一步控制污染源对水环境的影响， 使污染源由被动的分散治理转为积极的综合防治。针对我国水环境管理体制上存 在的问题，2 0 0 5 年吴群河【1 2 】等从外部性理论的角度出发，对我国流域水环境管 理提出改善建议。2 0 0 6 年雷t s g t ”】从经济学角度全面阐述了市场经济在流域性 第一章绪论 水环境管理中所起的重要作用以及政府应发挥的职能。仓恒瑾【1 4 j 等针对农业面 源，分析了最佳管理措施在控制农业面源污染中所起的显著作用，并展望其发展 趋势。 欧洲一些国家从2 0 世纪7 0 年代开始水环境治理和修复工作，并取得明显成 效。德国首先推行重新自然化的水环境保护策略，力争将水环境恢复到接近自然 的状况，使一度污染严重的欧洲诸河大有改观5 | 。日本从1 9 8 0 年开始积极推进 不断地修复自然的水边环境建设，在确保河流防洪、水资源利用功能的同时，创 造出优美、和谐的自然环境f l6 1 。我国对水环境修复技术的探索和实践有悠久的历 史，但有关科研工作则是近2 0 年来才发展起来的。中国科学院生态环境研究中 心、地理研究所和动植物研究所，在国内不同地区开展了水环境治理和修复的研 究与实践，获得了许多成功经验，但仍有许多研究和工作上有待提高和改进【l7 1 。 在水环境质量评价方面，模糊综合评判法己成为水质综合评价的一种常见方 法，是定量研究水质的一种有效手段【1 8 】；2 0 0 2 年陈武【1 9 】等介绍了多目标决策一 理想点法，并将其引入水环境质量综合评价，该法容易理解，计算简单，不仅体 现水环境质量与多种污染指标的复杂关系，而且评价科学、合理；2 0 0 5 年李亚 民【2 0 】等利用等效数值模型对地表水环境质量进行了综合评价，同时与模糊综合评 判法进行了比较，取得了比较满意的效果。2 0 0 6 年s u d h e e r 2 h 等在利用卫星遥感 资料进行湖泊水质评价时建立神经网络模型，提高输出灵敏度，大大减少了计算 量。 1 3 引滦入津工程水质保护闯题的提出 1 3 1 引滦入津水源保护工程简介 引滦入津工程( 图1 1 ) 是一项由滦河水系向海河水系引水的大型调水工程， 是跨流域的引水、输水、蓄水、净水和配水等综合性水资源开发利用的城市引、 供水工程。根据1 9 8 1 年6 月1 4 日国务院批转的“关于解决天津市用水问题的会 议纪要 ，引滦入津输水规模按每年分配给天津市用水1 0 亿m 3 确定，相应的供水 保证率为7 5 。引滦入津工程1 9 8 2 年5 月全线开工，1 9 8 3 年9 月1 1 日胜利通 水：入塘部分1 9 8 3 年1 1 月上旬完工，1 1 月底通水。通水2 0 多年，共向天津市 供水超过1 7 0 亿m 3 ，为天津市的生存和发展提供了极为重要的物质基础，极大地 改善了天津市城市供水的紧张状况，提高了人民群众的生活质量，保证了天津市 国民经济与社会持续快速健康发展，已经成为天津市经济和社会发展的“生命 线”，经济效益和社会效益十分显著f 2 引。 4 第一章绪论 引滦入津工程运行时期加上工程建设 时期，受资金和时间的限制，采取了“先通后 畅。逐步完善”的方针，使部分工程遗留下来 工程日益老化，输水和行洪排沥矛盾日益突 出吲。为保护水质，减轻水污染：减少水库、 河道淤积：减少引滦输水沿线( 以下简称“引 滦沿线”) 水土流失，改善生态环境，保证良 好的供水条件；自2 0 0 2 年起，天津市政府利 用亚行贷款，开始实施天律市引渫入滓水源 保护工程( 以下简称“水源保护工程”) 。