调补水措施对水生态环境的改善作用研究——以粤东地区为例

◎ 陈瀚 杨海燕 王红旗 聂婷 章郁涵 陈子豪 华南农业大学水利与土木工程学院

1.引言

随着经济社会的发展和水资源开发利用程度的提高，人类对水环境系统的作用和影响越来越明显，水环境污染继干旱缺水、洪涝灾害之后成为制约人类发展的三大水问题之一，因而治理水污染问题是新时期国家高质量发展的一项重要举措。

目前，部分流域和区域已经初步建成了以自然水系为主、人工水系为辅、具有一定调控能力的江湖河库水系及其连通格局。通过此类工程在河湖间进行调补水，可调节水量平衡以解决水资源时空分配不均匀的问题，是实现水资源重新配置的重要手段。同时，调补水措施也兼具改善水生态环境的功能，可以有效提高河流或湖泊的流量及水动力，逐渐恢复其原有的自净功能，达到改善水生态环境的效果。

练江是粤东地区第三大河流，流域内污染问题由来已久，全流域呈现重度污染态势。面对日益严峻的水污染形势，推进韩江、榕江、练江水系连通工程，通过调补水质良好的韩江水，改善榕江、练江水环境，是粤东地区水环境保护的重要内容之一。

2.调补水措施改善水环境研究进展

2.1 调补水措施对水环境的改善作用

调补水工程作为改善水质的一种措施，在国外有不少成功的案例。早在1964 年，日本引数倍流量的清水入隅田川进行冲污，提高了河流水动力，大大改善了隅田川的水质。美国通过调水入Moses湖，降低了湖水营养盐水平和浮游植物含量，增加了水体交换与透明度，显著改善了湖泊的富营养化状况。此外，美国引密西西比河入Pontchartrain湖的引水工程、荷兰Veluwemeetr 湖的引换水工程都获得良好的水质改善效果。这些典型案例为其他国家的水环境修复治理提供了借鉴意义。

近二十年，我国先后采取了多项调补水措施，改善了局部地区的水生态环境，如引江济太工程、引江济巢工程、引钱济西工程、滇中引水工程等。通过引江河水至受污染湖泊，可促进水体交换，提高部分水域的溶解氧浓度，显著降低水体污染指标和富营养化，在治理自然界湖泊污染中被广泛应用。近年，多个城市采用引附近江河水的方式，冲洗城市河道，加大了内河径流量与复氧能力，有效地消除了城市河道黑臭现象，恢复了内河水生生态系统。

2.2 调补水模拟研究进展

近二十年，随着数值模型的逐渐成熟，调水引流结合水质数值模型对不同调水方案模拟预测，在城市河道、城市人工湖、平原河网等水域均有应用。调补水措施通过引入清洁水源冲释受污染水体，可以在短时间内达到改善水质的目的。但是长期调水方案的制定，需要考虑多种综合因素，如水量分配、引水路线、水质对污染物的非线性响应、生态需水量等。而水质模型可以模拟水循环过程、污染物衰减过程及其与水体相互作用，是设计调水工程、确定最优调补水方案的重要手段。对生态调补水的模拟，最常用模型的包括EFDC、MIKE21和WASP等，其中EFDC 和MIKE21在国内生态调补水模拟中应用最为广泛。

目前，国内采用水质模型模拟预测生态调补水工程对水环境的改善效果的案例有很多，案例结果大多表明“引水释清，以动制静”方案对水质治理是有改善效果的。路洪波等应用MIKE21软件预测分析，人工水循环的方式可以改变城市人工湖泊的水体流态达到水质改善效果，COD、NH3-H的去除效果良好。张虎等通过MIKE21 FM软件建立二维水动力水质模型对比“引江济巢”的“菜子湖”方案引水效果优于“白荡湖”方案，为城市决策者提供可靠的科学依据。郭鹏程等以EFDC水环境数学模型为基础，根据不同调水方案下污染颗粒的追踪模拟结果确定人工湖区最佳的调水规模，合理有效地利用引水资源。唐天均等成功构建了深圳水库EFDC三维模型，模拟结果显示，调度水库、减轻东江引水污染负荷可以显著优化深圳水库水质，有利于预防水华的出现。

