汉江中下游梯级水库联合生态调度前后襄阳段水质变化分析

宋瑞 刘付立 朱艳容 张小南

摘要：为研究汉江中下游梯级联合生态调度前后汉江襄阳段水质的变化情况，选取王甫洲坝下、襄阳水文站、崔家营坝下3个汉江中游沿江干流监测断面，分别在涨洪阶段、峰顶阶段、退洪阶段3个时间段，应用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法，对3个断面的水质状况进行水质评价与分析。研究结果表明，生态调度涨洪阶段受面源污染影响污染物浓度变大，退洪阶段因为水量的稀释作用污染物浓度变小;生态调度可在一定程度上改善水质状况，但是对水体水质的改善以水量稀释为主，污染物迁移、转化作用较弱。建议有关部门加强对区域污染物入河量的控制。

关键词：水质变化;水质评价;生态调度;汉江襄阳段

中图法分类号：TV213

文献标志码：A

DOI： 10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.08.010

1 研究背景

近年来，长江流域控制性水库生态调度工作稳步推进，取得了良好成效[1]。汉江是长江第一大支流，随着南水北调中线工程投运，汉江成为我国最重要的水源地。虽然汉江干流水质总体良好，但中下游河段多次发生水华，需要的环境流量增加[2]。谢平等[3]指出，水质.水温等均不是造成汉江水华发生的关键因素，水利工程影响下的流量、流速等才是制约汉江水华发生的关键因子。基于该理论，长江水利委员会通过实行汉江中下游梯级水库联合调度治理汉江水华，一度取得了较好的效果。2018年6月11-19日，长江防汛抗旱总指挥部首次对丹江口、王甫洲、崔家营、兴隆水利枢纽4个梯级水库实施汉江中下游联合生态调度试验。结合上游水库消落、区间降雨来水等情况，采用加大下泄流量、人为降低水位、敞开闸门泄洪等措施制造人为洪峰，恢复汉江中下游干流的自然河流状态。选取汉江干流王甫洲坝下、襄阳水文站、崔家营坝下3个监测断面，分别在涨洪阶段、峰顶阶段、退洪阶段3个时间段进行水质监测，采用污染指数法中的单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法进行水质评价与对比，分析生态调度对汉江襄阳段总体水质的影响。

2 研究范围与方法

2.1 研究断面概况

襄阳水文站位于湖北省襄阳市城区，是汉江中游重要水文控制站。该站测验断面上游70 km处有王甫洲水利枢纽工程，下游13 km处有崔家营航电枢纽工程[4]。基于此，在汉江干流选取王甫洲坝下、襄阳水文站、崔家营坝下3个断面进行水质研究。研究断面示意见图1。

汉江中下游梯级联合生态调度于2018年6月13日开始，涨洪阶段为6月13-15日，峰顶阶段为6月16-18日，退洪阶段6月19-26日。根据调度方案，襄阳水文站断面作为重点监测断面，在6月13-20日每日监测一次，退洪阶段采样频次减少，于6月22日和6月28日再各监测一次。王甫洲坝下于6月12日、6月15日及6月28日再各监测一次。崔家营坝下于6月13日、6月16日及6月28日各监测一次。监测项目有水温、pH值、电导率、溶解氧、透明度、总磷、总氮、磷酸盐、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、高锰酸盐指数、叶绿素a、TOC、硅、铁、锰、铜、汞、砷、铅、铬、镉、钙等24项水质指标。

2.2 评价方法

单因子指数法是最简单的环境质量指数（无量纲）计算方法，对每个污染因子进行单独评价，经统计得出各自的达标率或超标率、超标倍数、统计倍数、统计代表值等结果[5]。单因子指数法对影响水环境质量的各种监测指标全部实行“一票否决”或“一刀切”，难以科学、客观地反映地表水环境质量水平或其具有的環境功能[5]。内梅罗指数由美国叙拉古大学内梅罗于1974年在《河流污染科学分析》一书中提出。内梅罗指数是一种兼顾极值或称突出最大值的计权型多因子环境质量指数[5]。内梅罗指数特别突出了污染最严重的评价因子，同时也在一定程度上兼顾了其他水质较好的参评因子对总体结果的贡献，尤其避免了在计算过程中各因子权重人为赋值的主观影响[6]。

