台兰河洼地水库建成后水环境影响分析

张琳琳

(阿克苏水文勘测局，新疆 阿克苏 843000)

台兰河洼地水库是一座以补充灌溉和补充地下水库为主的引水注入式中型水库。为了减小水库建成运行对区域水环境的影响，就需对水库运行对区域水环境的影响进行分析。

1 概况

新疆温宿县台兰河洼地水库是国家水利改革发展“十三五”规划的重点项目，工程主要由引水枢纽、引水工程、洼地水库工程、供水线路等建筑物组成。洼地水库库址位于台兰河老龙口左岸1.2～3.8km范围内[1]，坝址以上集水面积5824km2，多年平均径流量7.43亿m3。洼地水库总库容为5582万m3，水库建成后，可年供水量3749万m3，其中向地下水库补水量2695万m3。

2 水质及水环境监测情况

台兰河是一条以积雪融水和降雨为主的河流[2]，为独立水系，流域总面积3274.8km2。台兰河新龙口以上河段为源头水保护区，现状水质为Ⅰ类，水质目标为Ⅰ类。新龙口以下河段水功能以农业灌溉为主，并承担部分民在生活饮水任务，现状水质为Ⅰ类，水质目标为Ⅱ类。为了掌握水质变化情况，在洼地水库淹没区回水末端、水库中央断面、坝址下游500m处分别布设3个水质监测断面。监测项目包括：pH、溶解氧、COD、BOD5、氨氮、总磷、总氮、氟化物、砷化物、六价铬、铁、锰、铜、锌、硒、汞、铅、粪大肠菌群等[3]。监测时间为每年的丰、平、枯三期进行，每期采样两次，每次时间间隔大于5d。

3 对水质的影响分析

洼地水库运行期水环境影响主要表现在对台兰河区域水质、地下水、水生态环境的影响等方面。

3.1 水库运行期间对水质的影响

根据调查，水库淹没区土壤盐分含量不超过0.1%。水库面积为5.61km2，溶解深度取2m，库容4037万m3，假设蓄水后可溶盐一次性全部溶入水体，经计算水体矿化度升高幅度仅为0.03g/l。类比新疆境内已建平原水库蓄水后水质变化情况后认为：由于温宿县台兰河洼地水库水质本底状况较好，蓄水后不致于发生库区土壤中可溶物质溶入水体造成水库水质劣变的情况。

温宿县台兰河洼地水库建成后，水力条件、水体边界条件将发生变化，进而对水质产生影响。为此，对库区水质指标的预测，将通过水库非持久性污染物BOD5的浓度预测来反映。另外，水库兴建后，水体中营养元素(N、P)的富集，也会对水质造成一定的影响，因此，也需对蓄水后营养元素的变化情况进行预测。

3.1.1流速减缓对水质的影响

河水经水库调蓄后，流速减缓，有利于洪水期主要污染物(如SS)的物理沉淀，这主要是由于重金属在天然水体中主要附着在固体颗粒物上，水体流速的减缓，沉淀作用增大，对重金属析出水体有益。

流速减缓可形成库面漂浮物，特别是汛期，飘浮物可能增加，运行期应配备打捞船只，进行库面清理。在采取上述措施后，将可避免库面漂浮物对库水质产生影响。

3.1.2BOD5指标预测

水库中BOD5浓度的预测采用完全混合衰减模式[4]，其具体解析形式为：

(1)

当库水水质达到平衡状态时，上式则可改写为：

C=(Cp·Qp+W0)/V·kh

(2)

kh=(Qh/V)+(k1/86400)

(3)

式中，C—水库污染物(BOD5)的平均浓度，mg/l；Qh—库水流进流出量，m3/s；Cp—污染物排放浓度，mg/l；V—水库体积，m3；Qp—污染物排放流量，m3/s；kh—中间变量；Ch—库水中污染物(BOD5)的现状浓度，mg/l；W0—库中现有污染物的排入量，g/s；t—时间，s；k1—耗氧系数，d-1。

对于本工程而言，由于其周边无废水排入，故式中Cp、Qp均为零，水库体积选用兴利调节库容，为4037万m3。选用拟建温宿县台兰河洼地水库引水口断面BOD5浓度Ch值为2.8mg/L，作为现有污染物入库量，入库流量按新建引水渠设计流量计算，为40.0m3/s。耗氧系数为5.87×10-7，则库中现有污染物排入量为9.1g/s。

根据选定的水质预测条件，按照确定的水质模型及参数，对温宿县台兰河洼地水库的水质状况进行预测，在P=50%时，BOD5为0.54mg/l。计算结果表明，水库蓄水期间，水质良好，流态的改变有利于洪水期主要污染物SS的物理沉淀和重金属污染物的附着沉降。

3.1.3水体营养元素富集对水质的影响

工程建成运行后，水体在库中滞留时间增加，适宜植物营养元素N、P的积累。营养元素是水体富营养化的物质基础[5]，若是TN、TP过高，会促使藻类大量生长，有诱发水体富营养化的可能。水温低于25℃时，藻类生长缓慢；深水水库不宜藻类繁衍、水体交缓作用不强不利于藻类生长等。

温宿县台兰河洼地水库建成后，水温较低，且水库水体交换频繁，这些条件均不利于藻类繁殖。综上，温宿县台兰河洼地水库运行期间，水体不会发生富营养化现象。

3.2 对地下水环境的影响

3.2.1对工程区域地下水环境的影响

(1)对引水工程区地下水环境的影响

工程引水渠道全长5.47km，引水工程区地下水类型主要为孔隙潜水，存在于第四系堆积层中，埋藏较深。据洼地的钻孔资料表明，地下水埋深大于40m。主要补给源来自于台兰河出山口潜流、北侧地下水及大气降雨入渗。地下水由北向南径流。根据主体设计，引水渠采用梯形断面形式，渠深1.88m。因此，引水渠开挖范围内无地下水出漏。另外，渠道全线采取防渗结构，其运行不会引发严重渠道渗漏问题，不会产生地面沉降、地裂缝、岩溶塌陷、土壤盐渍化、沼泽化等环境水文地质问题。

