基于生态服务功能的黄石城区湖泊群引水调度研究

张建春 蔡云富

(1.黄石市水利水电工程质量监督站， 湖北 黄石 435000；2.黄石市防汛抗旱工程技术监测站， 湖北 黄石 435000)

基于生态服务功能的黄石城区湖泊群引水调度研究

张建春1蔡云富2

(1.黄石市水利水电工程质量监督站， 湖北 黄石 435000；2.黄石市防汛抗旱工程技术监测站， 湖北 黄石 435000)

黄石城区磁湖、青山湖及青港湖等湖泊群存在较严重的生态环境问题，采取生态引水调度工程措施进行治理极为迫切。本文以黄石市磁湖水污染综合治理工程——江湖连通工程为依托，制定了基于生态服务功能的湖泊群引水调度引水线路方案，并通过分析论证取用水水量、水质、水位、位置等的合理性和可靠性。

湖泊群；引水调度；生态；污染治理

1 问题的引出

近几年来，由于经济、资源和生态环境发展的不协调及各种不利因素的影响，湖泊的生态环境受到不同程度的破坏，而且有进一步恶化的趋势。磁湖由于长期以来城市建设废水和污水未经处理直接排入，现状水质较差，为Ⅴ类至劣Ⅴ类，湖泊水面面积逐年萎缩，湖区水生态环境恶化，严重影响城市居民生活环境。为改善不断恶化的城市湖泊水环境，黄石市正在实施“黄石市磁湖水污染综合治理项目”，即通过湖体清淤及底泥处理工程、江湖连通工程等六大工程综合治理磁湖。目前已经实施的截污工程初见成效，但是截污工程的实施减少了入湖水量，因此在湖泊截污的同时，应考虑对湖泊进行生态补水。江湖连通工程充分利用了磁湖紧邻长江的地理优势，将磁湖、青山湖、青港湖与长江连通，以江水补给湖水，湖泊水系畅通，形成江河湖港连为一体的磁湖生态水网，恢复湖泊生态环境，满足水功能区划管理目标Ⅳ类水质的要求。

2 水质状况

2.1 磁湖

根据磁湖2012—2014年主要污染物排放监测数据可知，工业废水排放量逐年减少，但生活污水排放量已经超过工业废水排放量，废水中COD、氨氮排放量呈增长趋势。近两年随着污水处理厂的建设和治污力度的加大，工业废水入湖量逐年减少。磁湖是以城市景观和生态调节为主要功能的湖泊，2012—2014年水质为Ⅴ类、劣Ⅴ类，主要超标因子为总磷、高锰酸盐指数等，见表1。

表1 磁湖近3年水质情况 单位：mg/L

2.2 青山湖

除4号子湖部分区域水色较正常外，其他几个子湖水色都带有棕褐色，透明度基本上在20～35cm之间，水质长期为劣Ⅴ类。各子湖的化学需氧量为40～55mg/L，生化需氧量为9.68～18mg/L，总磷水平为0.2～0.9mg/L，总氮水平为2.3～4.9mg/L，氨氮和硝氮分别是2.5～5.5mg/L和0.05～0.3mg/L，叶绿素a为66.03～159.03ug/L，4个子湖均属于劣Ⅴ类水质。

2.3 青港湖

青港湖和青山湖、磁湖一样，水质较差，基本处于Ⅴ类、劣Ⅴ类之间。

2.4 花湖水厂取水泵站附近

根据长江段水质监测数据，黄石花湖水厂取水泵站附近水质状况良好，各项指标达标率均为100%，该水质达到了地表水Ⅲ类水质标准。近3年水质监测结果见表2。

表2 花湖水厂取水泵站附近长江近3年水质监测结果

3 生态引水研究

3.1 生态引水线路

在黄石长江干堤(桩号57+417)青山湖旁新建青山湖提水泵站。经箱涵引长江水进入青山湖1号湖副湖后分两路，一路先后进入青山湖1、2、3、4号湖，然后由青山湖排涝泵站排入长江；一路由盘龙山隧洞进入青港湖，再由两个途径流入南、北磁湖，经胜阳港闸汇入长江，其中一个途径为经新建的王家桥生态港渠进入北磁湖后由胜阳港闸排入长江，另一个途径为由青港湖经泵站提升后沿大泉路进入已有排雨水箱涵后进入南磁湖，再由胜阳港闸排入长江。引水线路见图1。

