洪泽湖滞洪区工程建设地表水环境影响评价

岳 政，逄 勇,2，宋为威

(1.河海大学 环境学院，南京 210098；2.河海大学 浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室，南京 210098；3.河海大学 水文水资源学院，南京 210098)

1 前 言

水利工程的建设将会对地表水环境造成一定的影响，通过水环境数学模型的模拟可以预测水质的走向，及时提出整改措施。吴泽斌[1]建立多目标环境影响评价指标体系，运用了AHP和模糊优选方式对龙滩水电工程进行了评价。鲁春霞[2]从不同的测度指标角度 , 对由于水利工程产生生态环境的变化进行评价,并建立了相关的评价方法。王洪强[3]运用层次分析法对惠州市剑潭水利枢纽工程水环境进行影响分析。温敏霞[4]运用缓冲区分析方法，对糯扎渡水利工程完建之后的景观结构梯度进行分析。宋为威[5～8]运用水环境数学模型对秦淮河流域水利工程实施引调水产生的生态效益的影响进行了评价，并计算了水体环境容量。本文基于洪泽湖滞洪区工程建设的施工期及运行期，运用水环境数学模型进行模拟与预测，计算得到相应的水质，并对计算结果进行评价，研究水利工程建设施工期和运行期对水环境的影响。

2 研究背景

洪泽湖滞洪区的工程建设主要包含堤防建设、建筑物、道路及安全区建设。滞洪区挡洪堤的复堤加固长度为205.1km，护坡长度为155.6km； 新建堤顶防汛道路全长247.8km； 截岗沟及走廊沟堤防加固116.3km，其中泗洪县33.7km，盱眙县82.6km。进退洪水控制闸共新建6座； 新建、拆建、改造涵闸23座、泵站11座； 迎湖堤配套桥梁新建、拆建28座，旱闸新建12座。新建撤退道路208.4km、扩建401.3km。洪泽农场安全区堤防加固工程长10.0km，堤顶防汛道路长15.0km，防洪堤护坡长15.0km；三河农场安全区堤防加固堤防14.7km，堤顶防汛道路长17.0km，防洪堤护坡长17.0km；相应配套必要的排涝、涵闸、道路等工程。道路建设实施，应先实施沿线桥、涵等建筑物，而后实施道路；可先安排实施穿堤建筑物，再进行复堤工程，减少施工期对交通带来的影响。防汛道路、撤退道路、提防加固、泵站工程全年施工，护坡工程、水闸、涵闸、桥梁为非汛期(10月～次年5月)施工。工程建设与滞洪区的位置分布见图1。

洪泽湖一般情况下汛期为6～9月份。在非汛期时，所有水工建筑物处于关闭状态，保证洪泽湖处于蓄水保证周边生产生活，水位一般不超过12.5m。在汛期来临时，淮河上游下泄排入洪泽湖后，使得湖内水位(蒋坝水位)上升，当水位到达14.5m时，洪泽湖沿岸各个已加固堤段水位如表1所示。当蒋坝水位超过14.5m时，洪泽湖沿岸水闸(图1)全部开启，滞洪区开始滞洪，其中主要控制闸水位见表2。随着洪水的下泄，当泄洪结束后，蒋坝水位到达12.5m时，沿岸水闸全部关闭，洪泽湖进行蓄水。由于沿岸圩区(图1红色)受洪水影响水位升高且闸门关闭，此时开启排涝泵站，将圩区涝水排入内河。

表2 进退洪闸开启水位Tab.2 Opening water level of flood gate (m)

图1 研究区域工程位置分布图Fig.1 Distribution of the regional engineering location

3 工程对水文情势的影响分析

研究区域地处暖温带黄淮海平原区与北亚热带长江中、下游区的过渡带，受海洋、大气环流等因子的影响。降水量较为丰沛，降雨时空分布不均，多年平均年降水量在906～1 007mm之间，最大年降水量1 700mm，最小年降水量500mm。年内分布极不均匀，一般集中在汛期6～9月，集中程度从南向北递增。 《国务院关于淮河防御洪水方案的批复(国函[2007]48号)》明确规定“洪泽湖水位达到14.5m且继续上涨时，滨湖圩区破圩滞洪”，挡洪堤及进退洪控制建筑物的设计洪水位确定为14.5m。《淮河流域防洪规划》指出：当洪泽湖蒋坝水位达14.5m时，破圩滞洪，设计洪水位16.0m。本滞洪区内圩内河道众多，主要用于圩内农田的排涝与灌溉，正常水位12.5m，低水位11.5m，高水位13.5m。

