葛洲坝三江冲沙水环境监测初步分析

2016-12-15江玉姣李贵生严海涛

水利水电快报 2016年11期

关键词：河大桥黄柏三江

江玉姣李贵生严海涛

(长江委水文局长江三峡水环境监测中心，湖北宜昌 443000)

葛洲坝三江冲沙水环境监测初步分析

江玉姣李贵生严海涛

(长江委水文局长江三峡水环境监测中心，湖北宜昌 443000)

为修复黄柏河河口区域生态，实施了葛洲坝三江航道拉沙工程。为研究拉沙时黄柏河水体进入长江对宜昌周边岸区的影响，并掌控黄柏河河口区域部分生态服务功能修复程度，对葛洲坝三江航道拉沙期间黄柏河和长江相应断面进行了水质监测及分析评价。研究表明，三江拉沙在一定程度上改善了黄柏河水域水质状况，而对长江水域宜昌周边水质影响不大，建议在黄柏河水域的治理中补水与排污并重。

三江冲沙；水质监测；分析评价；黄柏河；葛洲坝水利枢组

1 概述

黄柏河于葛洲坝三江引航道北岸入汇长江，属于长江的一级支流，全长162 km，由东西两支合流而成。黄柏河是典型的峡谷型河流，南北长81 km，东西宽33 km，流域总面积1 931.5 km2。黄柏河下游受葛洲坝水库水体的顶托呈水库状态，流域资源过度开发，侵占了动植物生境，黄柏河水环境容量因此逐渐减少。流域自然资源破坏，生物多样性下降，生态服务功能受损，导致生态环境承载力难以支持社会经济的持续发展[1]。

宜昌市政府决定结合葛洲坝三江航道拉沙工程，修复黄柏河河口区域部分生态服务功能。为研究三江冲沙导致黄柏河水体(污染严重)进入长江对宜昌周边岸区的影响；并掌控黄柏河河口区域部分生态服务功能修复程度，长江三峡水环境监测中心及时对拉沙前、拉沙中和拉沙后的葛洲坝三江航道的水质展开了监测，并采用国家水环境质量标准和单因子水质评价法对其变化进行了分析和评价[2]。

2 研究内容

2.1 监测时间

葛洲坝三江航道拉沙工程于2009年8月27日7:00～20:00实施。长江三峡水环境监测中心分别于2001年8月26～28日及9月3日及时展开了拉沙前、拉沙中和拉沙后的葛洲坝三江航道冲沙期间水质监测。

2.2 监测断面

根据《水环境监测规范》(SL219-2013)采样断面布设原则及方法，按照最小经济代价获取水体基本变化特点的要求，监测断面布置如下：

(1) 对照断面。南津关、滚水坝断面；

(2) 监测断面。晓溪塔、黄柏河二桥、黄柏河大桥、三江出口、宜昌水文断面。详见图1。

图1 监测范围、断面位置示意

2.3 监测频次

为便于对比分析拉沙前后黄柏河水域及长江宜昌河段水质变化情况，三江拉沙前监测黄柏河水域，三江拉沙中重点监测长江水体变化，三江拉沙后开展效果评价监测。详见表1。

表1 2009年水质监测段次

2.4 监测项目

监测项目包括水温、pH值、电导率、氧化还原电位、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总氮、总磷、氟化物、氯化物、硫酸盐、总溶解性固体、悬浮物、总硬度、总碱度、挥发酚、氰化物、铜、铅、镉、六价铬、石油类、砷、汞、叶绿素等实时分析。

3 黄柏河河口段水体体积

3.1 黄柏河水体体积

在拉沙过程中黄柏河上游来水及长江回补水量会导致黄柏河河口河段(入汇口至晓溪塔滚水坝，长约17 km)部分水体置换[3]。黄柏河河口河段曲折，河面宽窄相间(图2)，采用断面法计算黄柏河河口段水体体积，水域面积为4.99 km2，水体体积约为5 270万m3(见表2)。

图2 黄柏河河段地形示意

断面名称间距/m累计距离/m河面宽度/m横断面面积/m2断面平均水深/m分段水域面积/km2河床比降/‱分段水域体积/106m3滚水坝00200.0215010.8DM11229112291207.6216810.42.509.8926.54DM2105013341535.7536410.00.39-0.553.95DM380814149912.0928210.20.581.415.92DM4223916388441.6526711.91.52-0.5516.29合计4.9910.2052.70

3.2 黄柏河置换水量

2009年8月27日，葛洲坝出入库流量、三江冲沙闸流量以及黄柏河水位变化均如图3所示。

图3 三江拉沙流量与水位变化

三江拉沙当日8：00～18：00葛洲坝出入库流量维持在30 000 m3/s左右，此后入库与出库流量减少，至20：00达最小流量26 000 m3/s，随后，流量逐步回升至正常水平。三江冲沙流量则出现由低到高再到低的变化过程，最大冲沙流量8 000 m3/s，持续时间约6 h。同期，黄柏河水位随冲沙流量加大而下降，至12：00时，水位下降了1.13 m。

由于黄柏河水域不大，近似认为此段水域水位均下降了1.13 m。据此，计算当日黄柏河处于最低水位时其水体体积约为35.3×106m3(表3)，比对三江拉沙前黄柏河河口水域的水体体积，水体体积之差为17.4×106m3，综合其他因素对水量的削减影响，其系数取为 0.8，则近似置换水量为13.9×106m3。

表3 黄柏河河口水域水体体积

4 水质变化情况分析

4.1 黄柏河及长江宜昌江段近年水质概况

1972年至今，长江三峡水环境监测中心每年的单日监测黄柏河水域和其邻近的长江宜昌江段水质，监测项目包括pH值、溶解氧、亚硝酸盐氮、砷和汞等二十几个项目。对黄柏河水域和其邻近的长江干流江段采用多项水质参数算术平均法进行水质评价，结果见表4和表5。

