引滦枢纽工程水质水量调度初探

仇新征

（水利部海河水利委员会引滦工程管理局，河北 唐山 064309）

引滦枢纽工程是天津市、河北省唐山市的重要水源工程。工程自建成投入运行以来，为津唐地区经济建设和社会发展提供了可靠的水资源保障。2000年以来，受网箱养鱼影响，潘家口、大黑汀水库水质不断恶化，2017年5月，网箱取缔后水库水质有所改善，但水生态系统脆弱、水污染严重的问题尚未得到根本性改变。当前，水质仍然是影响引滦供水工作正常开展的首要因素。本文利用水量调节对水质改善的作用，分析潘家口、大黑汀水库水质水量关联性，为通过水量调度改善水质，确保供水工作顺利开展提供参考。

1 概 况

1.1 工程情况

引滦枢纽工程坐落在河北省迁西县境内的滦河干流上，由潘家口水库、大黑汀水库、引滦枢纽闸3部分组成，是集防洪、工业和城市供水、农业灌溉、生态、发电等功能为一体的大型综合性水利工程群，于1983年、1984年先后实现引滦入津、引滦入唐供水，发挥了良好的社会、经济和生态效益（见图1）。

潘家口水库为大（1）型多年调节水库，设计总库容29.30亿m3，控制滦河流域面积33 700 km2，多年平均径流量24.5亿m3。主要功能是以供水为主，同时兼顾防洪和发电。承担着开发利用滦河水资源，通过引滦输水工程跨流域向天津、唐山2市和滦河下游农业供水，承担着滦河下游7个市县的防洪任务，同时担负华北电网的调峰和首都重要会议、节日的备用发电任务。

大黑汀水库地处迁西县境内，位于潘家口水库主坝下游30 km滦河干流上。大黑汀水库为大（2）型年调节水库，设计总库容3.37亿m3，控制滦河流域面积35 100 km2，其中潘家口、大黑汀水库区间流域面积为1 400 km2，区间有支流潵河汇入。主要功能是调节潘家口水库的下泄水量、抬高水位，为跨流域供水创造条件，同时拦蓄潘家口、大黑汀水库区间来水进行供水发电。

图1 引滦工程示意图

1.2 水质状况

2000年以来，由于网箱养鱼一度无序发展，潘家口、大黑汀水库水质呈逐年恶化趋势，水体营养化程度明显升高，主要污染指标为总磷，水库水质一度达到地表水劣Ⅴ类标准，严重影响津唐地区饮用水安全，影响工程的稳定运行和工程效益的正常发挥。2017年5月，在水利部海河水利委员会综合协调及河北省、天津市各级政府的大力推动下，潘家口、大黑汀水库网箱养鱼取缔工作顺利完成，为水库水质改善创造了基础条件。同时，为尽快改善水库水质，工程管理单位开展了潘家口、大黑汀水库“清”水行动，利用上下游水库水量调节对水质改善的效应，对潘家口水库采取调蓄出库水量，对大黑汀水库采取控制入库径流和蓄水位，置换大黑汀水库水体等调度措施，潘家口、大黑汀水库水质得到明显好转。2020年5月，水质监测报告显示，潘家口水库坝址断面水质达到地表水II类标准，大黑汀水库坝址断面水质达到地表水Ⅲ类标准。

1.3 供水调度情况

引滦枢纽工程建成运行以来，累计实现供水423.0亿m3。其中，向天津市供水194.0亿m3，年平均供水5.2亿m3；向唐山市供水56.0亿m3，年平均供水1.6亿m3；向滦河下游农业灌区供水173.0亿m3，年平均供水4.3亿m3。因受水质恶化影响，2016年天津市全年引滦调水仅为1.9亿m3。2016年6月起天津市暂停实施引滦调水，引滦调水工作面临严重危机。2018年3月，水质得到一定程度改善，满足城市引水要求后，中断671 d的引滦入津工程恢复常态供水调度。