工 程始于于桥水库，终于大张庄泵站，线路全 长1 2 43 k m ，主要包括于桥水库水源保护工 程、新建州河暗渠工程、引滦专用明渠治理 工程以及管理信息系统工程】。 r 图1 1 引滦八津工程圉 引滦入津引供水业务系统是管理信息系统的核心，引供水业务系统阻数学模 型、仿真计算和人工智能为基础，以安全输永为目的以优化调度为主线，以防 汛减灾和输水应急为保障，实现水资源的优化配置，提高输水保证率，延长水利 设施的使用寿命实现引滦输水的最小能耗、最佳工况、雨洪利用、最优水质和 最少水损，降低运营成本，提高系统管理水平，及系统的经济效益和社会效益。 整个引滦引供水业务系统主要包括输水优化调度系统、雨洪利用和引藻防汛减灾 系统、输水安全与应急系统和水资源管理系统等分系统。水质保护是水赍源管理 系统的重要组成部分水资源管理系统的功能结构如图1 - 2 所示。 图1 - 2 水资源管理系统功能结构 第一章绪论 1 3 2 引滦入津工程水质保护研究的必要性 总体来说，水源保护工程实施以前，引滦沿线水质保护主要存在以下问题【2 刘： ( 1 ) 水质监测设施标准不够。引滦各管理单位现有水质监测设施标准太低， 难以起到水质监测和水质保护作用。除于桥水库管理处、尔王庄管理处化验室能 承担水质十几个指标的化验外，其它各处的化验室只能完成2 至3 个指标的化验， 经常性的取水样点均在管理处机关附近，而沿线污染源绝大部分远离机关，不能 及时取水样化验。多数污染源一般都是下游处发现水质被污染后，才组织人力驱 车到现场取样化验来确定污染源，水质保护工作被动。 ( 2 ) 缺少污染源控制工程。引滦输水天然河道沿线和水库周边城镇污水排 放是造成水污染的主要原因。城镇基础设施特别是污水处理设施的滞后，大量工 业和城市污水未经处理直接排放到输水河道和于桥水库，严重破坏了于桥水库的 水质。粗放型经济增长方式使工农业和生活用水浪费渐趋严重，排入河道和水库 的污水排放量不断增加。 ( 3 ) 污染源的控制建筑物标准低。 ( 4 ) 污染源的监测体系未建立。不利于在污水未进入引滦河道、明渠前就 掌握污水的污染程度，采取防御措施。 解决引滦沿线水质保护中的问题，需要从硬件和软件两方面着手。水源保护 工程所包含的于桥水库水源保护工程、新建州河暗渠工程和引滦专用明渠治理工 程为改善和保持引滦水水质提供了坚实的物质基础；同时还要建立一套软件系统 加强管理。因此，对引滦入津水质保护研究，是进行沿线水质保护工作的客观要 求，成为弓 滦入津水源保护工程水资源管理系统的重要组成部分。 1 4 本文的研究内容 本文依据引滦沿线实际情况，建立水质保护模式，为污染源治理和生态恢复 明确目标，通过引滦沿线水环境保护与修复工程，确保沿线输水功能和生态环境 的良性循环，实现全流域水质保护工作的全面管理。具体内容包括： ( 1 ) 对引滦沿线水环境历史、现状调查，包括水质、污染源等相关信息和 数据。对水环境诸要素特点和影响进行分析l 总结引滦沿线水质保护中存在的问 题。 ( 2 ) 依据于桥水库水质监测资料和水量数据，整理出于桥水库的主要污染 物总磷、总氮和高锰酸盐指数历年入库污染负荷，并采用二次指数平滑模型预测 各污染物负荷的变化趋势，为基于水环境容量的污染物排放总量控制提供依据。 6 第一章绪论 ( 3 ) 依据于桥水库的水体功能提出总量控制目标，利用水环境容量模型计 算于桥水库允许污染负荷，结合现状污染物负荷的预测数据进行判断，计算出污 染物的削减量，并按照各污染源的贡献率进行分配，以制定相应的治理措施和管 理对策。 ( 4 ) 面对引滦沿线存在的主要水环境问题和污染物总量控制要求，制定相 应的水质保护对策。基于环境工程，生态工程和管理手段，为引滦沿线水质保护 提出污染源控制与生态修复的办法。 ( 5 ) 运用模糊数学模型综合评价引滦沿线水环境安全状况。建立水环境安 全指标体系，采用二级模糊综合评判法对2 0 0 6 年引滦沿线水环境安全状况进行 评价。 ( 6 ) 提出水质保护研究不足，提出未来工作的建议。 引滦入津工程水质保护研究，是配合引滦入津水源保护工程管理信息系统工 程建设进行的，水质保护是水资源管理系统的重要内容，其流程如图1 3 所示。 用户 叫缴幅 叫污染源位置l + f数据库 l污染物负荷l 。 查询i 选择查询污染 州源位置或污染 j 物 预测要求 总量控制 污染物 控制目标 相关参数 。嚣羰，h 丽磊( 指数平滑法)l7 i “”“1 、 相关参数 总量控制模型h 污染物削减量 相关参数 奎竺兰竺；孑忑五引。模蓊篓萼雾判， _ 俪 |评价区域代号卜- 叫，蝤茹器盖壶圳、卜_ + l 评价结果 图1 3 水质保护流程 7 水 质 保 护 对 策 第二章引滦沿线水环境历史、现状调查与分析 2 1 综述 引滦入津工程是向天津市供水的系统工程，由引水、蓄水、输水、净水、配 水等多项工程组成，它是将潘家口水库下泄之水经大黑汀水库反调节抬高水位 后，送入引滦总干渠，经分水枢纽闸向天津市供水。入津滦河水首先经过河北省 、迁西县的滦河、黎河分水岭，经过1 2 4 k m 的引水隧洞，出洞流入河北省遵化市 境内长5 7 6 k m 的黎河干流，顺流而下注入天津市蓟县境内的于桥水库( 到此定义 为上游，以下输水河渠为下游) 。引滦水与流域自产水汇合后再经过5 4 k i n 的州河 进入蓟运河，在蓟运河首2 k m 处的九王庄进水闸入引滦专用输水明渠。再经明渠 的渠首闸入4 7 2 k m 长的明渠到尔王庄泵站，以下分为两路，一路由1 7 k i n 的明渠 送至大张庄泵站，另一路由尔王庄暗渠泵站加压经2 5 。6 k m 的暗渠至宜兴阜泵站， 整个工程输水线全长2 3 4 k m ，途经6 个郊县( 迁西、遵化、蓟县、宝坻、武清、 北辰) 【2 6 1 。 引滦沿线水环境则是由引滦水和与引滦水密切相关的诸环境要素所组成。这 里的引滦水既包括从潘家口、大黑汀水库引调的滦河水，又包括汇入于桥水库的 于桥水库流域自产水。诸环境要素由自然环境和人工环境组成，自然环境包括河 岸、土壤、植被、气候等；人工环境包括城镇、村落、农田、企业、水库、渠系 等与人类相关的环境要素。任何要素发生变化，都会使引滦水与各环境要素之间 产生直接或间接、有利或不利的影响，从而使引滦沿线的水环境状况发生改变， 产生一系列水环境问题。 2 2 水源保护工程前引滦沿线水环境状况 2 2 1 上游沿线 2 211 水质状况 作为引滦入津工程最大的调蓄水库和天津市重要的饮用水源地，于桥水库自 1 9 8 3 年至2 0 0 0 年累计接纳水资源总量为1 4 2 5x1 0 8 m 3 f 2 7 】。水库堤坝加固以后至 2 0 世纪8 0 年代中后期，水质良好，在国家地面水标准i i i i i 之间，基本处于中 第二章引滦沿线水环境历史、现状调查与分析 营养状态。随着引滦沿线的社会经济迅速发展，入库污染负荷急剧增加，水库水 质恶化。至2 0 世纪9 0 年代末期，水库已达一v 类，水质恶化和富营养化发展 速度惊人【2 8 】【2 9 】。 