观音阁水库水源保护区划分方案可行性分析

李淑霞

(辽宁省观音阁水库管理局有限责任公司，辽宁 抚顺 117100)

观音阁水库位于太子河流域上游，坝址位于本溪市上游40km、本溪县城小市镇上游3km处的太子河干流上，控制流域面积2795km2，水库以防洪、城市生活与工业供水为主，其次是灌溉、发电等[1]。观音阁水库水源地保护区范围包括[2]：①一级保护区：库区居民迁移线263.12m等高线以下本溪境内的区域，面积58.1km2。②二级保护区：一级保护区外径向距离2km范围内的区域，总面积为228.29km2，其中本溪境内218.78km2，抚顺境内9.51km2。③准保护区：一、二级保护区以外的本溪和抚顺境内的汇水区域，总面积2818.96km2。

观音阁水库水源保护区与国内其它省市大中型湖库型水源地保护区划定范围相比严重偏大[3]，一方面制约区域经济发展，另一方面不利于水源保护，保护区管理要求与环境现状矛盾突出。由于饮用水水源二级保护区不得新建、改建、扩建排放污染物的建设项目，导致保护区内人民群众的基本生活需求、公共设施建设、棚户区改造等民生工程无法落地建设，城市污水厂等基础设施项目等均无法办理前期手续。同时，由于现行饮用水源保护方案与现行水污染防治法不相适应，容易造成水源保护区管理和保护力度下降，同时易增加其同保护区所在区域的各类规划间的协调性矛盾。因此有必要在保证饮用水水质不受影响的前提下，结合水源周边社会经济及自然环境和水质保护要求，合理调整保护区范围，解决历史遗留问题，释放县域经济发展空间，适应新的饮用水源保护要求，实现环境保护与经济社会发展双赢。

1 水源保护区划分调整方案

以水库水环境功能区划和水功能区划现状为基础，并结合影响保护区划分的相关因素，依据水源地划分相关标准及规范[4]，采用经验与数值相结合的方法[5-6]，即首先采用经验法划分出水库一级、二级和准保护区的范围，然后采用水环境数值模拟计算的方法对划分出的保护区合理性进行分析。

一级保护区范围：以取水口为中心，半径为1km范围内的水域。取水口侧一正常水位线以外200m范围内的陆域(不超过山脊线)，范围面积1.33km2。

二级保护区范围：考虑到观音阁水库的重要作用和不可替代性，将观音阁水库正常水位时(海拔255.2m)水面范围作为二级保护区水域范围(一级保护区水域范围除外)。二级保护区陆域范围确定，应依据流域内主要环境问题，结合地形条件分析确定。同时考虑二级区水域的更好保护，陆域范围为一级区陆域外延3km陆域范围，以及二级区水库正常水位线(海拔255.2m)外延300m范围内的陆域(不超过分水岭)，范围面积103.9km2。

准保护区：将观音阁水库汇水区第一道山脊线以内划定为准保护区，范围面积198.98km2。

2 基础条件分析

水质可达性分析是饮用水水源地保护区划分的一项重要工作[7]。因为划分时采用的是直接给定范围的经验方法，故首先通过水质可达性分析来检验饮用水水源地保护区划分是否合理。

表1 观音阁水库入库支流月均流量表 单位：m3/s

所谓水质可达性分析是指利用水质数学模型，对污染物在水体中的对流扩散及沿程降解进行数值模拟，得到污染物的空间分布情况，根据空间分布情况，分析各级保护区内水质达标情况。

2.1 水文条件

观音阁水库上游主要入库河流有北太子河、南太子河、小清河、泉水河、南孤山河、衫松河、南三道河、田师傅河等，其中北太子河、南太子河、小清河和泉水河为主要汇水河流。根据观音阁水库支流入库水文资料，南太子河、北太子河水流流量相当，而小清河因无实测资料，估测为南太子河水量1/4，泉水河为季节性河流，水量集中在汛期，其流量根据其污染物排放量估测为小清河1/3，各支流月平均流量见表1。