3.1 施工期

施工时间为非汛期(10～次年5月)，主要进行穿堤建筑物(主要包含涵闸、泵站、跨河桥梁)施工，需要在围堰的防护下开挖明渠泄流或其他河流泄流的方式进行导流。因此，工程施工不改变原河道运行，不会影响整体水位流量，即不影响整体水文情势。但是，由于河道形态变化，在导流河道局部发生壅水现象，且流速流向发生短期变化。随着工程建设完成后，将导流河道恢复到原始河道，发生变化的局部水位、流量、流向、流速等水文影响因子恢复。即新、改、拆等工程施工整体上对水文情势不产生影响。由于分项工程较小且分散施工，不对其他水文因子产生影响。

3.2 运行期

建设工程完成后，工程运行时会对水文情势产生一定的影响。工程运行对水文情势影响分为非滞洪期和滞洪期。(1)非滞洪期：灌溉时，将湖泊的水抽排到农田进行灌溉，由于抽排时间短且湖泊蓄水能力较大，因此不会因为抽排导致洪泽湖水位水量发生较大变化。新建水工建筑物在非汛期均处于未建时期状态，即对水文情势基本无影响。(2)滞洪期：当蒋坝水位超过14.5m时，将湖区水闸全部打开，将湖区水体排入周边滞洪区，称之为滞洪。此时湖内水体不断涌入滞洪区，使得洪泽湖水面扩大，与内河水体交换剧烈，对周边生产生活构成损害，但是保证了洪泽湖提防安全稳定。因此，滞洪期的工程运行对水文情势影响很大。

4 工程建设对地表水环境影响评价

4.1 施工期

堤防工程、撤退道路工程在常水位以上施工，施工场地对洪泽湖水质基本无影响，但是闸站施工、混凝土施工、机械及生活对水质产生一定影响。

4.1.1 闸站施工

闸站施工一般在非汛期(10～次年5月)进行，且需要布置围堰。为保证施工场地无地下渗水，需及时对施工的基坑进行排水，具体为基坑初期排水和经常性排水。以基坑的经常性排水为主要手段，初期排水为辅助手段。经常性排水主要是排出降雨汇流和地下水的渗漏。在基坑四周布设管井，每井设一台潜水泵，及时将基坑排水抽排至基坑外。由于土方开挖及施工场地混凝土的养护，使得排出水的悬浮物(SS)浓度及pH值较高，通过类比计算，基坑排水的悬浮物浓度高达2000 mg/L，pH值高达9～11，水质高于地表水标准。基坑经常性排水悬浮物浓度高且偏碱性建议设置沉淀池并添加调和剂，基坑排水经沉淀后循环利用，不外排。由于各个分项工程位置分散，排水强度较低，符合标准，将经过处理后的排水重新排放进入周边水体。对于初期排水，由于悬浮物浓度及碱性都较低故直接排放，通过河口浓度场衰减模式计算后，可知900m后水体悬浮影响消失，即闸站施工900m内对水质有影响，900m以外无影响，见表3。计算公式及结果如下:

边界条件为：取最不利条件初期基坑排水中SS的浓度为2 000mg/L,初期基坑排水流量为5 000m3/d。

表3 初期基坑排水引起的水体悬浮物浓度变化过程数据表 Tab.3 Data table of the change process of water suspended substance caused by drainage of foundation pit at the early stage

4.1.2 混凝土施工

混凝土施工过程中主要在搅拌和养护时期产生废水，废水的含沙量浓度较高且碱性较强。冲洗搅拌罐的废水，直接用搅拌运输车接住，清洗罐车后，洒于施工道路，用于道路养护。 在混凝土搅拌站设置排水渠和沉淀池，废水进行加酸中和沉淀处理，处理后的废水，用于场地和道路洒水除尘，不外排。在混凝土养护期间产生的废水，主要来自于浇筑护坡、水泥搅拌桩、闸门基础浇筑、穿堤水工建筑物、灌注桩、防渗墙等施工环节。因此，混凝土施工一般不影响地表水环境。

4.1.3 施工机械、车辆检修

施工机械设备由于运移分布较大、活动性较高，各个施工期间及施工范围的废水产生量少，但是废水的含油成分较高。如果将施工机械产生的废水直接排入附近水体当中，将会对周边水体生态环境造成破坏。如果将施工机械的废水直排入土下渗，高含量的油污将会改变土壤结构，破坏土壤生态环境，恢复周期较长。若在维修机械的场地设置油污及废水收集处理系统，将产生较少的高油污废水收集后通过深度处理，使得废水水质达到排放标准。因此，施工机械、车辆检修一般不影响地表水环境。

