石佛寺水库蓄水初期生态建设及水质演变分析

李颖卓

（辽宁省石佛寺水库管理局，辽宁 沈阳 110129）

1 石佛寺水库生态建设简介

辽河石佛寺水库一期工程是辽河干流唯一的一座控制性工程，坝址位于沈阳市新城子区黄家乡和法库县依牛堡乡，距沈阳市区约47 km。坝址以上流域面积164786 km2，其中省内流域面积16161 km2。库区淹没范围为50.41 km2，回水长度21.17 km。淹没区涉及沈北新区黄家乡、法库县依牛堡乡和铁岭县新台子镇、阿吉镇、凡河镇共3个县区、5个乡镇、24个自然屯。

2009年5—9月份对水库进行蓄水试验，蓄水位为46.2 m高程，水库库容1882万m3，水面面积达到16.13 km2，占水库总淹没面积的32%，生态治理面积达22.6 km2。库区内种植芦苇143 hm2、蒲草 32.2 hm2。2010年 4—5月种植荷花 101.5 hm2。经过几年的发展，由于生态环境逐步改善，水库生态群落基本形成，包括挺水型、沉水型、浮水型和漂浮型植物，优良的环境又吸引了大量的水鸟在此安家落户，已经形成了一个人与自然和谐相处的完整的湿地生态系统。挺水植物主要有：荷花、芦苇、蒲草、泽泻、水芹、雨久花、野慈姑、光棍草、红蓼等；沉水植物主要有：金鱼藻、黑藻、穗状狐尾藻、小慈藻、黑藻、菹草、苦草等；浮水植物主要有：水陆两栖蓼、眼子菜、睡莲、丘角菱、荇菜等；漂浮型植物主要有：槐叶萍、水萍等。

2 水质监测情况及评价方法的选取

2.1 水质监测情况

蓄水试验实施过程中，对库区水质进行了多点位监测，在整个库区布置地表水监测断面5个，共计13个监测点，按照水流方向由上至下分别为朱尔山断面、陈平拉马河支流断面、库区上断面、库区下断面、泄洪闸下断面。

蓄水试验工程以后，每月对入库、库中及出库水质进行监测，共3个监测点。

2.2 评价方法的选取

水质标识指数法，既能定性评价、也能定量评价；既不会因个别水质指标较差就否定综合水质，又能对综合水质做出合理的评价。用标识指数法对石佛寺水库库区地表水水质进行现状评价，选取溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、生化需氧量、氨氮、总磷、总氮和氟化物8项指标为评价因子，按照水质评价标准为GB3838-2002《地表水环境质量标准》进行评价。

3 计算过程与评价结果分析

3.1 单因子水质标识指数Pi的计算

利用石佛寺水库库区地表水13个水质监测点的监测数据进行现状评价，分别在枯水期（2010年4月）与丰水期（2010年8月）对其进行评价。选取8个评价因子对其水质进行现状评价，水库的水环境功能区类别为Ⅲ类，即f1=3。以库区上中监测的高锰酸盐指数为例，其监测值为6.24 mg/L，按照GB3838-2002可知：Ⅲ类水质标准限值6 mg/L<监测值6.24 mg/L<Ⅳ类水质标准限值10 mg/L。因此X1=4，表示该指标是Ⅳ类水；X2=（6.24-6）×10/（10-6）=0.6≈1；通过将该单项水质类别与水环境功能区类别的比较可知，水质类别差于功能区类别，且X2不为0，所以X3=4-3=1；因此单因子水质标识指数Pi=X1.X2 X3=4.11。枯水期、丰水期单因子水质标识指数法对单项指标水质的评价结果见表1，2及图1。

表1 枯水期单因子水质标识指数法对单项指标水质的评价结果

从表1可以发现，表中8项评价因子中污染物的污染程度从大到小依次为：总氮、氨氮、总磷、高锰酸盐指数、化学需氧量、生化需氧量、氟化物、溶解氧。主要超标因子为总氮、氨氮和总磷。

表2 丰水期单因子水质标识指数法对单项指标水质的评价结果

从表2可以发现，表中8项评价因子中污染物的污染程度从大到小依次为：总氮、生化需氧量、高锰酸盐指数、总磷、溶解氧、化学需氧量、氨氮、氟化物。主要超标因子为总氮、生化需氧量、总磷。

图1 单因子水质标识指数法评价后的枯、丰水期各评价因子均值比较

由图1可以清楚的看出，在枯水期严重超标的总氮、总磷含量在丰水期有明显的好转，而氨氮含量变化不大。需要指出的是生化需氧量在丰水期成上升趋势。

3.2 综合水质标识指数Iwq的计算

水库的水环境功能区类别为Ⅲ类，即f1=3。库区 上 中 监 测 点 的 溶 解 氧 ，CODMn，COD，BOD5，NH3-N，TP，TN，氟化物8个评价因子为例：

从监测数据中上述8个评价因子与水环境功能区目标的对比看，X3=5，说明有5个单项指标不能达到功能区目标；综合水质类别差于水环境功能区类别，而且X2不为零，所以X4=5-3=2，所以综合水质标识指数Iwq=4.852。

3.3 评价结果分析

通过综合水质标识指数的整数位和小数点后第一位X1.X2，可以判定综合水质级别。枯水期综合水质类别一般为Ⅳ类、Ⅴ类水，不能满足水功能区类别。丰水期，综合水质类别一般为Ⅱ类、Ⅲ类水，丰水期较枯水期水质好，丰水期水质都能达到功能区类别。综合水质标识指数法评价结果见图2。

