辽河流域水环境监测方案及退役水库水环境质量评估

翟 勇

(营口市隆盛工程建筑有限公司，辽宁 营口 115000)

1 概述

在对辽宁省小型水库复核中，发现库容在20万m3以下的有140座(10～20万m3的有98座，10万m3以下的有42座)，占比38%；无法满足防洪标准的有66座，占比18%；水库水工建筑物破坏严重的有133座，占比36%；水库水工建筑物不全的有45座，占比12%；水库淤积严重或干库或种植作物的有56座，占比15%；水库功能改变的有15座，占比4%。另外，45座水库的库容达不到原水库等级的库容标准，占比12%，其中3座小(Ⅰ)型水库的库容达不到小(Ⅰ)型水库的标准，另有42座小(Ⅱ)型水库的库容达不到小(Ⅱ)型水库的标准。

经过现场测量和调查发现，部分水库常年无维护，多年运行、老化严重，存在问题较多[1]；大多水库承包给个人，进行养殖等活动，管理较粗放，使水库问题日益严重。有的水库集多种问题于一身，存在严重安全隐患。

2 水环境影响监测调查方案

作为闸坝生命周期的重要环节，闸坝退役拆除会对河流的生态环境起到不同程度的修复作用[2]。为了解河流对拆坝及后续修复工作所作出的物理、化学和生态响应，加深人们对恢复生态学的认识，在拆坝前后开展河流水环境调查工作十分必要。

2.1 调查方法

水环境调查的主要方法有：资料收集法、现场勘查法、专家和公众咨询法、水质监测法、遥感调查法[3]。拆坝前、后河流水环境状况调查以水质监测法为主。

2.2 水质监测方案

首先应确定监测河段的长度，一般划分为3个部分：上游对照河段、库区和下游河段(如图1所示)。在坝体上游，监测河段应至少包括库区及未受影响的部分上游区域。因受闸坝或拆坝的影响，准确设定下游河段的长度较困难，但实际操作中可根据基础设施、水力或地貌控制点(如桥梁、水面突出的岩石等)进行确定。河道横断面和纵剖面的布设是水文、水质采样监测的基础。以下首先阐述这2种断面的布设和测量原则。

2.2.1河道横断面布设

选定监测河段后，首先应根据该区域具体情况决定监测横断面的位置和数量，监测横断面布设情况如图1所示，见表1。必须设置横断面的地方包括监测河段内闸坝的上下游、库区、桥梁、生态敏感区[4]。其他横断面的位置和数量需根据该区域内具有相似坡降、河床与河岸基质、河岸植被、河道形成过程等物理特征的河段而定[5]。例如，水塘、浅滩、蜿蜒河道、顺直河道、分汊河道内横断面的数量应与这些区域在整个监测河段所占比例相似。识别以上不同特征点前，可通过收集当地的地形图、地质图、区域航拍图等资料并结合实地勘察进行必要的前期调查，而且水质、水位、流速、含沙量、泥沙粒径分布[6]、河岸带植物群落结构监测及影像资料记录可在河道横断面上进行。

图1 监测河段横断面布设

表1 河道横断面监测方案

2.2.2河道纵剖面布设

沿河床重要特征点的深泓线获取河床高程数据，并测量不同特征点间的距离[7]。记录数据时，除了河床特征点的高程和距离，还要包括特征点处的其他详细信息，河床基质类型发生变化的位置，同时测量每处的水位。

2.3 水文评价指标调查

2.3.1流速

在监测年的丰水期对断面流速进行测量，仪器可选用雷达测速仪。流速测量应选在位于顺直河道，河宽、水深变化较小的横断面上进行。计算监测河段的最大流速与最小流速之比。

2.3.2水温

水温测量同样在丰水期进行，可用YSI多参数水质监测仪获取上游河道、库区、下游河道断面水温数据[8]，计算监测河段的最高水温与最低水温之比。

2.4 水环境评价指标调查

水质是一项与河流生态环境密切相关的重要指标，进行水质监测可以显示闸坝本身对河流生态环境的影响及拆坝引起的水质变化[9]。鱼类、底栖动物等水生生物对不同水质指标的要求和污染物的承受能力各异。关于拆坝，比较重要的水质指标有水温、溶解氧(DO)、总悬浮物、pH、电导率、总氮、总磷、叶绿素a等，具体指标的选择，视实际情况而定。

在已设河道横断面上布设4个采样点(如图2所示)：点A在最上段横断面的中间位置，取1/2河宽、1/2水深处水样；点B在库区穿过最大水深处的横断面上，取最大水深处水样；点C位于坝前最近横断面中间位置，取1/2河宽、1/2水深处水样；点D位于下游出水口横断面上，取1/2河宽、1/2水深处水样。用GPS记录每个采样点的地理坐标，以便重复采样。在拆前1a及拆后5a，每年的丰、平、枯水期都要采集1次水质监测数据。