4.1.4 生活

生活污水主要在施工生活居住区，主要由人产生，因此其主要污染物质为NH3-N、BOD5、COD和粪大肠杆菌。本工程的覆盖范围较大，各个单项工程的分布较为分散，在各个生活居住区产生的污水量较少，且生活居住区产生的污水随着工程的结束其对排入水体的影响而消失。本工程位于农业生产区，其周边居民主要为农民，施工的生活居住区尽量选择租住周边原有房屋及其卫生设备。在少量新建的生活居住区，可建立小型生活污水收集处理装置，使得生活污水能够废物利用作为施肥材料，既能起到资源再利用，同时也能保护生态环境。因此，施工期生活污水一般不影响地表水环境。

4.2 运行期

4.2.1 非滞洪期

水工建筑物中进退洪控制闸和涵闸以及泵站在非滞洪期间是关闭的。所以，非滞洪期对地表水环境的影响主要是管理站人员排放的生活污水。研究范围内有100名工程管理人员，除此之外不产生生活污水。人均用水量取值为150 L/d，污水排放系数取0.8，管理人员产生的污水量为12 m3/d。 类比一般生活污水水质，本工程管理人员生活污水中主要污染物的浓度及污染负荷见表4。 管理区应在厕所后设置化粪池，生活污水经化粪池处理后，管理人员产生的生活污水经处理后，基本不会对周围水环境产生污染。

表4 管理人员产生污水的污染物浓度及负荷Tab.4 The concentraion of and load of pollutants produced by the management personnel

4.2.2 滞洪期

通过调查分析，研究区域内不涉及危废填埋场和生活垃圾场，其中企业种类主要为酒业、生猪屠宰场、林木厂、砖瓦厂、食品站、粉丝厂、食品站、元明粉公司、矿业公司、建材厂等。这些企业产生的污染物量相对于整个滞洪区来说比较小。因此农业面源和生活是研究区域的主要污染源。 洪泽湖滞洪区启用后，区内的鱼塘、耕地、生活垃圾等都会被淹没，大量面源污染物进入水体，区内水质变差。洪泽湖滞洪区退水时，当水位高与12.5m时，洪水通过进、退洪控制闸排入洪泽湖；当水位低于12.5m时，关闭进、退洪控制闸，洪水通过排涝泵站排入洪泽湖。因此，退水将会对湖体水质造成较大影响，主要污染物质为COD、NH3-N和TP。本次蓄滞洪期水环境影响分析主要洪水在滞洪区向湖区退水对洪泽湖水质的影响。

4.2.2.1 污染物入滞洪区量计算

根据建设工程可行性研究报告以及研究区域2015年统计年鉴中人口、耕地面积、畜牧业生产情况等相关资料、环境统计资料[9]，按照入湖量计算方法，计算得到2015年汛期(6～9月)研究区域的COD、NH3-N、TP的总入湖量分别为8 477.48t、812.29t、189.49t，将计算结果按照各个县(区)给出见表5，研究区域各污染物入湖量所占比例见图2。

表5 2015年研究区域各种污染物入湖量计算结果Tab.5 Calculation results of various pollutants entering the lake in 2015 (t)

图2 研究区域内各类污染物入湖量所占比例Fig.2 The proportion of all kinds of pollution sources entering the lake in the study area

4.2.2.2 蓄滞洪区水环境影响分析

(1)水环境数学模型建立

当启用泄洪区时，淹没范围高程为12.5～16m，将滞洪期洪泽湖滞洪区按浅水湖泊情况处理，采用湖库零维完全混合箱模型(假设滞洪时，污染物不在滞洪区与洪泽湖之间迁移)，预测分析洪泽湖滞洪区滞洪时，滞洪区中污染物浓度的变化。预测模型及参数如下：

式中：Cp—完全混合后污染物的浓度，mg/L；Ic—入洪水污染物量，mg；C0—洪水中污染物的浓度，mg/L； V—滞洪区中的洪水量，m3。

模型计算区域及计算条件：本模型计算区域共涉及江苏省内2市6县共53个镇级行政区。在启用滞洪区时，设计滞洪面积为1 515km2，总滞洪水量为30.07亿 m3，进入滞洪区的洪水水质取Ⅲ类水，洪水滞洪期间不考虑污染物的降解，为最不利工况。污染物排放量为研究区域2015年汛期(6～9月)污染物的排放量。六个县的滞洪区的洪水量按滞洪面积比例分别得出。