据于桥水库1 9 9 8 年水质监测资料2 7 1 ，总磷状态指数为9 2 ，总氮状态指数为 7 0 ，均属重富营养；叶绿素a 3 0 】状态指数为6 l ，透明度状态指数为5 9 ，属富营养 化；c o d m n 状态指数为4 0 左右，属于中营养。于桥水库整体水质达v 类，污 染上升两个多等级。总磷年负荷量达2 2 8 3 t ，总氮负荷达4 4 5 8 2 t 。其中，位于于 桥水库流域内的污染源造成的入库污染物年负荷量总磷为2 1 0 i t ，总氮为 3 3 6 9 4 t 。 1 9 8 6 年和1 9 9 7 年于桥水库水生生物群落的调查结果表明，藻类增生( 水化 发生越来越频繁) 3 1 】、浮游动物生物量剧增( 种类减少) 【3 2 】【3 3 】、底栖动物3 4 1 及 水生植物优势种向耐污种方向发展。浮游植物群落、浮游动物群落、底栖动物群 落和水生植物群落的这种变化均反映了于桥水库富营养程度的加剧。随着人类活 动的加强，生物群落之间、生物群落与生态系统之间的平衡状态被打破，水生生 态系统内部各组分之间的协调关系遭到破坏，水生生态系统出现退化现象，直接 导致水体功能退化，使水体自净能力衰减，水质恶化，不能满足饮用水源地功能 的要求。 造成水质恶化的主要原因是沿线人类活动的干扰，急剧增加的污染负荷超过 了水体自净能力。水体污染源通常按污染源的分布特征，可分为点污染源、非点 污染源( 又称作面污染源) 。上游沿线点污染源包括城镇生活污水和工业废水， 面污染源主要包括水土流失、农业面源、村落污水、鱼塘、水库底泥释放和库区 降水等。 2 2 1 2 主要点污染源 于桥水库流域及库区周边排污口达数百个，以选矿厂居多，以排污量和污染 负荷量计主要是化肥企业和城市污水【2 。7 1 。流域内重点工业污染源包括建明化肥 厂、遵化化肥厂、奥太啤酒厂、糠醛厂、平安造纸厂、西铺选矿厂。平安造纸厂 与西铺选矿厂2 0 0 0 以前己停产，糠醛厂属季节性生产 2 s 】。产生污染的重点工业 点污染源是两个化肥厂和奥太啤酒厂( 表2 1 ) 。 表2 1主要工业污染源废水污染负荷 废水排放 污染负荷( t a ) 序号企业名称 ( x1 0 4 t a ) c o d c 。 卯t n b o d 5 s s 1 建明化肥厂 2 5 2 26 3 1o 2 52 9 2 6 2遵化化肥厂3 0 2 25 3 6 ，41 5 33 5 6 3糠醛厂4 11 0 1 2 7o 1 10 2 5 4奥太啤酒厂9 4 4 9 4 4 5 6 64 2 5 9 第二章引滦沿线水环境历史、现状调查与分析 遵化市是于桥水库流域内城市污水的主要来源，其城镇生活污水沿黎河及沟 渠进入水库，大量含磷洗衣粉、去污粉及洗涤剂的使用，导致生活污水中氮、磷 含量及有机负荷增高，引起水体富营养化。遵化市生活污水未经集中处理，成为 于桥水库水质富营养化的重要原因。遵化市生活污水污染负荷排放量见表2 2 。 表2 2 遵化市生活污水污染负荷排放量【2 8 】 生活污水排放量 污染负荷排放量( t a ) ( 1 0 4 t a ) c o d c ，b o d s s st nt p 1 8 2 55 4 7 52 7 3 83 2 8 54 5 61 l o 2 2 1 3 面污染源 于桥水库流域的面源污染主要来源于农村村落、农田、鱼塘和库区降水。流 域内农业污染来源是化肥、农药和水土流失，随农田灌溉排水或田间暴雨径流进 入水体造成污染，流域内化肥用量逐年增加，1 9 9 8 年库区化肥施用量为4 8 6 6 ，4 t 。 