根据汉江段水质污染特点，以GB3838-2002《地表水环境质量标准》中的Ⅲ类水为标准，分别采用内梅罗指数法和单因子指数法，选择总磷、氨氮、高锰酸盐指数、锌等4项指标对王甫洲坝下、襄阳水文站、崔家营坝下断面水质进行评价计算。

3 结果与讨论

3.1 水质类别比较

采用内梅罗指数法对3个断面进行水质评价，结果见表1。由表1可知，洪峰前后断面水质指标污染指数Pi值与污染指数，值均小于1，说明汉江襄阳段水质一直维持在较好的水平。但是在峰顶阶段，受洪峰影响，Pi值与，值明显增大。

采用单因子指数法的评价结果显示，洪峰前后总体水质以I、Ⅱ类为主，其中涨洪阶段I类水质断面占33%，Ⅱ类水质断面占67%，总体水质较好;峰顶阶段水质受面源污染略有变差，Ⅱ类水质断面占100%;退洪阶段水质与峰顶阶段相比，污染物浓度有所下降，但是存在滞后效应，水质无明显变化，Ⅱ类水质断面占100%。各断面水质情况详见表2。总体上，汉江襄阳段水质状况一直维持在较好水平。由此可见，内梅罗综合污染指数法与单因子评价法的评价结果一致。

3.2 主要污染物浓度比较

襄阳水文站位于丹江口大坝下游109 km[7]，故洪峰较丹江口大坝有所延迟。6月13～ 28日推算的采样时刻的瞬时流量如图2所示。由图2可见，6月16日流量达到最大值，6月16～22日流量维持在3 000m3/s，6月28日恢复正常。

襄阳水文站在生态调度期间水文参数统计见表3。由表可知，从6月14日开始，下泄流量开始进入襄阳水文站断面，随着流量的增大，断面水位和流速也在不断增大;6月16日，水位和流量均达到最大值，断面流速也达到了0.74 m/s，退洪阶段断面水位维持在64.94 m;流量和断面平均流速不断下降，其中6月28日的流量与断面平均流速大约为22日的1/2。

襄阳水文站断面6月13～ 28日水质监测结果见图3。由于pH值、电导率、溶解氧、透明度、总氮、磷酸盐、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、叶绿素a、TOC、硅、铜、汞、砷、铅、铬、钙等水质指标监测浓度较低，无明显变化，故图3仅对水质变化幅度较大的高锰酸盐指数、铁、锰3项水质指标的浓度变化进行了比较。

由图3可见，该断面在涨洪阶段，随着流量的不断增大，其面源污染负荷增大[8]。高锰酸盐指数、铁、锰的浓度趋于增高，流量和水位于6月16日均达到最大值，6月17日断面平均流速达到最大值后，高锰酸盐指数、铁、锰的浓度也随之达到最大值。退洪阶段，流量逐渐减小，随着时间持续延长，流经断面的水不断更新，高锰酸盐指数的浓度也逐渐降低，铁、锰浓度值偶有波动，但是其变化趋势与断面流量和流速变化一致，有一个小幅度增大之后继续减小的过程，总体上铁、锰的浓度还是趋于降低态势。

王甫洲坝下和崔家营坝下在生态调度期间水文参数统计见表4～5。由表可知，下泄流量于6月13日开始进入王甫洲坝下，断面水位、流量和平均流速在6月16日均达到最大值;退洪阶段，断面水位维持在89.7 m，流量和断面平均流速不断下降，其中6月28日的流量与断面平均流速大约为6月16日的1/2。下泄流量从6月14日开始进入崔家营坝下，断面水位、流量和平均流速在6月17日均达到最大值，退洪阶段，断面水位维持在58.0 m，流量和断面平均流速不断下降。

