水库调蓄对水环境变化的影响

孙冬冬

（临沂市水利水电工程建设监理中心，山东 临沂 276000）

0 引言

水资源对生产生活尤为重要，对位于水资源短缺的地区来说，人均水资源占有量匮乏，水需求量的持续增长，导致水资源矛盾日益突显。随着人口数量集聚增加、城市化进程速度加快，导致地下水严重超采，地下水补给与排泄严重失衡，进而引发地面沉降、地下水漏斗面积不断扩大、地下水污染等一系列问题[1]。

地下水在供水体系中扮演着重要角色。据有关统计，某地区1999 年至今，水源地的地下水埋深快速下降导致的地下水资源累计亏损约18 亿m2。持续下降的地下水水位使水资源的保障能力减弱，水源地开采井近乎达到开采的极限。南水北调工程的水库调蓄工程启动有效地缓解了该地区水资源危机和供需矛盾，为水源区的地下水涵养和稳定开采创造了新的机遇[2]。南水北调水库调蓄后，将自然下渗补给地下水，引起补水河道局部区域的地下水水位抬升。为此，本研究在调研补水前潮白河河道两侧的地下水环境现状的基础上，制定河水与地下水环境监测评价方案，开展地下水环境评价；并建立地下水渗流模型及溶质运移模型，进行研究区地下水水位回升对水质影响程度的分析，保障潮白河河道周边的水源地水质安全，为水库调蓄及后续统一调度提供参考。

本次研究选取某平原区作为研究区域。研究区内水系错综复杂，以潮白河为主要河道。由于地表径流长期持续减少和常年地下水开采量的增加，导致潮白河断流，因此河谷地貌改变较大，河槽内堆放大量的砂石料，河道多处留有废弃的砂石坑，地势不平，与两侧堤顶最大高差达30 m。根据多年的降雨数据资料，区内6～10月为汛期，占年降水总量的85%，在7，8月份为暴雨集中期。

本区地下水的溶解性总固体浓度为402～545 mg/L，pH 值为7.66～8.15，硬度在192～329 mg/L 之间，西丰乐、南法信一带的锰离子含量为0.329～1.260 mg/L。在顺义向阳闸以南承压水地区，埋深50 m以内的浅层地下水中氨氮浓度超标较为严重。研究区第四系厚度大约在50～300 m，其沉积物广布于沟谷和平原地区，沿潮白河水流方向，第四系厚度逐渐增大，岩性由粗颗粒到细颗粒，层次由单一到复杂多层。

1 水库调蓄后水环境变化

1.1 调水沿线水质变化情况

调水沿线河水水环境监测方案：根据南水北调补给潮白河的输水线路，结合周边的水利设施和水环境状况进行检测。根据水质检测数据，绘制了河道沿程电导率、溶解氧、pH 值分布图（见图1～图3）。从图1～图3 可以看出，调水沿线水体中的电导率数值比较低，各采样点的电导率在220～294 μS/cm范围之间，并且比较稳定，说明水体中导电离子含量相对较少。离子浓度较低，水体的纯净度较高，间接反映了水质较为优良。各监测断面水体中溶解氧浓度均在3.9～7.0 mg/L 之间，只有2019 年8月的牛栏山橡胶坝处溶解氧达到了9.03 mg/L，属于Ⅲ～Ⅳ类水体。各监测断面的pH值在6.70～9.30范围内，偏碱性。

图1 调水沿程电导率分布

图2 调水沿程溶解氧浓度分布

图3 调水沿程pH值分布

未遭受污染的天然水中的宏量无机组分主要包括Cl-，SO42-，CO32-，HCO3-等4 种阴离子；K+，Na+，Mg2+，Ca2+等4 种阳离子，统称八大离子。这些离子的含量能够体现水体的化学性质，水质优良的天然水体中。一般而言，Ca2+，Mg2+的含量高于Na+和K+的含量，HCO3-的含量高于Cl-和SO42-的含量。