折合纯氮1 2 1 3 8 t ，折合纯磷2 8 5 9 t ，流域内年流失氮2 4 2 8 t ，流失磷4 2 9 t 进入水 库。流域农作物病虫害杂，严重威胁农业生产安全。1 9 9 8 年库区农药总施用量 1 0 2 4 4 t ，农作物对农药的依赖性增强，大量剧毒、长效农药造成对农业环境和库 区水体的污染。农村污染主要是人畜粪便、生活垃圾、生活污水，污染负荷年产 生量t p 2 3 8 7 8 7 t a ，t n 5 2 2 0 9 8 t a ；入库量t p 3 4 6 9 t a ，t n l6 4 2 7 t a i 2 8 1 。 由于库周鱼塘规模扩大，于桥水库库周污染加剧，2 2 m 高程以下鱼塘达2 5 2 0 8 亩，投入大量的饵料、化肥、鸡粪及农药，污染了鱼塘水及鱼塘底泥。鱼塘每年 换水2 至3 次，向水库排入大量污水。堆放在塘堤上的底泥随地表径流入库，造 成二次污染是入库主要污染源。鱼塘每年输入于桥水库废水6 9 5 1 0 7 m 3 ；平均 浓度总磷0 3 3 m g l ，总氮2 3 8 m g l ：污染负荷总磷2 3 0 t ；总氮1 6 5 。5 t 【2 8 1 。 据2 0 0 2 年资料显示【2 7 1 ，于桥水库底泥中氮、磷及有机质含量分别为 0 5 1 2 9 6 、o 1 4 0 4 5 及o 5 5 4 4 3 ，但污染底泥总量很少，对水质污染贡献 率较小。此外，于桥水库的降水作为一种载体也会溶入大气中的污染物随之落入 库区，1 9 8 3 - 2 0 0 0 年于桥水库总降水量为1 0 0 5 7 1 0 8 m 3 ，年平均0 5 5 8 7x1 0 8 m 3 ， 降水污染负荷总磷为7 0 4 t ，年均3 9 1 t ；总氮负荷为1 6 9 0 t ，年均9 3 9 t 。 综上所述，水源保护工程前上游沿线各污染源总氮、总磷年入库污染负荷见 表2 3 。 1 0 第二章引滦沿线水环境历史、现状调查与分析 表2 3 上游沿线各污染源总磷、总氮入库负荷 i 娑 t pt n 污染源 建明化肥厂0 2 52 9 2 6 遵化化肥厂1 5 33 5 6 点源( t a ) 糠醛厂o 1 l0 2 5 遵化市生活、行水1 1 04 5 6 点源比重( ) 5 4 6 6 2 4 村落 3 4 6 91 6 4 2 7 农田4 2 92 4 2 8 面源( t a ) 鱼塘 2 31 6 5 ，5 库区降水 3 9 l9 3 9 面源比重( ) 4 5 43 7 6 2 2 2 下游沿线 2 2 2 1 州河河道 州河支流小沙河和宾昌河排泄蓟县城东地区的沥水、污水及沿途村庄的污 水，一般污水可引入排污管道入漳河，但因管道流量太小，当暴雨超过1 年一遇 标准时，污沥水经溢流堰顶流入州河。蓟县城区污水( 含工业废水) 常年流量为 0 7 m 3 s ，年污水总量2 2 0 0 万m 3 ，主要水质指标圈：p h 值为8 5 2 ，c o d 为1 2 5 9 m g l ，n 0 3 - n 为2 。4 m g l 。流经沟、渠、洼地之问，使所经过地区生态环境恶化。 雨季时常有污水、沥水漫溢进入州河，严重影响引滦水质。此外河道沿线漏污也 直接威胁引滦水质。 2 2 2 2 专用明渠 渠道沿线土质较软，受雨淋冲刷、冻融、水位骤降等影响，有的渠段出现管 涌、堤坝坍塌现象，渠底淤积严重，渠内芦苇、杂草、藻类丛生；当渠内水位低 于沿渠地下水位时，氯化物含量高的地下水渗入渠内，使引滦水氯化物含量增加 3 5 倍，严重影响水质。 