南水北调东线二期（黄河以北）水质风险分析及对策建议

侯思琰，刘德文，徐 鹤，高金强

（水利部海河水利委员会水资源保护科学研究所，300170，天津）

南水北调东线一期工程于2013年12月建成通水。二期工程规划的新辟黄河以北输水线路多采用管线和渠道方案，渠道全程封闭且与相交河流全部立交，利用的南运河等原有河道均为地上河，河底高程高于地区海拔，区域污染物不易通过河流进入输水干线，故本文只对存在排污口的南运河采取水质预警性预测。卫运河水质较差，如果闸门管理不当，污染物会从四女寺枢纽进入南运河，污染输水水质，在此一并分析。调蓄及受水湖泊中只有白洋淀有支流汇入，存在一定的污染负荷，所以对其调水后的水质富营养化进行预测分析。根据预测结果和存在问题提出水质保护应对措施。

一、水环境存在的主要问题

目前二期规划黄河以北输水河段中南运河存在未封堵入河排污口，且南运河三家店以下以及马厂减河、马圈引河河道断流严重，近乎干涸，内多为积蓄的死水，水质较差，不能满足输水水质要求。主要调蓄水库中白洋淀由于上游河流污染、淀区村庄生活生产污染、水产养殖等因素影响，水质较差，虽然随着治理工作的推进有所改善，仍未达到Ⅲ类水质标准。

二、输水河道水质预测

1.主要干线节点预测

根据对黄河以北输水干线渠管混合特点以及污染源的分析，输水干线全程为清水廊道，本区段水质预测的重点为南运河四女寺至九宣闸，以及经马厂减河的水质分析，采用完全混合模型和一维模型预测计算节点四女寺、第三店、九宣闸和马圈闸水质情况。污染物综合降解系数的取值参考《海河流域重要江河湖泊水功能区纳污能力核定和分阶段限制排污总量控制方案》中的实测研究，COD、NH3-N降解系数分别为0.1/d和0.05/d。TP降解系数主要考虑沉降和水生动植物吸附，取值0.01。计算流量考虑100%调水规模和冰期减半输水（50%）下的流量。四女寺节点的输水水质采用小清河穿黄隧洞预测浓度。

经预测，两种输水规模下各节点高锰酸盐指数、氨氮和总磷浓度值都随输水量增大而降低，其中冰期输水条件下马圈闸COD、NH3-N、TP预测浓度分别为3.1 mg/L、0.3 mg/L和0.13 mg/L。目前输水干线河段虽存在少许积蓄死水，但在输水、稀释作用下，两种情景各指标均达到Ⅲ类水目标。

2.风险性预测

主要预测南运河排污口不封堵和四女寺闸坝出现问题对水质的影响，采用一维稳态水质模型的变形公式，得到衰减为达到要求Ⅲ类水体浓度的衰减距离。

情景一：假设不封堵南运河污水排放口对水质的影响（警告性预测）

假设南运河华鲁电厂排放口不采取封堵措施，预测在调水情况下对输水水质的影响，从排污口进入南运河的水在一开始就完全混合的情况下，考虑排污口污染物浓度、现状污水量、南运河现状水质浓度、多年平均流量 （0.62 m3/s）和调水水质浓度（取Ⅲ类水标准限值）及流量。

情景二：假设因管理不当卫运河河水进入干线河道对水质的影响（事故风险预测）

假设四女寺枢纽闸门由于人为破坏或者地震等自然因素受到破坏，卫运河的水进入南运河，且在一开始就完全混合，除考虑情景一的参数外，另外考虑卫运河临清站多年平均流量（83.9 m3/s）。由于卫运河现状水质较差，虽有南运河调水水量稀释，水质仍然会下降到Ⅴ类，经水体自净作用后，到省界第三店NH3-N基本满足要求，但是COD仍为Ⅳ类，到天津九宣闸可恢复到Ⅲ类水要求，但会在输水沿线形成很长的污染带。

经计算，情景一达到要求Ⅲ类水体标准限值的COD、NH3-N衰减距离分别为1.8 km和0。情景二达到要求Ⅲ类水体标准限值的COD、NH3-N衰减距离最长为87.7 km。即不封堵南运河污水排放口最长可在输水沿线形成1.8 km污染带，而四女寺枢纽闸门受到破坏最长可形成87.7 km污染带。可见，必须加强对四女寺枢纽闸门的管理，确保卫运河污水不进入南运河。同时对南运河排污口进行整治。