3.练江流域水环境现状及改善措施

3.1 流域水环境现状分析

练江是粤东地区第三大河流，与“韩江”、“榕江”并称为潮汕人民的三条母亲河。其干流全长71.1公里，流域面积可达1353平方公里，流域常住人口约为430万。然而，长久以来的污染使得练江丧失了其原有的饮用功能。调查发现，练江全流域表现为重污染态势，其干流与大多支流水质监测均劣于V类，劣Ⅴ类监测断面占比高达96%以上。化学需氧量、氨氮以及总磷是其主要的污染因子，其中耗氧有机物与氮磷营养物的污染情况尤为突出，水体发黑发臭，成为了整个广东省污染最为严重的河流之一。

近年来，练江治污攻坚政治工作取得了阶段性成效。早在2019年，练江流域183家印染企业全部停产，同时目前汕头市练江流域13个污水处理厂全部投产，日处理能力达到74万吨。2020年1至3月，练江干流水质综合污染指数同比下降24.9%。其中，揭-汕交界青洋山桥综合污染指数同比下降44.5%，入海河口海门湾桥闸断面的综合污染指数同比下降34.7%，而主要污染物COD、氨氮、总磷指标平均浓度分别为38mg/L、1.96mg/L和0.152mg/L，分别同比下降16.8%、63.1%和63%，达到地表水环境V类标准。但截至今年6月，其总磷指标平均浓度升高到0.165mg/L，且仍存在支流水质停留在劣V类，因而当前练江流域水污染防治形势依然不容乐观，练江水质持续改善的基础仍不牢固，整治工作中还存在一些主要问题。

练江流域的水污染问题，主要表现为以下五个方面。第一，资源环境条件先天不足，“微容量、重负荷”问题十分突出。练江流域水资源十分缺乏，人均地表水资源仅为全省的五分之一，生态流量严重透支。枯水期河流中基本是生活污水、工业废水、养殖废水和农田排水，污径比高达5倍以上，入河污染负荷远超河流自净能力，是练江水质长期处于劣Ⅴ类水的根本原因。第二，发展方式粗放，结构型和格局型污染叠加凸显。产业布局杂乱、产业结构不合理和治污设施水平低下使近万家企业排出的各种污水得不到有效的处理，增加了污染排放量。第三，环保基础设施建设严重滞后，大量污水垃圾得不到处理。第四，畜禽养殖业污染严重，大量高浓度废水未经处理直接排入河流。第五，环境违法行为突出，执法监管能力亟待加强。

从练江的地形地貌角度分析，其干流类似于黄河。相比于干流，支流水位较低，二级支流水位低于一级支流，具有“悬河”的特性，这种地形不利于支流的水流入干流并发生水量交换。入海口成喇叭状，与钱塘江类似，具有较强的咸淡水交换功能。二级支流众多，且多为人工河，呈现出大运河的特征。换言之，练江融合了“悬河”、“潮汐”以及“人工河”这三者的弊端，扩大到全国范围内，练江污染的治理也可以作为一个典型案例。

3.2 流域水环境改善措施

2001年，广东省人民政府提出了练江流域水污染治理目标。2014年，汕头市政府成立了练江流域综合整治工作领导小组，对练江流域水质环境监测进行了摸底调查，并着重整治练江流域内印染行业的污染。然而，受到多重因素的制约，练江的整体整治工作进展较为缓慢，收效甚微。2015年《关于练江流域水环境综合整治方法（2014-2020年）》中，主要就水质保护、污染控制、环境效率以及环境建设等多个方面制定了14个控制指标，并分时期对各个指标提出了各个时期的预期性要求。练江水体污染远远超出河流自净能力，尤其是枯水期。然而，以控污截流作为主要的治理措施，未能重视流域水环境容量过载以及河道生态自我修复能力不佳等现实情况，从而难以彻底解决练江流域的水污染问题。