图1 磁湖江湖连通工程引水线路

3.2 取水工程设置的合理性

磁湖生态引水主要在枯水期，根据磁湖水位站及黄石港水位站资料统计，枯水期为10月—次年4月，磁湖、长江水位分别15.83m、11.63m，此时外江水位低于磁湖水位，故必须新建提水泵站作为取水工程。取水口上游长江外滩仍分布有钉螺，拟从长江深层取水才能避免钉螺的引入，不能取表层水，否则有引进血吸虫的风险，也不宜修建引水闸，因此修建提水泵站。

3.3 提水规模及用水量的合理性

青山湖提水泵站的功能是提引长江水对青山湖、青港湖、磁湖进行生态补水，设计提水流量为8.0m3/s。为验证泵站提水规模合理性，对不同引水规模进行研究，采用正交贴体曲线坐标下的平面二维水动力—物质输运数学模型，计算不同引水规模情况下，磁湖的水质改善效果。磁湖在不同引水时间的水质情况见表3。

表3 磁湖主要指标浓度(考虑团城山污水处理厂) 单位：mg/L

从表3可知，对于不同提水规模，基本上都是引水规模越大，水质改善效果越好，但是对于指标TN，当引水10～15天时，引水规模为8.0m3/s时要好于10m3/s，这是由于降解自净和稀释自净的共同作用的结果，因此，引水规模8.0m3/s是非常合适的。另外，当引水规模增大时，引水期会随着规模增大而对底泥扰动增大，将会增加磁湖污染物浓度。

表4 磁湖主要指标浓度(考虑团城山污水处理厂) 单位：mg/L

由表4可知，引水规模为8m3/s时，南磁湖水质BOD5指标仅需3～7天就可达到Ⅳ类标准要求，就整个磁湖而言需10～20天左右可达到Ⅳ类标准要求。江湖连通生态引水改善水质效果较为明显，一次引水20天磁湖水质基本可达到Ⅳ类水质标准要求。由于磁湖引水一次达到水质管理目标约需20天，根据适宜引水时段和泵站的运行时间，确定磁湖生态引水每年运行1～2次，多年平均按1.5次考虑，则多年平均用水量为2074万m3。

3.4 引水天数和时间

磁湖可引水天数主要集中在5—10月，尤以7、8两月引水天数最多，多年平均可引水天数分别为28.9天和23.3天；其次是6月和9月，多年平均可引水天数分别为19.8天和18.2天；5月和10月也有一定引水几率，多年平均可引水天数分别为9.7天和9.4天；其它月份长江水位较低，引水几率很小，甚至为0(见图2)。

图2 磁湖各月可引水几率分析成果

3.5 内湖生态水位分析

由于不同类型的生态环境、社会和经济特性的差异较大，不同区域湖泊的结构、水资源功能等的不同，决定湖泊最小生态需水量的计算方法有所不同。分别采用最低年平均水位法、年保证率设定法、湖泊形态分析法三种方法分析计算得到磁湖最低生态水位分别为：15.02m、15.35m和15.08m，取三者平均值15.15m作为磁湖最低生态水位。

4 调度原则

基于生态服务功能的湖泊群引水调度原则如下：

a.磁湖生态引水启动条件。当磁湖水质出现以下三种情况中任意一种并且基本不影响城区的防洪排涝时，可启动磁湖生态引水措施。

ⓐ当磁湖水位过低，影响磁湖景观娱乐需求时；ⓑ当磁湖水质介于地表水Ⅲ、Ⅳ类之间，并且磁湖水质有继续恶化低于Ⅳ类标准的趋势时；ⓒ当磁湖发生重大水污染事件，影响磁湖沿岸的居民生活，经论证对磁湖进行生态引水后退水对下游城市生活、工业及农业灌溉取水口基本无影响时。

b.磁湖生态引水终止条件。当磁湖水质不低于地表水Ⅳ类标准且磁湖水位不影响磁湖景观娱乐需求时，可报请终止磁湖生态引水措施。

c.磁湖生态引水应服从于长江防洪和内部排涝的需要。当磁湖需要进行生态引水时，青山湖提水泵站提水入青山湖，以实现磁湖生态引水及水体循环的目的。根据磁湖和长江水质、水位及运行费用等综合情况分析，建议青山湖提水泵站运行期在10、11及4月较为合适。

d.根据工程布置方案，当长江水位高于内湖水位，低于长江干堤设防水位20.07m时，可以引长江深层水进入磁湖，避免血吸虫的危害。应结合气象预报引水期内不会发生暴雨而排涝时，进行自流引水。