引滦工程建设时期，新开挖的引滦输水明渠截断了所经地区的灌溉、排水和 排污河道，有的在明渠上建排涝闸，在引滦不输水期间，利用输水明渠进行排污、 排沥。此外由于引滦明渠部分渠段距村庄和河道较近，未建护拦，人们的日常活 动和车辆交通经常污染水质。据1 9 9 8 年的监测资料【2 6 1 ，专用明渠中部的潮白河 泵站水体中的非离子氨平均含量是于桥水库出口的2 倍，大肠菌群是于桥水库出 口的6 倍，b o d 5 、c o d 分别升高了1 3 6 和l o 7 。 第二章引滦沿线水环境历史、现状调查与分析 2 3 水源保护主体工程实施后的情况 引滦入津水源保护工程的主体工程主要包括于桥水库水源保护、新建州河暗 渠和引滦专用输水明渠治理3 项工程1 2 引。 ( 1 ) 于桥水库水源保护工程。以保护引滦水质、防止富营养化为目标，对 于桥水库实施全方位综合治理。 ( 2 ) 新建州河暗渠工程。在于桥水库和九王庄节制闸之间修建一条暗渠， 与引滦专用输水明渠连接，取代州河输水。暗渠全长3 4 1 4 公里，设计流量每秒 5 0 立方米，引滦沿线建有渠首枢纽、检修闸、倒虹吸、涵洞等2 0 个水工建筑物。 ( 3 ) 引滦专用输水明渠治理工程。实施渠道护坡2 7 6 公里，护底6 1 8 9 公 里，建设立交口门4 2 座，新建封闭管理隔离网带9 5 2 6 公里，新建巡视道路4 4 公里。 2 3 1 污染源减少 水源保护工程实施前后几年，黎河流域内的污染大户建明化肥厂、糠醛厂和 遵化化肥厂相继关闭，使入库的总磷、总氮负荷有较大减少。于桥水库周边也通 过水土保持、库周村落固体废弃物处理、库周医院污水污物处置等工程使环境有 很大改善，库周的水质保护和生态修复工作取得初步成效。 新建的州河暗渠使下游引滦输水不再占用州河河道，彻底解决了引滦通水 2 0 多年来州河汛期输水与行洪排沥之间的矛盾，隔离了州河沿线的污染源，有 效地保护了引滦水质，提高了向城市输水的保证率，恢复州河行洪排沥蓄水的原 有功能，大大减轻了水质护水方面的工作量。同时，减少因河道冲污、蒸发、渗 漏等造成的水量损失，每年可节约引滦水6 0 0 万m 班2 2 j 。 引滦专用输水明渠的治理工程通过清淤、消坡，预制混凝土板衬砌渠坡、渠 底两项工程，彻底清除了渠内芦苇、杂草、藻类丛生现象，减轻了高氯离子地下 水渗入的影响；新建立交口门解决了明渠与灌溉、排污、排沥交叉问题；封闭管 理隔离网带和巡视道路在一定程度上避免了人们日常活动和车辆交通带来的污 染。 2 3 2 水质改善 引滦沿线污染源的减少，使水质得到改善。于桥水库管理处和尔王庄管理处 是引滦沿线上水质监测项目较多的管理处，根据2 0 0 5 年两处对氯化物、高锰酸 盐指数、溶解氧、氨氮、总氮、总磷等项目的月监测数据，统计得出2 0 0 5 年平 均的监测数据( 表2 4 ，表2 5 ) ，从中分析引滦水质的变化情况。 