白石水库水环境容量计算与分析

闫 冬

(本溪市桓仁县水务局，辽宁 本溪 117200)

白石水库始建于2009年，坝址位于辽宁省北票市大凌河干流，是一座以供水为主，兼具发电、旅游、养殖的大型水利枢纽工程[1]。水库控制流域面积17649km2，占大凌河流域面积的76%，水库正常蓄水位为126m，总库容为16.45亿m3。水库建成后可以使下游地区的防洪标准由原来的20a一遇提高到50a一遇，同时每年可以向下游的阜新和锦州等城市提供生产生活用水2亿m3。白石水库的防洪设计标准为百年一遇，下泻流量为2675m3/s，校核标准为千年一遇，下泻流量为3814m3/s。白石水库所在的大凌河流域属于寒温带大陆性气候，降雨的年际变化较大，最大年降雨量为1053mm，最小年降雨量为345mm；夏季降雨较多，其中7、8两月的降雨量占全年的40%左右。大凌河是辽宁省西部的第一大河流，流经辽宁省朝阳市5县1市2区，在锦县东南注入辽东湾。大凌河全长397.2km，流域面积2.35万km2，平均年径流量约16.67亿m3[2]。

1 水环境容量计算

各种污染物在进入水体之后会发生一系列复杂的物理和化学变化，进而降低水体的实际使用价值。因此，在进行水环境容量计算过程中，需要对进入水体环境的污染物进行调查和分析。显然，水体的污染程度与污染物一级河流的水文气象条件具有密切联系。

1.1 水文条件

本次研究利用皮尔逊Ⅲ型曲线对白石水库的水文条件进行数值模拟，以寻求拟合度最高的代表年份[3]。因此，将计算年型分为丰水年、平水年和枯水年，其保证率分别为10%、50%和90%，将天然径流量视为入库流量，可以由实测资料获得，结果见表1。

表1 白石水库天然流量统计

1.2 不均匀系数

根据水利部的相关计算成果，我国水环境的不均匀系数分为河流和湖泊两大类[4]。显然，水库应归为湖泊类，其不均匀系数见表2。另一方面，影响湖泊不均匀系数的因素主要有控制断面、水质降解以及河流的流速和河长等[5]。结合白石水库的实际情况，本次计算中的不均匀系数取0.43。

表2 湖泊不均匀系数

1.3 水质降解系数

水质降解系数包括白石水库上游河道的降解系数以及水库本身的降解系数[6]。其中，上游河道的降解系数采取两点法计算获得，而白石水库的降解系数则通过多点法计算获得[7]。具体的降解系数计算结果见表3—4。

表3 上游河道主要污染物降解系数计算结果

表4 库区水体主要污染物降解系数计算结果

1.4 污染物浓度上限

根据《辽宁省地表水环境功能区划》，白石水库需要承担城市供水的重要任务，因此其控制的大凌河流域的水质目标浓度为Ⅱ类，参照我国的GB 3838—2002《地表水环境质量标准》，主要污染物的浓度上限见表5。

表5 主要污染物浓度上限 单位：mg/L

2 计算结果分析

2.1 主要污染物的水环境容量计算

白石水库的正常蓄水位为126m，结合水库在不同水文条件下的运行管理特征和需求，本次研究不仅需要对正常蓄水位条件下的主要污染物的水环境容量进行计算，还需要对水库不同水位条件下的主要污染物的水环境容量进行计算[8]。为此，本次研究对水库水位在120～132m之间的不同水位条件下的主要污染物的水环境容量进行计算，计算结果见表6。

2.2 剩余环境容量计算

对白石水库在126m的正常蓄水位以及50%保证率条件下的水库剩余水环境容量进行计算，结果见表7。

表7 白石水库剩余环境容量计算结果 单位：t·a-1

2.3 计算结果分析与评价

在本次计算过程中，除了部分年份的降雨量、径流量等资料由于缺失原因而采用公式推求之外，其余资料均来自于辽宁省和朝阳市水资源勘测局、各个水文站、雨量站以及白石水库管理局的相关监测数据。由于数据可靠、稳定，因此计算结果具有较高的可信度，可以为相关研究以及库区的水资源管理提供有益借鉴。

基于主要污染物的白石水库环境容量计算结果显示，该水库主要污染物的总量与水库水位变化之间呈近似线性关系；同时，基于水环境容量计算结果和水质评价分析，白石水库存在一定的富营养化趋势，但是程度较轻，其中，总磷的含量较高，剩余环境容量为-251.621t/a，已经超出水库水体的承载极限，以其浓度计算，属于Ⅲ类水质，其他污染物均有一定的剩余环境容量，均符合国家Ⅱ级水质标准的相关要求。具体而言，在水库的入库口位置，分布有村庄和部分工矿企业，受到污染物排放量较大以及扩散条件不佳等因素的影响，水面存在较多的浮游类水生植物，水体的能见度较低。因此，白石水库需要加大对总磷排放量的控制工作，需要每年削减总磷排放量252t；就其余污染物来看，由于均有较大的剩余环境容量，说明按照当前的排放形式，对水质的影响不大。

从主要污染物的变化趋势来看，白石水库水体中的总氮和氨氮的含量呈逐渐减少趋势，说明水库水体中的无机氮、有机氮以及化合氮的含量在不断减少。从水体中氮离子的作用来看，一方面是各种细菌繁殖的必要营养物质，有利于工业废水的净化，同时较多的氮元素也会引发水体的富营养化。因此，水库水体中氮元素的减少有利于减轻水库的富营养化威胁，降低氨氮的毒性反应。从化学需氧量的指数变化来看，由于其动态变化幅度较大，说明白石水库的水体受到有机物的污染程度比较严重。白石水库的总磷含量不变，但是超标比较严重，这与周围居民点生活中大量使用合成洗涤剂有关。

总体而言，白石水库的水质较好，基本满足水库的供水功能，由于各级政府和水库管理局近年来加大了水质管理和治理力度，水库的生态安全没有受到严重威胁，但是今后仍需要进一步强化管理，防止水质的恶化。结合上文的水环境容量计算成果，建议白石水库在水质治理方面采取如下措施：通过闸门和泵站等水利设施的调控作用，引入清洁水源对污染程度较高的区域进行冲刷和稀释，提高水库水体的自我调节能力和自净能力；通过采取人工增氧等措施，提升水库水体中的溶解氧含量；积极引入动植物净化技术，减少水体中的有机物污染，和水面藻类的含量；加强水库集于区的水土保持工作，通过清垃圾、清污水、清杂物；在库区水面禁止施肥养鱼；对库区周边的养殖场废水和固体废物要进行处理，坚决杜绝直接向库区水体直接排放。

表6 白石水库不同水位条件下水环境容量计算结果 单位：t·a-1

3 结语

本文以辽西地区的白石水库为例，对水环境容量进行计算研究。计算结果显示，白石水库的水质情况总体良好，基本可以达到国家Ⅱ类水质标准，仅有总磷含量超标，建议在现有排放量的基础上，每年削减总磷排放量252t。由于白石水库紧邻阜新和锦州等大凌河下游主要城市，供水任务繁重，一旦发生水体污染而得不到及时处理，必将对居民的人身安全造成严重伤害。因此，本文的研究结论对白石水库确定纳污能力和指标，从而划定水生态红线，通过加强水库的水环境管理防治水体污染具有重要作用。