e.应优先对磁湖进行生态引水，青山湖生态引水可视磁湖水质改善效果及青山湖水质状况而定。

f.由于南半湖现状水质差于北半湖，生态引水初期，应按磁湖提水泵站设计规模对南半湖进行生态引水。磁湖南、北半湖流量的分配情况，应根据南、北半湖实时监测的水质状况进行调度。

g.生态引水设计水位。磁湖、青山湖设计水位16.83m，青山湖1号湖副湖设计水位17.63m，青港湖设计水位17.23m。

5 结 论

基于生态服务功能的湖泊群引水调度能加大江水与湖泊群内湖水体交换量，促使湖泊水体流动和水体更新，是一项增加水环境容量、提高水体自净能力、加快水环境改善、促进水生态修复的重大生态水利措施。本文研究的主要结论为：

a.取用水合理性。为改善磁湖、青山湖及青港湖湖泊群水体水质，提出生态引水调度工程使江与湖、湖与湖之间得以连通，既能恢复江湖生态廊道，又能促进江湖生物交流，改善水环境，提高湖体环境承载力，对营造多样的水生环境、促进湖泊休养生息具有积极意义，进而满足水功能区水质IV类水标准要求，符合水功能区管理要求。生态引水调度工程设计取水流量8m3/s、多年平均取用水量为2074万m3是合理的。

b.取水水源可靠性。长江黄石段P=95%设计保证率最枯1月平均流量为6140m3/s，相应径流量为164.3亿m3；95%保证率年径流量为5915.9亿m3。取水规模8m3/s，仅占最枯1月流量的0.13%；年用水量为2074万m3，仅占P=95%保证率年径流量的0.35%。三峡工程运行前取水口处工程运行期95%设计保证率最低水位为8.84m，高于泵站设计最低运行水位，三峡工程运行后磁湖江湖连通工程运行期内长江水量、水位均有所抬高，水位可以满足工程要求。取水口处水质良好，达到Ⅲ类水质标准，经分析论证，水量、水位、水质均能满足工程取水要求，以长江为取水水源是可靠的。

c.引水调度线路科学性。引水线路从新建青山湖提水泵站经青山湖湖底箱涵直接入青山湖1号湖副湖，以青山湖1号湖副湖为前池，水流将分两路分别进入青山湖及青港湖。一路进入青山湖1、2、3及4号湖，经青山湖排涝泵站抽排入江；另一路经盘龙山隧洞进入青港湖，从青港湖水流分两路分别进入磁湖，一路经王家桥生态港渠进入北磁湖，另一路则通过青港湖泵站、大泉路输水箱涵及现有市政排水箱涵(大泉路、杭州西路、青渔路)进入南磁湖。长江水引入磁湖后分别经青山湖排涝泵站、胜阳港闸排入长江。

d.调度运行管理有效性。当磁湖水位过低，影响磁湖景观娱乐需求时；或当磁湖水质介于地表水Ⅲ、Ⅳ类之间，并且磁湖水质有继续恶化低于Ⅳ类标准的趋势时；或当磁湖发生重大水污染事件，影响磁湖沿岸的居民生活，经论证对磁湖进行生态引水后退水对下游城市生活、工业及农业灌溉取水口基本无影响时，可报请启动磁湖生态引水调度，确定引水调度运行方式。工程运行期需加强长江、磁湖、青山湖、青港湖的水质监测，灵活调度，合理调配水量。fffffd

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Research on Huangshi downtown lake group water diversion schedule based on ecological service function

ZHANG Jianchun1,CAI Yunfu2

(1.HuangshiWaterResourcesandHydropowerEngineeringQualitySurveillanceStation,Huangshi435000,China;2.HuangshiFloodControlandDroughtReliefEngineeringMonitoringStation,Huangshi435000,China)

Cihu Lake,Qingshan Lake,Qinggang Lake and other lake groups in Huangshi downtown area have more serious ecological environment problems.Ecological water diversion scheduling project measures are adopted for treatment.It is an urgent project.In the paper,Huangshi Cihu Lake water pollution comprehensive treatment project—river-lake connection project is adopted as a support.Lake group water diversion scheduling water diversion route plan based on ecological service functions is formulated.Rationality and reliability of water intake quantity,water quality,water level,position,etc.are discussed through analysis.

lake group;water diversion scheduling;ecological;pollution control

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2015.09.002

X143

A

1005-4774(2015)09-0004-04