2 水质研究方法

2.1 采样点选取

水质监测断面布置示意见图2。根据图2显示，潘家口、大黑汀水库属于狭长河道型串联水库。为评价水量调度对潘家口、大黑汀水库水质状况影响，分析库区水质参数空间分布情况，主要对入库、库区及坝址3类典型监测断面数据进行对比分析。具体为：在潘家口水库选取瀑河口、燕子峪、潘库心、潘坝上4个监测断面，在大黑汀水库选取汀库心、汀坝上2个监测断面（大黑汀水库入库水质以潘坝上监测断面数据代表），对水样总磷、总氮、氨氮、化学需氧量4项指标进行测定[1]。

图2 水质监测断面布置示意图

2.2 水质评估标准及方法

水环境质量评价标准是整个评价工作的依据。潘家口、大黑汀水库水环境质量评价标准按照集中式生活饮用水地表水源地要求[2-3]，执行GB 3838 — 2002《地表水环境质量标准》。水质监测的采样布点、监测频率按照HJ/T 91 —2002《地表水和污水监测技术规范》的要求，分析水库各监测断面水样的达标情况，进行单因子评价。地表水环境标准见表1。

表1 地表水环境标准表 mg/L

3 潘家口、大黑汀水库水质变化因子比选

3.1 总磷变化趋势

通过采样结果研究对比分析，潘家口、大黑汀水库各监测断面总磷指标年际变化总体呈现波动下降趋势（见图3）。每年11月至下年度5月期间总磷浓度总体偏高，总磷浓度最高为2016年1月大黑汀监测断面水样数据，指标超出地表水Ⅲ类标准（0.05 mg/L）的15倍，但波动幅度逐年大幅下降。2018年6月之后，各监测断面总磷指标基本达到地表水Ⅲ类标准，部分时段总磷指标略有超出，为地表水Ⅳ类标准[4]。

潘家口、大黑汀水库各监测断面总磷指标年内变化趋势基本一致。1 — 5月，总磷浓度总体偏高，平均浓度为0.14 mg/L（2018年），指标超出地表水Ⅲ类标准（0.05 mg/L）1.8倍；6 — 10月总磷浓度显著降低，平均浓度约为0.04 mg/L（2018年），达到地表水Ⅲ类标准[4]；自11月开始总磷浓度再次升高。

图3 潘家口、大黑汀水库各监测断面总磷浓度变化情况图

3.2 总氮变化趋势

通过采样结果研究对比分析，潘家口、大黑汀水库各监测断面除瀑河口监测断面在2016年10月监测数据明显偏高以外，其余时段各监测断面总氮指标年际变化基本趋同，年内波动较大，无明显改善趋势（见图4）。自2016年1月以来，各时段总氮浓度均超过1.00 mg/L，平均浓度超出地表水Ⅲ类标准（1.00 mg/L）2.7倍。

图4 潘家口、大黑汀水库各监测断面总氮浓度变化情况图

3.3 氨氮变化趋势

通过采样结果研究对比分析，潘家口、大黑汀水库各监测断面氨氮指标年际变化基本趋同，年内波动较大，无明显规律（见图5）。各时段氨氮浓度均低于3.00 mg/L，达到地表水Ⅱ类标准，部分时段达到地表水Ⅰ类标准。

图5 潘家口、大黑汀水库各监测断面氨氮浓度变化情况表

3.4 COD变化趋势

潘家口、大黑汀水库各监测断面COD指标在2016年8月出现峰值，平均浓度超出地表水Ⅲ类标准（20.00 mg/L）2.5倍（见图6）。2016年9月之后，各监测断面COD指标年际变化趋势基本趋同，年内波动较小，无明显变化规律，基本达到地表水Ⅲ类标准。2018年3月开始COD浓度出现一定程度反弹。

