华阳河湖群非汛期水位调控水质改善效应研究

张琳, 杨启红, 曾凯, 王家生

(1.长江科学院 河流研究所，湖北 武汉 430000； 2.国家卫生计生委 寄生虫病预防与控制技术重点实验室，江苏省寄生虫与媒介控制技术重点实验室，江苏 无锡 214064)

1 概况

华阳河湖群位于安徽省西南部，宿松县南部[1-3]，长江下游北岸，南临长江，北倚大别山，由长江沿江的山地丘陵集水区构成[4-6]，包括龙感湖、黄湖、大官湖、泊湖四大湖泊[7-9]。其中，华阳河、杨湾河为华阳河湖群的通江纽带[10-12]，入江口分别建有华阳、杨湾两座入江控制闸[13-15]。华阳河湖群地理位置如图1所示。

图1 华阳河湖群地理位置图

根据华阳河湖群2015—2018年各监测断面水质逐月监测数据可知，华阳河湖群各湖区总磷(TP)均超出地表水III类水质标准，水质存在不达标现象。为贯彻落实全省水污染防治暨水质自动监测站建设推进会精神，改善华阳河湖群水质，安庆市水利局和气象局、安庆水文水资源局共同研究制定了2018年华阳河湖群非汛期水位初步调控方案并上报市政府。2018年4月23日，安庆市市长陈冰冰在宿松县主持召开了华阳河湖群水质调研调度会议，要求市县两级政府及相关职能部门要切实提高政治站位，坚持长远与现实相结合，拿出具体化、可操作、可实施的整治方案，尽快改变大湖水质不达标的局面。本文在对华阳河湖群水质现状及水文情势充分分析的基础上，拟定其水位控制方案，并构建二维水质数学模型，模拟分析不同控制方案下的水质变化情况，以便为华阳河湖群水质整治提供技术支撑。

2 水质模型构建及验证

2.1 模拟范围

水动力-水质模型计算范围主要包括龙感湖、大官湖、黄湖、泊湖、杨湾河及华阳河等，计算面积约941 km2。

2.2 入湖点源

根据华阳河湖群污染源调查结果，本次模型概化共设置15个污染源点，具体位置如图2所示。

图2 入湖点源位置

2.3 模型参数的率定

利用龙感湖、大官湖、黄湖和泊湖的共23个采样点2015年10月—2016年4月的水质采样数据与模拟值对比，根据对比结果对模型参数进行率定。文中所建模型中的参数主要包括柯氏力常数、风阻力系数、糙率、涡动黏滞系数、扩散系数和降解系数[16-18]。率定后模型参数值见表1。由表1可知，表中数据与其他关于该湖泊的研究结论基本一致[19-21]。

表1 华阳河湖水系水动力和水质参数率定结果

2.4 验证结果分析

该模型将华阳河湖群的水质数据以点源的形式输出，将输出结果与华阳河湖群的实际监测水质数据进行对比验证，结果如图3所示。

由图3可以看出，模拟结果与实测值有一定的误差。其原因可能是由于水质数据不全和对水质数据进行差值处理带来的误差引起的，但总体可以接受，说明所建立的水动力-水质模型可以用于本次水质的模拟计算。

图3 华阳河湖群的TP浓度的实测值与模拟值对比图

3 水位控制方案及计算工况

根据华阳河湖群控制水位、汛前泄水时机分析成果等(依据2018年华阳河湖群非汛期水位初步调控方案)，共拟定8个非汛期水位控制方案，具体见表2。

表2 华阳河湖群水动力-水质模型计算方案表

续表

4 不同方案下水质的变化特性

TP属于可溶性污染物，随排污口排入水体后，当水体对流输运时，由于水流的紊动特性，污染物质同时沿横向及纵向扩散输运。由于扩散作用，河湖区污染物的浓度不停地输移混合。当闸门运行水位不同时，湖区水动力条件及其库容不同，进而引起河湖区水质的时间、空间分布规律的改变。分别在龙感湖、黄湖、大官湖、泊湖共选取4个典型水质点对比分析不同工况下TP的浓度随时间和空间的变化规律。这4个水质点分别位于龙感湖鄂皖交界处、大官湖深水区、黄湖深水区、泊湖深水区，具体位置如图4所示。

图4 水质分析点位置示意图

4.1 丰水年河湖群水质变化特征(工况2-1至2-4)

将工况2-1至2-4条件下各月的TP浓度均值与工况1-1(现行控制方法下)的进行对比，具体如图5所示。

图5 丰水年各水质断面的TP浓度随时间的变化曲线

由图5可以看出：

1)工况2-1与工况1-1相比，龙感湖鄂皖交界处的TP浓度由最高的0.048 mg/L降低至0.044 mg/L，降低幅度为0.004 mg/L，降低比例为8.3%；大官湖深水区的TP浓度由最高的0.037 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度为0.003 mg/L，降低比例为8.1%；黄湖深水区的TP浓度由最高的0.041 mg/L降低至0.037 mg/L，降低幅度为0.004 mg/L，降低比例为9.8%；泊湖深水区的TP浓度由最高的0.039 mg/L降低至0.035 mg/L，降低幅度为0.004 mg/L，降低比例为10.3%。

