测水何家水库河道疏浚及污水回灌对取水口的影响分析

刘 启 卜跃先 安贞煜

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

测水何家水库河道疏浚及污水回灌对取水口的影响分析

刘 启 卜跃先 安贞煜

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

文章通过对湖南省何家水库河道疏浚及污水回灌对取水口水质影响的计算与分析，为何家水库制定水环境保护措施，提高突发事件应对能力提供参考。

何家水库 疏浚 回灌 取水口

1 项目概况

何家水库大坝座落在湖南省娄底市双峰县永丰镇，涟水支流测水上，犁头咀（测水与洣水交汇处）下游0.66 km，坝址处多年平均流量28.2 m3/s，控制集雨面积1 461.0 km2，正常蓄水位76.5 m，相应库容136.44万m3。 工程规模为小（Ⅰ）型水库，主要建筑物为翻板闸坝、非溢流坝，为双峰县县城应急抗旱水源工程。 同时对部分河段进行疏浚治理。 通过建坝拦截水流，增加正常库容，在干旱季节，能满足双峰县城30天应急供水和246.67 hm2（3 700亩农田）应急灌溉的需要；在正常情况下，新增供水规模达4万m3/d，提高了供水保证率和调节性能。

何家水库由测水及洣水汇合而成， 其中测水为渔业用水区，执行Ⅲ类水质标准；洣水为饮用水源一级保护区，执行Ⅱ类水质标准。县城取水点位于洣水河江东潭（交汇口上游约140 m）。 入库另一支流测水流经双峰县城主城区，目前尚有约30%居民生活污水未经处理直接排入测水。

项目所在水系情况见附图。

2 疏浚影响分析

2.1 对水厂取水口SS的影响分析

附图 测水水系图

疏浚河段位于取水口上游约2 km， 湿法施工，采用环保挖泥船开挖，施工期疏挖作业时，由于挖泥船疏浚搅动使得底泥再悬浮， 在疏浚点周围形成圆形或椭圆形的浑浊带， 引起局部水域的SS污染，对水体水质和透明度产生影响。根据1991年交通部水运工程科学研究所对绞吸式挖泥船作业源强进行现场模拟实验（代表船型为1 600 m3/h绞吸式挖泥船）[1]，将本项目挖泥船（疏浚效率为1 450 m3/h）与其实测资料进行类比，本工程挖泥时悬浮物泥砂的源强为7.56 t/h，浓度为（250～350）mg/L。

挖泥船施工时基本上是定点作业，悬浮疏浚物的扩散机理类似于连续点源扩散。 施工时由于铲头的扰动造成底泥悬浮并随流扩散， 在施工区水域形成条状浑浊水体。作业船开挖的河床底质主要为卵石，泥砂粒径大，悬砂量小，且易于沉降，加之施工作业开挖量不大，因此产生的悬浮物总量较小。根据湘江航道维护疏浚现场实际监测资料，在作业点附近，底层水体中悬浮物含量在（300～400）mg/L之间，表层水体中悬浮物含量在（100～180）mg/L之间。在施工期的水文条件下，悬浮物沉降速度较快，一般悬浮疏浚物随流扩散（100～200）m即接近水域悬浮物背景浓度，影响范围较小。

取水口位于疏浚河段下游约2 km，挖泥船疏浚搅动造成的悬浮物浓度增加范围在200 m以内，取水口的SS浓度不会受到疏浚施工的影响。

2.2 河流底泥再悬浮物重金属对水质的影响

根据水质与底泥现状监测结果，测水中重金属元素含量满足Ⅲ类水质要求，底泥监测值满足《土壤环境质量标准》（GB 15618-1995）中二级标准。根据20世纪80年代《湘江污染综合防治》研究中对底泥重金属形态及迁移转化研究成果：水体中重金属污染物经絮凝沉降作用，随泥沙一起沉积在河床中，底泥重金属形态一般以硫化物结合态为主，含量最高，约占75%，腐殖质结合态和硝酸盐结合态的含量约为8%～10%，盐酸盐物质结合态约占10%，水溶性物质为可给态，含量约为5%。可给态要转化为毒性最大的离子态需要一定的条件，这些条件就是水体的pH、温度、Eh、重金属的原始浓度等。根据水质常规监测结果，测水河多年平均水温为（9.5～14.5）℃，夏天（18.95～29.0）℃，冬天（4.9～8.7）℃，水温较高，水体中的重金属具有较高的吸附速率系数，促进低价金属离子变成高价金属离子，生成氧化物沉淀，有利于悬浮物絮凝、聚合、络合等物理化学过程的进行，使重金属进入底泥。根据污染源调查，何家水库库区河段无排酸性废水排入，疏浚作业也无酸性废水产生。

由于施工不产生酸性废水，同时水体中pH值正常，再悬浮于水体中的重金属形态不会发生新的改变，因此，疏浚工程除增加作业区下游局部水域水体中悬浮物浓度外，不会造成重金属污染。

2.3 疏浚作业区底泥中重金属释放定量分析

本文采用模型计算疏浚作业区范围内底泥扰动重金属释放量对下游取水口水质的影响。

① 预测因子。

根据现状监测数据，洣水河底泥中重金属含量满足《土壤环境质量标准》（GB15618-95）二级标准。但Cd监测值与标准值较接近，且水环境质量指标要求较高。预测因子定为Cd。