图2 水环境监测点布设

3 辽河退役水库水环境调查

3.1 技术内容

监测调查辽河流域一期退役试点水库水环境指标，于2018—2019年间2次采样监测水环境指标，主要包括水体温度、电导率、pH、DO、COD、NH3-N、TN、TP等指标。

3.2 退役水库水环境质量评价

辽河流域历史退役水库26个，对这26个水库水体、沉积物以及周边植被样品进行采集，对水质、浮游动植物、底栖动物和陆生植被进行测试、鉴定和分析[9]。

3.3 研究方法

3.3.1样品的采集

根据水库自然概况，考虑监测结果准确性与监测过程的可行性，结合监测目的及人力物力等因素，同时兼顾采样断面的代表性，本研究选择辽河流域历史退役水库26个，每个水库1个断面，平行3次取表层水体样品，于2018年10月和2019年7月分别对设置的点位进行了采样监测。

3.3.2监测指标与数据分析

结合水库特点与监测项目的可行性与科学性，根据GB3838—2002《地表水环境质量标准》中规定的基本项目，本研究监测指标为：pH、电导率(EC)、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、总悬浮固体(TSS)、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)。其中pH、EC、DO使用便携式多参数测量仪现场测量。COD、TSS、TN、TP和NH3-N等指标使用多参数比色计测量。

3.4 研究结果

3.4.1监测指标评价标准

研究评价方法依据GB3838—2002，具体水质等级划分见表2—3。

表2 水环境质量等级划分

表3 水环境质量标准

3.4.2水环境指标监测结果

对水体温度、pH、EC、TSS、DO、TN、TP、NH3-N和COD进行了分析检测，监测水库的DO范围为1.3～14.8mg/L，大部分水库为I类水，只有红旗沟水库、错草水库下游和后马水库下游DO较低，属于劣V类水。经过监测，各水库的DO、COD、TP、NH3-N、TN及TSS值特征如图3—8所示。

监测水库的COD范围为1.1～34.6mg/L，只有四方台入库口和黄金沟水库坝前为V类水，其余水库采样点均为IV类水或更优。

监测水库的TP范围为0.06～0.92mg/L，双台子水库上游、四方台水库出口和台子沟水库这3个点位属于劣V类水，其余水库采样点均为IV类水或更优。

监测水库的NH3-N范围为0.02～1.6mg/L，只有台子沟水库为V类水，其余水库均为I类水。

监测水库的TN范围为0.3～18.7mg/L，大部分采样点水质为Ⅴ类或劣Ⅴ类。

监测水库的TSS范围为1～59mg/L，其中钓水、双台子上游和台子沟水库总悬浮固体较高，分别为52、59、34mg/L，其余水库均低于30mg/L。

由此，此时期监测的22个水库水质大部分为Ⅴ类或劣Ⅴ类，主要超标指标为TN。其中大台水库和下甸子水库水质为Ⅱ类，平台子水库入口为Ⅲ类水，其他水库均为Ⅳ类或劣于Ⅳ劣水，主要污染物指标为TN。

除了前柳和玉白2个水库无水外，2016年7月共采集了24个水库水体样品，各水质指标变化如图9所示。由图9可知，监测的24个退役水库DO范围为4.3～11.5mg/L，大部分水库为I类或Ⅱ类水，只有管饭寺、双台子和东高卜属于Ⅳ类水。

图3 各水库的DO值特征

图4 各水库的COD值特征

图5 各水库的TP值特征

图6 各水库的NH3-N值特征

图7 各水库的TN值特征

图8 各水库的TSS值特征

图9 退役水库各水质指标变化

COD范围为5～50mg/L，只有四方台、东高卜为V类水，其余水库采样点均为IV类水或更优。NH3-N范围为0.01～0.28mg/L，所有水库监测点位均为I类或Ⅱ类水。TN范围为0.9～9.0mg/L，大部分采样点水质为Ⅴ类或劣Ⅴ类。TP范围为0.2～10.0mg/L，一半以上水库属于劣Ⅴ类。TSS范围为5～354mg/L，其中三八、后马、兰凤、四方台和管饭寺水库总悬浮固体较高，其余水库均低于50mg/L。由此，此时期监测的24个水库的水质大部分水质为Ⅴ类或劣Ⅴ类，主要超标指标为TN和TP。

4 结语

水利工程退役处理在我国是一个新生事物，还需要有与之配套的、可操作的细则。特别是开展生态环境与社会经济定量的评价指标体系与评估模型的研究[10]，以指导水利工程退役处理工作的有效实施。我国目前许多水库大坝(多数为小型水库及大坝)的服役期也达到40～50a，对于已存在的病险库问题和将来出现的新的病险库问题，今后将面临更多的安全管理和除险加固工作，包括部分病险水库大坝的降等使用、报废(退役)评价和实施。因此，应对存在安全隐患、已丧失原有功能的水库大坝的退役出路问题，或从流域的整体开发规划出发，对部分水库大坝功能调整后的出路以及新的河流环境生态平衡等问题开展研究[10]。