表4 多项水质参数综合评价成果(黄柏河水域)

注：表中Ⅱ、Ⅲ表示该断面水质的级别。

表5 多项水质参数综合评价成果(宜昌江段)

评价结果表明，黄柏河水域相关断面水质类别均在Ⅱ～Ⅲ之间，影响其水质类别主要项目为pH值、溶解氧、氨氮和总磷，其中黄柏河大桥断面pH值范围为 7.9～8.5，溶解氧范围为 5.3～9.6 mg/L，氨氮范围为 0.07～0.53 mg/L，总磷范围 0.05～0.13 mg/L ；晓溪塔断面pH值范围为8.1～8.4，溶解氧范围为5.6～9.8 mg/L，氨氮范围为0.10～0.86 mg/L，总磷范围为0.06～0.19 mg/L。近年黄柏河水域临近入江口的黄柏河大桥附近水域水质要好于远离入江口的晓溪塔附近水域。

评价结果表明，长江宜昌江段水质类别在Ⅱ～Ⅲ之间，影响其水质类别主要项目为pH值、总磷和粪大肠菌群，其中南津关断面pH值范围为7.9～8.2，总磷范围为0.04～0.12mg/L，粪大肠菌群范围为500～13 000个/L ；宜昌断面pH值范围为7.9～8.2，总磷范围 0.04～0.12 mg/L，粪大肠菌群460～92 000个/L。对这些数据详加分析发现，受粪大肠菌群的影响，宜昌和南津关断面水质类别有时会处于Ⅲ类，这是因为长江干流两侧排污口众多，污水排入江中所致。

4.2 拉沙前后相邻江段水质相关参数变化

(1) 水温过程变化。黄柏河水域所属断面拉沙前后水温有一定变化，长江水域宜昌和三江两个监测断面，水温基本没有变化，且长江水域水温明显低于黄柏河水域水温，这可能与监测点当地温度变化、监测时间不同等诸多因素有关。从物理角度考虑，拉沙前水底沙子较多，而沙子的比热容远低于水的比热容，当监测点的大气温度下降时，拉沙后的水温原则上会稍高于拉沙前的水温，但是无法量化考察。而监测点当地温度变化、监测时间不同等因素引起的水温变化极有可能远大于由沙子和水比热容不同引起的水温变化。

(2) 溶解氧过程变化。三江拉沙对水体的溶解氧影响较大，拉沙后黄柏河流域和三江水域溶解氧浓度都有下降，而长江水域下降趋势较大，这可能是由于受三江拉沙中流量影响。

(3) 亚硝酸盐氮过程变化。拉沙前后各取水点亚硝酸盐氮均有较明显变化，大部分断面呈下降趋势，而黄柏河大桥处有一个明显的先上升后下降的过程，这可能是由于开始拉沙时黄柏河上游几个亚硝酸盐氮含量较高的断面来水致使其上升，而后由于长江水有一定的回补使其出现下降趋势。而长江水域在拉沙过程中亚硝酸盐氮仍呈明显下降趋势，这说明黄柏河流进长江的水量还不足以改变长江流域中亚硝酸盐氮含量，同时因为流量较大，亚硝酸盐氮有被氧化的可能[4]。

(4) 硝酸盐氮过程变化。黄柏河水域晓溪塔和滚水坝断面硝酸盐氮浓度缓慢下降，而黄柏河大桥及二桥断面浓度呈上升趋势，其中以黄柏河大桥变化最为明显；长江水域的硝酸盐氮浓度基本呈上升趋势，且以南津关最为显著。这说明长江回补至黄柏河的水很可能以南津关回水为主，三江回水为辅。而长江流域硝酸盐氮浓度基本呈上升趋势可能是在拉沙过程中由氨氮和亚硝酸盐氧化生成导致[5]。

(5) 氯化物过程变化。长江流域氯化物浓度总体要明显高于黄柏河水域，虽然长江水域氯化物浓度有显著的下降，这可能是由于拉沙稀释了江水中氯化物浓度，但其却要高于黄柏河水域的最高浓度。黄柏河大桥断面氯化物浓度一直有明显的上升趋势，这再次充分证明拉沙时长江水已回补至黄柏河大桥附近，而黄柏河二桥并无此趋势，说明其上的断面仍以黄柏河上游来水为主，但水质也有一定程度的改善。

(6) pH值过程变化。拉沙前后黄柏河水域pH值变化较明显，8月28日即拉沙刚刚结束后水质最接近中性，低于26日和9月3日的pH值，而且只有黄柏河大桥处的pH值呈下降趋势。黄柏河大桥处pH值在拉沙前后有明显的变化，特别是水面pH值的变化最为显著，而且各点均低于2008年同期水平，接近长江水水平。这说明三江拉沙中长江水已回补至黄柏河大桥附近，且以置换水面水体为主。

(7) 氨氮过程变化。长江水域氨氮浓度明显低于黄柏河水域，拉沙后黄柏河水域氨氮浓度有一定降低，这说明三江拉沙黄柏河上游来水及长江回水对黄柏河流域的水有一定的影响，而长江水域的氨氮在拉沙前后无明显变化。黄柏河大桥断面水面氨氮下降趋势大于水底下降趋势，且与2008年同期相比参数浓度均有下降，这再次说明三江拉沙置换的水面水要多于水底水，对水面水质的改善要优于水底。

4.3 三江拉沙前后黄柏河水域水质评价

三峡水环境监测中心对黄柏河水域这次所监测的项目采用单因子评价方法进行了评价，冲沙前后水质评价结果见表6。