② 预测模式。

洣水河为小型河流，污染物的扩散能力较强，从污染物排入到完全混合的过程较短，采用一维模型进行预测：

式中 c0——计算初始点污染物浓度贡献值（mg/L）；

K1——综合衰减系数（1/d）；

x——预测点与排放点的距离（m）；

u——河流平均流速（m/s）；

cp——排放废水中污染物的浓度（mg/L）；

Qp——废水排放量（m3/s）；

Qh——河流流量。

③ 预测参数。

水质模型需识别的参数有：综合衰减系数K1、流速、流量等，取值见表1。

表1 氵米水河水文参数

④ 污染源强。

参考河海大学论文《里运河底泥重金属释放试验研究》，文中以Cd为例，表层土中的镉在前8天平均每天1 L土向水体释放的污染物质的量为（14～ 20）ug/（L·d）。在后8天释放的速度加快，平均每天1L土向水体释放的污染物质的量为（15～35）ug/（L·d）。

深层土当中，镉在前8天平均每天1 L土向水体释放的污染物质的量为（20～25）ug/（L·d）。在后8天释放的速度加快，平均每天1 L土向水体释放的污染物质的量为（25～33）ug/（L·d）。

该文中指出，底泥污染越严重，其污染物释放量越大，里运河底泥中Cd的浓度超出《土壤环境质量标准》（GB 15618-1995）二级标准8.78倍，洣水河底泥中Cd的浓度接近标准值，本次预测按最不利情况考虑，释放污染物按其倍数的1/8.78计算。

洣水河疏浚底泥体积为0.69万m3，按最不利情况下计算，该河段疏浚扰动情况下释放污染物质Cd的量为0.000 32 g/s。

⑤ 取水口水质影响预测。

根据模型预测，在不考虑衰减的情况下，疏浚扰动段河床底泥 Cd对取水口处的浓度贡献值为0.000 03 mg/L，满足《地表水环境质量标准》Ⅱ类（0.005 mg/L）水质标准。疏浚作业扰动底泥，对水体中Cd浓度的贡献值较小，基本不会对取水口处水质造成不利影响。

3 回灌影响分析

工程实施后，当枯水期洣水流量小于取水口取水流量0.93 m3/s时，湄水（Ⅲ类水体）将回灌洣水（Ⅱ类水体），对取水口水质产生不利影响。评价对此风险情况进行预测。

预测采用O’connor河口上溯模式，公式如下：

式中 x——距离排入口距离（m），x＜0，自x=0处排入；

C——预测浓度（mg/L）;

Cp——污染物排放浓度（mg/L）；

Qp——污水排放量（m3/s）；

Ch——上游污染物浓度（mg/L）；

Qh——上游河流流量（m3/s）；

u——河流流速（m/s）；

Ml——断 面纵 向混 合系 数 （m2/s）；M=，为保证取水口水质安全，衰减系数k1设为0。

（1）现状条件下。

以COD和NH3-N为预测因子，预测湄水倒灌对洣水水质的影响，水文参数采用典型年最小日均流量，结果如表2、表3。

表2 水环境预测参数

由表2可见，当枯水期洣水流量小取水流量时，受湄水倒灌影响，洣水COD和NH3-N浓度均有一定增加，影响距离180 m。取水口距离湄水排入口约140 m，当发生湄水回灌时，取水口的水质将无法满足《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类标准。

表3 湄水倒灌对氵 米水河段污染物浓度预测值

（2）库区河道截污情况下。

何家水库属双峰县应急水源工程，为确保取水口水质安全，应对库区湄水河段的水域功能区划进行适当调整（拟划为饮用水源保护区）；加快湄水沿岸截污管网建设，将湄水河双峰县城段排污口全部截污，纳入污水厂进行处理后排入坝下河道，做到“污水不下河”。

以COD和NH3-N为预测因子，预测湄水河段调整水源保护区范围，河道截污情况下，倒灌对洣水水质的影响，结果如表4、表5。

表4 截污后水环境预测参数

由表4可见，湄水河段调整水源保护区范围，河道截污情况下，当枯水期洣水流量小于取水流量时，受湄水倒灌影响，洣水COD和NH3-N浓度均有一定增加，影响距离80 m。取水口位置CODCr及NH3-N的预测值分别为14.17 mg/L、0.30 mg/L，水质满足《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅱ类标准。

表5 截污后湄水倒灌对氵 米水河段污染物浓度预测值

4 结语

水利工程建设对取水口的影响是重点问题之一，本文以何家水库为例，分析了疏浚及回灌对取水口水质的影响。

疏浚过程中污染物释放量与底泥扰动量、底泥污染程度有关，若不规范作业，如对河床底泥扰动的深度加大，扰动面积增加等，使底泥中释放的重金属量增加，将对下游取水口水质造成威胁。

枯水期，当取水口所在支流流量小于取水口取水流量时，如另一支流污染超标，受其倒灌影响，取水口的水质将无法满足相关要求。需对受污染河段的水域功能区划进行适当调整，同时加快沿岸截污管网建设，将排污口全部截污，纳入污水厂进行处理后排入坝下河道，做到“污水不下河”。在落实以上措施条件下，回灌风险对取水口的影响控制在一定范围之内。

2016-11-28）

刘启（1983-），男，湖南长沙人，大学本科，助理工程师，目前从事环境评价工作。