图2 综合水质标识指数法评价结果

4 石佛寺库区地表水水质现状分析

对库区2010年枯水期及丰水期水质监测数据进行对比，就不同时期主要污染因子进行分析。

4.1 枯水期

综合水质标识指数法评价结果显示库区地表水水质属于Ⅳ—Ⅴ类水，枯水期水质较差，主要是由于水库蓄水过程中由于辽河水的引入造成库区地表水水质的恶化。

下面针对各污染因子加以分析：

1）总氮

布置的13个库区地表水质监测点数据显示总氮浓度均严重超标，最大超标倍数为27.5倍。总氮在靠近主河槽内浓度最大，库区内较主河槽总氮浓度小，即辽河右岸较辽河左岸浓度大，库区下较库区上总氮浓度大，闸下总氮浓度相对最低。

2）氨氮

除库区上监测断面，其余监测断面的监测点处氨氮均超标，最大超标倍数为2.88倍。对于氨氮超标情况，在库区内与库区外氨氮浓度比较均匀，浓度值没有太大波动。

3）高锰酸盐指数

在布置的5个监测断面上的所有监测点上，所有监测点高锰酸盐指数均超标，最大超标倍数达4.05倍，出现在辽河上游。综合分析，辽河左岸较辽河右岸水质差，库区内高锰酸盐指数污染因子的变化规律为：库区下较库区上水质差。

4.2 丰水期

综合水质标识指数法评价结果显示库区地表水水质属于Ⅱ—Ⅲ类水，丰水期水质较枯水期水质好。下面针对各污染因子加以分析：

1）总氮

丰水期总氮浓度与库区水总氮相比，浓度显著降低，虽然布置的13个库区地表水质监测点数据显示总氮浓度均有轻微超标，但最大超标倍数仅为5.5倍。与枯水期总氮浓度变化趋势相似，总氮在靠近主河槽内浓度较大，库区内较主河槽总氮浓度小，即辽河右岸较辽河左岸浓度大，库区下较库区上总氮浓度大。

2）生化需氧量

各监测断面显示生化需氧量也存在一定程度的超标问题，最大超标倍数为5.05倍。辽河左岸较辽河右岸的生化需氧量污染严重，辽河下游较辽河上游生化需氧量低。

3）总磷

对于总磷的污染情况分析显示，总磷的污染程度较轻，只有在辽河上游断面出现总磷的部分超标，最大超标倍数为2.25倍。

4.3 2013年库区水质监测结果分析

2013年库区水质较2010年有明显好转，大部分指标达到地表水水质Ⅲ类标准，主要超标项为总磷、总氮、铁、猛及粪大肠菌群，水库出口水质好于水库入库水质。但4月份以后叶绿素指标明显上涨，按营养化指标价评价，采用透明度、高锰酸盐指数、总氮、总磷、叶绿素α等5个参数分别评价，综合评价入库口、库区、出库，均处于轻度富营养化状态。水库生态工程实施，对入库水质起到了一定的净化作用，呈现良性循环的趋势。总氮、总磷依旧是主要的超标项目。

5 结论与建议

5.1 结 论

水库蓄水前全年库区范围内辽河水质为Ⅴ类水，蓄水后库区水质丰水期属于Ⅱ～Ⅲ类水，枯水期为Ⅳ类水。蓄水后加之库区生态工程建设的实施，库区出库断面的水质要好于入库断面；丰水期水质好于枯水期水质；库区内水体总氮的浓度无论的枯水期还是丰水期都是污染因子中最高的，2013年监测结果表明总氮依旧是主要污染因子，需加强监测，针对性的采取治污措施。在湿地植物选择上增加吸收氮效果更佳的水生植物。

5.2 建议

5.2.1 加大污染源的治理和防治力度

加强库区及上游地区污染源的治理是辽河石佛寺库区水质改善的关键。石佛寺水库是典型的平原水库，水库库区面积大，涉及的县、乡镇较多，只有从源头上控制污染,库区的生态环境才能得到有效保护。辽河两岸保护区的划定，河滩地一定范围内禁止耕种农田，减少了化肥、农药排入辽河的总量，对改善水质起到尤为重要的作用。建议对排污单位收取排放保证金，用于控制达标排水。

5.2.2 进行水库生态调度研究

石佛寺水库为典型的平原水库，水库蓄水后库区水流由原来的流动状态改变为相对静止，水的流态、流速以及水面均发生较大变化，由于水流条件的改变，水体中污染物的扩散和自净能力将发生相应的变化。水流相对蓄水前变缓，荷花种植区在库区的左岸，远离主河槽，水流流速很小，水深较浅，是诱发该库区水体富营养化甚至爆发“水华”的因素之一。在水库蓄水初期由于水流对库底的扰动等因素，水体中悬浮物等指标将出现一定时期的增高，蓄水期间库湾和库尾有机污染会加重，并存在发生富营养化的趋势。因此，必须要进行水库的生态调度，在适当时间改变水库的泄量，进而改变水体流态，改善水库水质。

5.2.3 加强库区水环境监测

水环境监测是水资源保护管理的基础。石佛寺水库处于蓄水初期，对工程运用与库区水质的关系、水生植物对库区水质的影响、蓄水前后库区水质变化、人工湿地建设等都需要长期的水环境监测资料。

［1］辽宁省水利水电勘测设计研究院.石佛寺水库蓄水试验应急防护工程实施方案设计报告［R］.2008，11.

［2］辽宁省水文水资源勘测局沈阳分局.石佛寺水库环境质量检测与评价报告［R］.2010，12.

［3］王彻华，刘辉，余明星，周伟.三峡水库蓄水至135 m库区水质变化分析与保护建议［J］.水利水电快报，2006（07）：24-27.