王甫洲坝下和崔家营坝下两个断面在涨洪阶段中期及退洪阶段水质监测结果见表6。由表6可看出，王甫洲坝下和崔家营坝下断面的水质参数浓度变化与襄阳水文站类似，均为在涨洪阶段因面源污染而变大，在退洪阶段又因水量的稀释作用变小。断面水质参数的浓度变化与水位、流量和断面平均流速变化趋势一致。

3.3 水质变化趋势分析

应用内梅罗污染指数法，对王甫洲坝下、襄阳水文站、崔家营坝下3个断面分别进行分析计算，可得出采样日期与内梅罗污染指数的关系，结果见图4。

（1）从内梅罗污染指数的变化情况可以看出，汉江襄阳段水质环境质量较好，水体较清洁，所有采样阶段的内梅罗污染指数，值均小于1。

（2）襄阳水文站和王甫洲坝下断面的，值均呈现先增大后减小的趋势，整体水质无明显变化。涨洪阶段王甫洲坝下断面，值增加更快，其同期，值比襄阳水文站断面更大;退洪阶段I值减小更快，其同期，值较襄阳水文站断面更小。

（3）崔家营坝下断面的，值一直呈增大趋势，涨洪阶段其I值比襄阳水文站断面增大更慢，同期I值比襄阳水文站断面更小;退洪阶段I值还在增大，可能与采样周期不够长，水量稀释带来的改善效应有所滞后，受支流其他断面的影响等有关。

该结果与张秀菊等[9]对水量水质联合调度的研究结果一致，即水量调度可在一定程度上改善水质状况，但是引水方案对水体水质的改善以水量稀释为主，污染物迁移、转化作用较弱。

4 结论

（1）内梅罗综合污染指数法与单因子评价法的评价结果一致，汉江襄阳段水质一直维持在较好水平。

（2）通过开展汉江中下游联合生态调度试验，增加丹江口水库下泄流量，增大壩下游河段的水面流速，可在一定程度上改善汉江下游水质状况。

（3）通过内梅罗污染指数变化分析，生态调度涨洪阶段受面源污染影响而污染物浓度变大，退洪阶段因为水量的稀释作用污染物浓度变小。生态调度通过流量调节方法可以改变断面水质状况，但是对水体水质的改善效果以水量稀释为主，污染物迁移、转化作用较弱。

（4）建议有关部门加强对区域污染物人河量的控制，从源头治理，降低汉江襄阳段污染物本底浓度，进而从根本上改善水质状况。

参考文献：

[1] 陈敏.长江流域水库生态调度成效与建议[J].长江技术经济，2018，2（2）：36-40.

[2] 陈进.长江流域水资源调控与水库群调度[J].水利学报，2018，49（1）：2-8.

[3]谢平，夏军，窦明，等.南水北调中线工程对汉江中下游水华的影响及对策研究（ I）——汉江水华发生的关键因子分析[J].自然资源学报，2004（4）：418-423.

[4]金哲，张建军，宋红翔，等.无线传输设备在襄阳水文站H-ADCP上的应用[J].水利水电快报，2017，38（6）：15-19.

[5]罗芳，伍国荣，王冲，等.内梅罗污染指数法和单因子评价法在水质评价中的应用[J].环境与可持续发展，2016，41（5）：87-89.

[6] 徐彬，林灿尧，毛新伟.内梅罗水污染指数法在太湖水质评价中的适用性分析[J].水资源保护，2014，30（2）：38-40.

[7]廖长路，章厚玉，胡念行，等.汉江丹江口至襄阳河段水量平衡问题的调查分析[J].长江职工大学学报，2003（4）：29-31.

[8]娄保锋，臧小平，吴炳方.三峡水库蓄水运用期化学需氧量和氨氮污染负荷研究[J].长江流域资源与环境，2011， 20（10）： 1268-1273.

[9] 张秀菊，丁凯森，杨凯.新江海河河网地区水量水质联合调度模拟及引水方案[J].水电能源科学，2017，35（1）：31-34.