3.5 变化因子比选结果

根据上述综合分析，潘家口、大黑汀水库各监测断面总氮浓度超出正常指标，且无明显改善趋势。因北方水库水质总氮指标普遍超出国家地表水Ⅲ类标准，按照现行水质评价标准，总氮指标不选做水质评价因子；氨氮、COD指标基本达标，年内无明显变化规律，不具有评价性。因此，本文选取总磷指标做为水质评价因子。

4 水库水量调度与水质关系分析

为研究水库调度运用对于水质变化的影响和联系，首先分析水库的监测断面水质比对情况。在此基础上，从水库出入库水量、净出库水量和调节总水量3个方面与水质数据进行对比分析。

4.1 监测点水质对比分析

从空间分布来看，从本文选取的6个监测点中，瀑河口、燕子峪2个监测断面位于库区上游区域，体现入库水质状况；潘库心、潘坝上、汀库心、汀坝上4个监测断面位于库区中游、下游区域，体现经过水量调度运用后的水质状况。图7为2016年至2019年5 — 10月6个监测断面总磷浓度平均值比对分析图。

2016年和2017年5 — 10月，6个监测断面总磷浓度平均值基本高于0.10 mg/L，水质类别为Ⅴ类；瀑河口、燕子峪2个监测断面总磷指标低于其他4个监测断面。其中，2016年汀库心、汀坝上2个监测断面总磷指标明显偏高。说明潘家口水库上游入库水量经过潘家口库区调节再次进入大黑汀库区后，受网箱养鱼等内源污染影响进一步加重水质恶化程度。

2018年和2019年5 — 10月，6个监测断面总磷浓度平均值基本为0.04 mg/L左右，水质类别为Ⅲ类，2019年的指标好于2018年同期；瀑河口、燕子峪2个监测断面总磷指标高于其他4个监测断面。说明当网箱养鱼等内源污染消除后，上游入库水量经过水量调度以及水体自身净化，水质有所改善。

因此，为进一步分析调度措施对水质的影响，在以下的比对分析中选取能够体现水库整体水质状况的4个监测断面，即潘家口水库选取潘库心、潘坝上2个监测断面，大黑汀水库选取汀库心、汀坝上2个监测断面总磷数据作为水库水质分析断面进行对比分析。

图7 潘家口、大黑汀水库各监测断面总磷浓度平均值变化情况图

4.2 水库出库、入库水量与水质对比分析

潘家口、大黑汀水库出库、入库水量 — 水质变化情况对比见图8 ～ 9。2座水库出库、入库水量主要集中在每年6 — 10月，同期总磷浓度相对较低。

以2018年为例，6 — 10月潘家口水库出库、入库水量分别占全年的68.5%和83.8%，潘库心、潘坝上监测断面总磷平均浓度分别约为0.03，0.03 mg/L；大黑汀水库出库、入库水量分别占全年的77.2%和72.2%，大黑汀、汀坝上监测断面总磷平均浓度分别为0.05，0.04 mg/L；4个监测断面总磷浓度均达到地表水Ⅲ类标准。

同时，各监测断面总磷指标年内变化趋势与水库出库、入库水量是显著负相关，呈水库出库、入库水量越大，总磷浓度越低的关系。

图8 潘家口水库出库、入库水量—水质变化情况对比图

图9 大黑汀水库出库、入库水量—水质变化情况对比图

4.3 水库净出库与水质对比分析

潘家口、大黑汀水库净出库水量 — 水质变化情况对比见图10 ～ 11。经分析并结合之前水库出库、入库水量与水质对比分析结果，当水库净出库为负值即水库入库水量大于出库水量时，水质的改善效果更加明显。以2017年为例，5月比8月入库水量少1.6亿m3，出库水量多1.1亿m3，汀坝上、汀库心监测断面总磷浓度分别高出1.5倍和2.5倍。因此开展水质水量联合调度时，采取先放水后补水的方式对改善水库水质的作用更明显。