2)工况2-2与工况1-1相比，龙感湖鄂皖交界处的TP浓度由最高的0.048 mg/L降低至0.042 mg/L，降低幅度为0.006 mg/L，降低比例为12.5%；大官湖深水区的TP浓度由最高的0.037 mg/L降低至0.033 mg/L，降低幅度为0.004 mg/L，降低比例为10.8%；黄湖深水区的TP浓度由最高的0.041 mg/L降低至0.035 mg/L，降低幅度为0.006 mg/L，降低比例为14.6%；泊湖深水区的TP浓度由最高的0.039 mg/L降低至0.033 mg/L，降低幅度为0.006 mg/L，降低比例为15.4%。

3)工况2-3与工况1-1相比，龙感湖鄂皖交界处的TP浓度由最高的0.048 mg/L降低至0.043 mg/L，降低幅度为0.005 mg/L，降低比例为10.4%；大官湖深水区的TP浓度由最高的0.037 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度为0.003 mg/L，降低比例为8.1%；黄湖深水区的TP浓度由最高的0.041 mg/L降低至0.036 mg/L，降低幅度为0.005 mg/L，降低比例为12.2%；泊湖深水区的TP浓度由最高的0.039 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度为0.005 mg/L，降低比例为12.8%。

4)工况2-4与工况1-1相比，龙感湖鄂皖交界处的TP浓度由最高的0.048 mg/L降低至0.043 mg/L，降低幅度0.005 mg/L，降低比例10.4%；大官湖深水区的TP浓度由最高的0.037 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度为0.003 mg/L，降低比例8.1%；黄湖深水区的TP浓度由最高的0.041 mg/L降低至0.036 mg/L，降低幅度0.005 mg/L，降低比例为12.2%；泊湖深水区的TP浓度由最高的0.039 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度0.005 mg/L，降低比例12.8%。

4.2 平水年河湖群水质变化特征(工况3-1)

将工况3-1条件下各月的TP浓度均值与工况1-1(现行控制方法下)的进行对比，具体如图6所示。

图6 平水年个水质断面的TP浓度随时间的变化曲线

由图6可以看出：与工况1-1相比，工况3-1条件下龙感湖鄂皖交界处的TP浓度由最高的0.048 mg/L降低至0.044 mg/L，降低幅度为0.004 mg/L，降低比例为8.3%；大官湖深水区的TP浓度由最高的0.037 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度为0.003 mg/L，降低比例为8.1%；黄湖深水区的TP浓度由最高的0.041 mg/L降低至0.036 mg/L，降低幅度为0.005 mg/L，降低比例为12.2%；泊湖深水区的TP浓度由最高的0.039 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度为0.005 mg/L，降低比例为12.8%。

4.3 枯水年河湖群水质变化特征(工况4-1至4-2)

将工况4-1至4-2条件下各月的TP浓度均值与工况1-1(现行控制方法下)的进行对比，具体如图7所示。

图7 枯水年各水质断面的TP浓度随时间变化的曲线

由图7可以看出：

1)与工况1-1相比，工况4-1条件下，龙感湖鄂皖交界处的TP浓度由最高的0.048 mg/L降低至0.044 mg/L，降低幅度为0.004 mg/L，降低比例为8.3%；大官湖深水区的TP浓度由最高的0.037 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度为0.003 mg/L，降低比例为8.1%；黄湖深水区的TP浓度由最高的0.041 mg/L降低至0.036 mg/L，降低幅度为0.005 mg/L，降低比例为12.2%；泊湖深水区的TP浓度由最高的0.039 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度为0.005 mg/L，降低比例为12.8%。

2)工况4-2条件下，龙感湖鄂皖交界处的TP浓度由最高的0.048 mg/L降低至0.044 mg/L，降低幅度为0.004 mg/L，降低比例为8.3%；大官湖深水区的TP浓度由最高的0.037 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度为0.003 mg/L，降低比例为8.1%；黄湖深水区的TP浓度由最高的0.041 mg/L降低至0.036 mg/L，降低幅度为0.005 mg/L，降低比例为12.2%；泊湖深水区的TP浓度由最高的0.039 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度为0.005 mg/L，降低比例为12.8%。

5 结论与建议

根据水质模拟结果可知，方案1的TP浓度降幅为0%～11.6%；方案2的TP浓度降幅分别为2.7%～12.5%和2.8%～11.7%；方案3的TP浓度降幅为4.5%～12.6%；方案4的TP浓度降幅为10.6%～21.5%；当闸门运行水位相同时，来流流量越大，水质改善效果越好，从以上数据中可以看出，非汛期水位升高后，华阳河湖群水环境有所改善。

另外，考虑到汛期时湖区的防洪安全以及水质的最终改善效果，提出以下建议：

1)对华阳闸和杨湾闸的引渠进行清淤疏浚以便于湖群水位及时下泄到位。

2)虽然通过水位控制对湖区水质有一定的改善效果，但相关部门在控制华阳河湖群水质的过程中更应注重截污控排，从根本上减少入湖污染量。