2015年起，广东省政府提出了三江水系连通工程，即将韩江作为主要水源，榕江作为第二水源以及水系连通通道，经由河道、管道以及隧洞等连接韩江、榕江以及绿江，从而使得三江水资源均可调控。2018年1月20日，广东省政府常务会议审议通过《韩江榕江练江水系连通工程建设总体方案》。该工程规划共投资36.2亿元，四年工期，2018年开工建设，共分四个子工程，即鹿湖隧洞引水工程、乌石拦河闸引水工程、榕江关埠引水工程以及潮水溪疏浚工程。韩江-榕江-练江水系连通工程以韩江作为主要水源，以榕江作为水系连通通道及第二水源，通过河道、隧洞和管道将三江水系相连，通过以动制静、以清释污达到恢复江河的自净能力、提高水环境容量和改善水质的目的。对于三江流域水资源的可持续利用、支撑经济社会发展、提高生态文明水平具有重要意义。

自2018年6月开工建设这一项目，施工建设单位先后突破了盾构始发井底板封底、首台盾构机构件下井等一系列工程问题，韩江鹿湖隧洞饮水工程开始进入盾构掘进阶段。2019年6月，榕江关埠引水工程项目建设方进场清表，开工建设。榕江关埠引水工程于2019年9月开工，预计2020年9月结束。潮水溪疏浚工程2018年底，预计2020年底前将建成并实现通水。

4.调补水措施对练江流域水环境的改善作用

4.1 调补水措施改善练江流域水环境原理分析

韩江榕江练江水系连通工程分别从鹿湖取水口至西山溪出水口纳入粤东灌区半洋隧洞引水工程，从榕江乌石拦河闸取水，经普宁市引榕灌区主干渠与南干渠至练江，从榕江关埠南北河汇合口取水，经普宁市定厝寮村进入练江，又从榕江塭嘴水闸取水，经棉城运河和龟海北干渠后自流进入练江干流。这一调补水工程中的四个子工程将增加练江地区的水量，减少水质污染物中的浓度变化，提高其径污比，稀释污染物，增强练江的自净能力。

与此同时，调补水还可以加快练江水体的流动，提高溶解氧含量，使污染物随水流扩散。由于水体流速的加快增加了其与空气的接触面积，加强了水体微生活的生物学活性，从而加快污染物在水体中的降解速率，以改善水质环境。调补水由于可以调整叶绿素的含量，降低氨氮与总磷浓度，对于练江水质也将呈现出一定的改善作用，可以减少藻类大面积爆发事件的发生，阻止水体发生富营养化。

4.2 调补水措施改善练江流域水环境未来预测

韩江榕江练江水系连通工程旨在提高练江、榕江的水质量与水环境，以进一步促进粤东地区的生态文明建设，加速该地区经济社会的持续发展。该调水工程对练江流域水生态环境的长期改善作用仍未得到确认，而这类作用往往受到多重因素的影响，比如调水路线、引水水质、引水流量、引排水口分布以及受补给水体特征等，呈现出反复的季节性调水效果，可能出现早期效果明显，后期效果不佳等现象。因而，经由实地调研，结合数据进行模拟，以更为合理化地对调补水工程的具体方案进行规划，对流域未来水质变化趋势进行预测，有助于更好地保护水生态环境。

调补水工程也有其不利影响。由于需要兴建大型水库，必然会造成大面积土地的淹没，可能会引发水土流失、生态环境恶化等问题。引起调水地区出现水环境退化、水质恶化，出现咸水入侵以及局部地区土壤次生盐碱化等问题。也可能会对调水地区的生物物种产生影响，致病微生物也会随着水流进行传播。因此，对这些不利影响也需要进行评估预测。

5.结论

本研究基于对调补水措施改善水环境研究现状的分析和总结，分析了练江流域水污染现状，探讨了流域内水环境改善措施及其效果。认为练江流域入河污染物量远超河流的自净能力，而以往截污控源为主的措施，难以解决其严重的水污染问题。因此，推进韩江-榕江-练江水系连通工程，通过引清洁的韩江水，冲释受污染水体，提高其水流运动，改善水体自我修复能力，可以在短时间内达到改善练江水质的目的，是进行练江水环境治理的有效手段。而调补水措施对水生态环境的持续改善作用，可运用数值软件建立水质模型，通过模拟分析水系连通工程对练江流域水质改善作用机理，从而提出合理有效的调补水实施方案。