1 2 第二章引滦沿线水环境历史、现状调查与分析 分 氯化物 高锰酸大肠菌 月 盐指数 溶解氧氨氮总氮总磷 群数 l2 8 63 51 2 8o 1 51 6 60 1 32 4 0 22 1 63 71 2 9 0 1 4 51 6 9 o 1 55 6 0 3 2 73 41 2 60 1 2 51 3 1o 0 83 0 0 4 2 6 63 4 51 1 80 0 9 51 10 0 8 52 8 0 52 6 93 8 59 90 0 2 50 5 1 50 0 6 5 2 7 0 62 9 15 2 59 30 1 1 51 1 90 0 6 51 3 0 72 7 94 2 57 80 1 72 5 20 0 56 0 8 2 7 95 1 59 30 2 10 8 60 0 3 53 4 0 92 6 85 49 40 1 2 50 8 3 50 0 67 4 0 1 02 4 74 19 9o 1 81 9 8o 0 55 1 0 1 12 4 93 71 0 20 0 91 9 5o 0 51 5 0 1 22 5 83 31 30 1 12 2 30 0 3 51 3 0 平均 2 6 54 11 1 5 o 1 31 4 9 0 0 6 93 1 0 组分 氯化物 高锰酸 厚 盐指数 溶解氧氨氮总氮总磷 14 7 43 8 51 2 9o 1 6o 6 80 0 3 5 24 6 34 11 2 90 1 40 50 0 3 5 3 4 6 53 81 2 20 1 30 5 20 0 5 44 54 21 1 50 1 30 5 5 50 0 5 54 1 549 2o 1 9 5o 5 80 0 4 64 7 55 36o 1 90 5 50 0 5 73 54 47 70 2 5 5o 6 7o 0 5 84 14 86 50 1 80 8 7 5o 0 6 93 5 95 1 56 40 2 6 50 9 40 0 3 1 04 0 94 4 57 50 1 70 7o 0 3 1 13 7 53 6 59 40 1 40 4 30 0 4 1 23 2 63 6 51 1 90 0 9 50 3 5 50 0 3 平均 4 1 44 2 81 0 0 0 1 7 1 0 6 1 30 0 4 2 从表中统计数据可以得出，2 0 0 5 年两处各项目年平均值中，氯化物浓度均 远远低于集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准限值，氨氮、溶解氧均处在 国家地表水i i 类标准，高锰酸盐指数处于i 类，于桥水库总磷为类，富营养状 态指数5 4 ，总氮为类，富营养状态指数6 5 ，处富营养状态；尔王庄水库总磷 i 类，富营养状态指数4 5 ，总氮为类，富营养状态指数5 2 ，处中富营养状态。 由于上游黎河流域两个化肥厂的关闭，2 0 0 5 年于桥水库营养状态两个重要指 标总磷和总氮的营养状态指数与2 0 0 0 年相比均有所降低，特别是总磷指数 下降明显，说明黎河流域的化肥厂是于桥水库总磷负荷的主要来源，于桥水库水 第二章引滦沿线水环境历史、现状调查与分析 质总体上有较大改善；同时，新建州河暗渠和引滦专用明渠的治理，隔离了下游 沿线的污染源，加上渠道水流的自净作用，2 0 0 5 年尔王庄水库总磷、总氮浓度 相比于桥水库又有所降低。 2 4 引滦沿线水质保护中的问题和解决办法 水源保护工程实施以来，引滦沿线污染源特别是下游的污染源得到有效控 制，水质有较大改善，但由于工程实施时间尚短，加上引滦沿线本身的特点，还 存在着诸多水环境问题。 2 4 1 上游沿线污染状况依然严峻 2 4 1 1 于桥水库水质富营养化 作为引滦沿线上游最大的调蓄水库，于桥水库不仅接纳引滦水，还接纳了本 流域黎河、沙河、淋河的自产水。随着黎河沿线的建明化肥厂和遵化化肥厂的关 闭，汇入于桥水库的营养元素特别是总磷负荷有很大减少。但由于富营养污染基 数较大，于桥水库的总氮、总磷浓度依然很高。2 0