2.2 流域内污染负荷

通过污染源调查，观音阁水库上游入库污染主要来源于东营房乡、碱厂镇、田师傅镇、南甸镇、清河城及小市镇的腰堡村和三观阁村，目前污染物排年放量为：COD 2955.3t/a、总磷74.07t/a、氨氮149.8t/a、总氮374.5t/a，其中80%以上的污染排放集中在南甸、碱厂、田师傅、东营房，通过南太子河进入库区，15%左右的污染物集中在清河城，通过小清河进入库区。5%左右的污染物为小市镇少部分区域面源污染，通过泉水河进入库区。库区主要支流污染负荷见表2。

表2 库区主要支流污染负荷估算 单位：t/a

3 水质模拟计算条件

观音阁水库为狭长形河道型水库，根据水系分布和水力特性，确定断面采用完全混合模型，沿程采用一维点源稀释自净模型，模拟计算污染物沿程降解情况[8]。

3.1 计算模型

3.1.1 断面完全混合模型

当污染物随废、污水稳态排入均匀恒定的河流后，经过混合过程段达到充分混合段时，河流断面上各点的污染物浓度基本相同，此时污染物浓度由质量平衡原理得出的河流完全混合模式为[9]：

(1)

式中，C—完全混合后污染物质的浓度，mg/L；Cp—混合前污染物质浓度，mg/L；CE—污水排放浓度，mg/L；Qp—上游来水量，m3/s；QE—污水排放流量，m3/s。

3.1.2 沿程一维点源稀释自净模型

在忽略离散作用时，描述河流污染物一维稳态衰减规律的方程为[10]：

C=C0·e-Kx/u

(2)

式中，u—河流断面平均流速，m/s；x—沿程距离，km；K—综合降解系数，1/d；C—沿程污染物浓度，mg/L；C0—前一个节点后污染物浓度，mg/L。

3.2 计算单元划分

为确定各支流汇入对库区内水质的影响，对库区内进行流域划分，设置计算断面。现将库区内支流南太子河、北太子河、小清河和泉水河汇入分别划分流域，有4个支流汇入口，3个汇合断面(001、002、003)，其计算流域断面划分如图1所示。

3.3 计算参数

其中汛期(6—9月)各计算断面参数值见表3。由于库区缺乏断面资料，且考虑到一般库区内水位常保持稳定，非汛期(12、1、2月)仅考虑流量及污染物浓度差异。

源强则根据现有污染物排放量进行计算，分为汛期和非汛期两个季节考虑。同时，为预测未来污染物负荷增加对水库内水质影响，在现有负荷基础上，分别模拟增加负荷10%、20%、40%三种情景。在此情景下，汛期与非汛期污染物入库浓度见表4。

表3 观音阁水库区汛期内各流域计算参数表

图1 观音阁水库区内流域计算断面划分图

4 模拟计算结果及其分析

根据以上条件和情景分析，按汛期和非汛期分析各支流在不同污染物排放量下对水库内水质影响，特选定模拟计算COD浓度变化(COD降解系数为0.1)，计算结果见图2、图3，由图中可看出，由于库区内水量较大，稀释作用很强，污染物浓度对库区内水质影响范围有限。但是，由于水库内水体流动性较差，入口处局部污染物浓度偏高，但仍能满足二类水质要求。此外，对于难降解性污染物可能有累积效应，具有潜在威胁。

5 结论

本文通过经验法与水环境数值模拟法相结合的方法，重新划定水源保护区范围，符合饮用水水源保护区划分技术规范要求，取水口、一、二级保护区的水质有保障，水源保护区重新调整的范围合理，同时与国内其他省市水库型水源地保护区划定范围整体相当。尽管面积有所减少，但针对性更强，水源保护效果不会明显降低，有利于缓解保护区范围过大对区域经济发展的制约以及不利于水源保护等问题。

表4 汛期南太子河污染物入库浓度单位：mg/L

图2 观音阁库区汛期COD浓度分布

图3 观音阁库区非汛期COD浓度分布

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