图10 潘家口水库净出库水量—水质变化情况对比图

图11 大黑汀水库净出库水量—水质变化情况对比图

4.4 调节总水量与水质对比分析

根据表2数据综合分析，水库出库、入库总水量与水库内总磷含量呈负相关。通过水量调度，4个监测断面总磷含量均不同程度降低（见表2），其中，潘家口水库的潘库心监测断面比潘坝上监测断面总磷含量降低的更明显，大黑汀水库的汀库心监测断面比汀坝上监测断面含量降低的更明显。因此，在同等水量的调度过程中，水库库心位置水质的改善效果较坝前位置水质改善效果更加明显。

表2 潘库心、潘坝上、汀坝上、汀库心4个监测断面总磷含量环比下降表

5 结语与建议

5.1 结 语

潘家口、大黑汀水库水量调度与总磷含量关系分析结果表明，增加水库出入库总水量、净出库水量和监测断面位置与总磷含量具有较好的响应关系。

（1）潘家口、大黑汀水库出入库总水量与总磷含量变化情况分析结果表明，通过增加水库出库、入库总水量，控制水库水位，加快水体流动，可以在短时间内增强水体自净能力，降低潘库心、潘坝上、汀库心、汀坝上4个监测断面总磷浓度。

（2）潘家口、大黑汀水库净出库水量与总磷含量变化情况分析结果表明，当出库、入库总水量相同时，入库水量越大对降低水库总磷含量效果越明显。

（3）潘家口、大黑汀水库水量调度过程中，各监测断面总磷浓度变化情况分析结果表明，水量调度对水库库心位置水质状况改善效果更加明显。

5.2 建 议

由于水质水量调度不能在根本上解决水库污染问题。因此，今后一段时间内潘家口、大黑汀水库水源保护工作的重点仍放在截污控源上。只有进一步加强库区管理、加大水源地的污染治理力度、降低入库污染物总量，才能从根本上解决引滦枢纽工程水源污染问题。

（1）尽快完成水源地保护区划定工作。潘家口、大黑汀水库是滦河流域主要蓄水工程，是津唐地区重要饮水源地，加强潘家口、大黑汀水库水源保护工作，事关津唐地区城乡供水安全和经济社会可持续发展，应当被划定为饮用水水源地保护区，并作为保证用水安全的重要法律依据，纳入当地社会经济发展规划和水污染防治规划。因此，以国务院批复的《全国重要江河湖泊水功能区区划（2011 —2030）》为依据，根据水利部海河水利委员会编制的《潘家口、大黑汀水库饮用水水源保护区划分技术方案》，建议加快推动潘家口、大黑汀水库饮用水水源地保护区划分工作[5]。

（2）推动实施库区管理办法。为做好养鱼网箱清理后水库管理工作，实现库区管理有法可依、规范管理，建议制定并推动实施库区管理办法，明确水库管理单位和利益相关方的管理与保护职责，修建潘家口坝下交通桥，规范库区周边旅游，坝区、库区实施统一管理，逐步实现潘家口、大黑汀水库封闭式管理目标。

（3）加快开展水库保水养殖工作。针对当前潘家口、大黑汀水库滤食性鱼类大幅减少，连续3 a出现蓝藻水华，严重影响引滦供水的情况，工程管理单位应当联合地方政府尽快开展水库保水养殖工作，进一步加大潘家口、大黑汀水库渔业养殖执法力度，建立长效工作机制，开展库区渔业联合执法，坚决打击水库非法捕捞活动。

（4）进一步研究多影响因子的水质水量调度机理。水库水质受多种因素共同影响，变化趋势较为复杂，本文仅对潘家口、大黑汀水库水量调节与水质变化的关联性进行简单分析和初步探讨，没有考虑季节、气候、温度、污染控制、底泥、地形等其他因素对水体浓度指标的综合影响。因此，基于多影响因子的水库水质水量调度还需进一步研究。