3.引黄输水水质

南水北调东线二期规划线路方案中，其输水线路走向和环境背景均与引黄济津情况基本相同，分析其输水期间水质情况，能反映调水水质和变化情况。选择崔庄（位山引黄渠首沉淀池下）、刘口（穿卫枢纽，山东与河北省界）、张二庄闸（入卫干渠，向衡水湖供水）、代庄（入南运河，并向沧州分水）、九宣闸（入天津市）5个断面，分析2000年以来引黄供水水质情况，均基本满足水质要求。

2000年初次输水由于河道积蓄水和水污染的存在，水头水质较差，但第十天后基本稳定在Ⅱ类，之后历次输水水质稳定达标。可见历年引黄输水能够满足水质Ⅲ类要求，且在长期规律性输水情况下河道原水污染减轻。

三、调蓄及受水湖泊水质预测

参照《水域纳污能力计算规程》，依据吉柯奈尔-迪龙（Kirchner-Dillon）模型进行湖泊总磷、总氮浓度预测，通过对预测结果的评价来判断规划水平年湖体的富营养程度。

根据海河流域水资源保护局开展的相关研究，白洋淀淀区污染物总磷、总氮污染负荷总共为0.04万t/a和 0.48万 t/a，2010—2015年 6年平均入淀水量为2.05亿m3，出淀水量为0.17亿m3，预计南水北调东线每年向白洋淀调水1.5亿m3，则预计出、入淀水量分别为3.55亿m3和1.65亿m3，出入白洋淀的氮、磷量分别等于出、入淀水量乘以出、入淀氮、磷平均浓度。

经计算，调水后总磷、总氮浓度分别为0.11 mg/L和1.3 mg/L，均小于现状白洋淀淀区相应指标浓度且总氮浓度接近于Ⅲ类水体标准限值，可见调水对缓解湖库富营养化有积极作用。

四、对策措施

1.主要河流排放口截污改排措施

对输水干线南运河上的华鲁电厂等2个排放口采取截污改排措施，从南运河底部埋设污水管网，接入市政管网，改排入漳卫新河。保障东线输水水质达到国家地表水环境质量Ⅲ类的要求。

2.突发水质污染及洪水风险防范

四女寺枢纽一旦由于人为破坏或自然灾害等引发水质突发问题，应立即启动相关预案，通知有关部门停止调水，进行抢修，同时开启退水闸将来水排入漳卫新河。可能带来水质风险的卫运河水质为劣Ⅴ类，应结合河北省“一河一策”方案提升卫运河水质。

子牙新河穿运枢纽遇大洪水（2 450 m3/s）时，需扒开子牙新河滩地上的南运河两堤，在滩地行洪，两河形成平交，子牙新河现状水质为劣Ⅴ类，会对输水水质造成风险。针对子牙新河穿运枢纽遇大洪水漫滩进入南运河的风险，应采取应对措施，紧急停止供水，汛后平交小埝马上修复，清除整治南运河泥沙后恢复供水。

3.白洋淀综合整治

南水北调东线输水入白洋淀后虽然有稀释作用，但如不采取治理措施，水质仍存在恶化的可能。具体整治措施主要包括：①入淀河流污染防治。对唐河、漕河、瀑河、府河、孝义河、潴龙河、白沟引河、萍河8条入淀河流开展流域控源截污、河流内源治理、河道生态修复、加强水环境管理等措施，重构良好河流生态。包括进行城镇污水收集处理及污水处理厂达标排放、临河乡村生活污水治理、临河垃圾清理、河床淤泥清理、生态护岸建设及岸带植被恢复、河口湿地建设等。②淀区生态修复。开展村落生态搬迁、淀区生态清淤与综合治理、沙洲与岛屿生境建设，同时进行淀区水动力联通与调控，修复淀区鸟类、鱼类、水生植物与动物的生物多样性。

五、结 论

①目前输水干线河段存在少许积蓄死水故而水质较差，但预测显示，输水干线主要节点不同输水规模下主要指标COD、NH3-N和TP浓度均达到Ⅲ类水目标；不封堵南运河污水排放口和四女寺枢纽闸门受到破坏的情形下会形成一定长度的污染带，对输水水质造成影响。参考输水线路走向和环境背景基本相同的引黄济津输水期间水质情况，可知长期规律性输水情况下河道原水污染减轻，且可以满足水质要求。

②经计算，调水后白洋淀总磷、总氮浓度分别为0.11 mg/L和1.3 mg/L，虽然未达到Ⅲ类水体标准限值，但与现状相比有大幅度下降，可见调水对缓解湖库富营养化有积极作用。

③为保证输水水质，需要对南运河华鲁电厂等2个排放口采取截污改排措施，针对突发水质污染及洪水风险采取防范措施，并结合雄安新区建设对白洋淀采取入淀河流污染防治和淀区生态修复措施。 ■