(2)对水库蓄水区地下水环境的影响

根据该区的地质条件，库区内没有贯穿库岸的大断裂，水库蓄水后，水库通过西域砾岩(Q1x)向台兰河渗水量很小，大部分是通过老洪积扇向南端渗水。并且老洪积扇的南端发育一条流向台兰河的冲沟，沟底高程1470～1500m，沟底低于临近库盆0～20m；冲沟与库盘之间为中等～强透水的砂卵砾石，水库蓄水后存在向西侧老洪积扇，特别是冲沟渗水的通道。

据探坑和钻孔揭露：库盘表层为大厚度的第四系砂卵砾石层，渗透系数为5×10-2～6×10-3cm/s，钻孔的钻进中部分段漏水严重，出现不返水现象，表明砂卵砾石属中等～强透水层，局部为极强透水层，可见水库存在库盘渗漏问题。范围为洼地水库库周500m范围，引水输水渠线两侧200m范围。工程可研阶段采取对水库库盘进行全断面水平铺膜防渗处理。防渗处理后水库基本不透水，对库区地下水环境影响较小。

(3)对供水渠线区地下水环境的影响

工程供水渠道全长4.43km，供水线路所经过的地形地质条件与引水线路类似，渠深2.0m。因此，供水渠线区域对地下水环境影响与引水渠线对地下水环境影响基本一致。

3.2.2对工程影响区地下水的影响

台兰河河道进入平原区，河床地形相对较低，两岸地下水位高于河床，河道中的地表水难以向地下水转化。温宿县地下水监测站有7处。通过对区域地下水监测资料分析可知，台兰河灌区大量开采地下水，导致该地区地下水位下降，加剧了野生植被的衰退和死亡，荒漠化势头扩大。洼地水库工程的兴建可完善灌区的水利系统，改善灌区下游补、径、排条件，实现流域地表水与地下水综合调度配置，每年向地下水库补水2695万m3，在调洪补清的作用下，对地下水水位恢复具有积极作用，有利于流域下游胡杨、红柳和旱生荒漠植被的生长。

3.3 对典型断面水文情势的影响

本次共设置4个典型断面，即国电引水枢纽断面、新龙口断面、十七公里闸断面、阿库木闸断面。对于国电引水枢纽断面、新龙口断面、十七公里闸断面3断面，分析P=85%频率逐月水文情势变化内容，预测结果及分析：

3.3.1国电引水枢纽断面水文情势变化分析

国电引水枢纽断面位于洼地水库上游。现状国电引水枢纽断面下泄河道水量6081万m3，设计水平年2030年下泄河道水量20567万m3，较现状增加了14486万m3，约占现状下泄河道水量238.22%。

3.3.2新龙口断面水文情势变化分析

建库前新龙口断面河道水量数据采用天然径流扣减国电引水；新龙口断面为本工程新增引水口断面，现状该断面无其它引水口，建库后新龙口断面下泄河道水量数据采用建库后河道下泄水量和余水量之和。现状新龙口断面下泄河道水量6081万m3，设计水平年2030年下泄河道水量13637万m3，较现状下泄河道水量增加了7556万m3，约占现状下泄河道水量124.4%，这主要是因为台兰河灌区实行退地及节水改造，农业总需水量减少，同时受水库调配，改变了径流的天然年内分配，转变为按下游灌区需水的供水过程，优化了灌溉制度。

3.3.3十七公里闸断面水文情势变化分析

十七公里闸断面为国电二级电站退水渠断面，发电引水量超过下游农业灌溉需水要求时，余水退入河道，建库前后水文情势变化不大，月均流量变化范围在-50%～49.96%，月均流量变化最大的为10月。

3.3.4“阿库木闸”断面(胡杨林区代表断面)

本次评价选取阿吉力克沟上新龙口下游约40km处的“阿库木闸”断面，分析工程建设前后水量特别是洪量变化。根据洼地水库运行方式，当上游来水流量大于144m3/s时，因泥沙含量过大，即关闭进水闸，停止引水，因此工程运行后对大于144m3/s的洪峰无影响。

本次评价依据台兰河水文站到下游各节点的洪峰流量相对衰减率，采用间接推求的公式计算，取台兰河水文站20%频率(5年一遇)洪水，7日洪量进行典型计算，从7日洪水过程线中切割出144m3/s洪峰以下部分，最终推求工程建前后对洪量的消减。现状年2020年20%频率(5年一遇)洪水7日洪量为4006万m3，设计水平年2030年为1828万m。结果表明受洼地水库引水影响下20%频率(5年一遇)7日洪水在阿库木闸处减少了1074万m3。

4 结语

温宿县台兰河洼地水库是新疆自治区列入的25座大中型水库之一。经分析探讨，水库蓄水后，有利于补充灌区用水和区域水资源配置，提高区域供水能力和水资源利用，对区域水质影响较小，水体出现富营养化的可能性不大。但对下游水文情势影响较大，改变了径流的天然年内分配和洪水调蓄，利大于弊。水库建设不足之外是，库区西侧为老洪积扇，是冲沟渗水的通道。库盘表层属中等～强透水层，局部为极强透水层，存在库盘渗漏问题，在建设前需进行全断面水平铺膜防渗处理。为类似工程水环境影响分析提供借鉴。