(2)预测因子、预测时期确定

根据已有水质评价，确定水环境影响预测因子为：COD、氨氮、总磷。预测时期重点考虑滞洪启动(蒋坝水位超过14.5m)且滞洪水量达到设计滞洪量时期，即主要洪水在滞洪区向湖区退水时期，进行水环境预测评价。

(3)模型计算结果及分析

根据以上计算方法和条件参数，洪泽湖周边滞洪区运行时，洪泽湖周边滞洪区的COD、氨氮、总磷的浓度见表6。

表6 洪泽湖周边滞洪区的COD、氨氮、总磷浓度的计算结果表Tab.6 Calculation results of COD, NH3-N and TP concentration in the detention areas of Hongze Lake (mg/L)

水功能区划中洪泽湖的水质的目标是Ⅲ类水。由表6可以看出，在不利条件下，洪泽湖周边滞洪区在启动滞洪后，研究区域内六个县区的滞洪区内洪水的水质都不达标，且COD、氨氮和总磷三个因子都不道标。宿城区滞洪区的COD和氨氮的浓度最高，洪泽县滞洪区的总磷浓度最高，所以在洪水灾害时，洪泽湖周边的滞洪区的水环境会对洪泽湖的水质产生不利影响。由表6可以看出，研究区域内，(1)六个县区的生活污水对COD和氨氮入湖量的贡献量最大，入湖量所占比例都超过50%，其次是种植业和养殖业，(2)洪泽县滞洪区的生活污水对总磷入湖量的贡献量最大。(3)泗洪县、宿城区、泗阳县、淮阴区和盱眙县的养殖业对总磷入湖量的贡献值最大，其次是生活和种植业。

研究区域主要集中在农村，生活污水主要来自农村生活污水，应提高区域内农村生活污水的收集和处理的力度，建设配套的村级污水处理设施(地埋式生活一体化污水设备)，减少污染物的入河量。对于养殖业，有效的组织散养户按照村镇的建设规划，因地制宜，推广“一池三改”(建设沼气池，改厕、改圈、改厨)工作。鼓励养殖户种养结合，实行集中饲养和污水集中处理，沼气用于农户燃料和照明，沼渣和沼液还田用于农户种植。对于种植业，改进施肥结构，鼓励使用有机肥料和生物农药，提高化肥利用率，减少对水体的影响。通过以上环境保护措施使得研究区域滞洪期洪水的水质得到改善，降低对洪泽湖水质的影响。

4.2.3 安全区

工程流域内汛期(10～次年5月)降雨强度较大，洪涝灾害经常相伴发生。安全区工程中的堤防工程是在现有堤防的基础上进行加高培厚，并且本工程基本不存在裁弯取直导致河流形态变化。通过堤防加固提高工程结构强度，提高其对水流的渗漏、冲刷及对风的侵蚀抵抗能力，提高水土保持能力，进一步避免水质的破坏。因此，本次堤防加固后，可使河道的水环境得到一定程度的改善，减轻由于堤身老旧松散带来的不利影响。

5 结 论

洪泽湖滞洪区建设工程是淮河流域防洪减灾的重要水利工程，同时也是潜在恶化水环境的隐患工程，工程施工对施工区局部水域水质产生一定的影响，但是这些不利影响随着工程的完建和环境保护措施的实施，将逐步降低或减免。工程建设运行后，可大幅度提高淮河流域抵抗洪水侵害的能力。通过进一步对工程安全建设措施的完善，保障了滞洪区的有效启用。通过洪泽湖滞洪区滞洪时地表水环境影响评价，预测得出研究区域滞洪期将会对地表水环境造成一定的负面影响，但这些负面会随着环境保护措施的实施有效的降低。通过进一步评价得出，随着工程的完建运行和生态环境保护措施的实施，地表水环境将会重新恢复，使得水质达标。本文对于洪泽湖水环境管理和水利工程影响后评价具有一定的指导意义。

参考文献：

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[4] 温敏霞,刘世梁,崔保山,等.水利工程建设对自然保护区生态系统的影响[J].生态学报,2008,(4):1663-1671.

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[9] 江苏省水利勘测设计研究院有限公司. 洪泽湖周边滞洪区建设工程可行性研究报告[R].扬州：江苏省水利勘测设计研究院有限公司，2017.