1.2 补水区地下水水质变化及评价

根据潮白河受水河道周边地下水背景水质和补水过程中及停止补水后的地下水水质变化，分析评价南水北调水源入渗对地下水水质的影响。

1.2.1 南水北调河道补水前后地下水水质差异分析

根据南水北调水源补水前潮白河河道周边的地下水水质检测结果，水质常规指标之间表现出了显著的差异：潮白河河道周边地下水中的钙离子、重碳酸盐、氯化物、总硬度、溶解性总固体等显著高于南水北调水源，而pH 值和高锰酸盐指数显著低于南水北调水源，其余指标差异性不大。二者常规指标采用每升水中的各离子含量（mg），以南水北调前牛栏山橡胶坝及其附近W3监测井离子浓度做对比（见表1）。

表1 南水北调水源与补水前地下水常规指标浓度对比mg/L

5 6 7 8 91 0 11 12重碳酸盐氯化物硫酸盐溶解性总固体总硬度pH值氨氮高锰酸盐指数95.60 17.60 39.60 197.00 103.60 8.70 0.11 3.80 246.00 30.80 36.50 387.00 271.00 7.78 0.02 0.35

1.2.2 河道补水前后地下水水质对比

在河道补水前后，对河道周边的地下水环境监测井的水质进行了监测。在2018年受水前、受水初期和受水后的主要水质指标浓度见表2～表4。从表2～表4可以看出，地下水水位的抬升，也将包气带中的可溶组分带入地下水中，致使南水入渗初期，地下水中的溶解性总固体浓度升高。但补水后，NO2-N 浓度大幅降低并达标，表明河水回补显著改善了地下水中的硬度和NO2-N 浓度。这可能与南水北调水源的稀释作用及其高浓度的溶解氧对NO2-N的硝化作用有密切关系。

表2 2018年河道补水前地下水水质状况

表4 2018年河道补水完成后地下水水质状况

在2018 年停止补水1 个月后，与补水初期相比，地下水中的溶解性总固体浓度大幅降低，并低于补水前背景值，电导率也普遍降低。地下水中的总硬度普遍降低，参照《地下水质量标准》（GB/T14848-93），单因子指标按照从优不从劣的原则，2018 年第一次补水结束后，溶解性总固体除W5 为Ⅲ类外，其余监测井均为Ⅱ类，NO3-N为Ⅰ～Ⅲ类，NO2-N 为Ⅰ类，NH3-N 除4#井为Ⅲ类外，其余监测井为Ⅰ类，pH值为Ⅰ类。

总之，南水北调水源河道入渗对地下水水质的改善比较显著。在补水初期，包气带中的可溶组分一次性淋溶进入地下水中，随着补水持续，地下水水质浓度总体呈降低的变化特征，地下水水质优良。

表3 2018年河道补水初期地下水水质状况

2 溶质运移预测

2.1 预测方案

在水量模型的基础上进行溶质运移模型模拟预测。预测时间为2021—2030 年。为了比较准确地预测地下水氯离子浓度场的迁移情况，以初始浓度场为背景，在水量模型的预测方案基础上，预测10年后该区域氯离子的变化情况，为地下水的安全保障提供数据支持。

2.2 预测结果

2019年前后，利用模型预测的潮白河河道牛栏山橡胶坝上游左岸W3监测井位置的地下水氯离子溶度变化情况见图4。

图4 2019年前后W3监测井氯离子浓度历时变化曲线

由图4 可知，在南水北调调水初期，W3 监测井的氯离子浓度有缓慢减少的趋势，对地下水水质有所改善，随着调水量的持续增加，氯离子浓度迅速下降，持续回补对氯离子的稀释作用较明显。由预测结果可知，南水北调水质优良，长期调水回灌使得水源八厂附近氯离子浓度降低，密云再生水厂附近的氯离子浓度缓慢上升，怀柔再生水厂附近地下水氯离子浓度变化有明显减小的趋势，顺义再生水受水河道地下水氯离子浓度受南水北调水源影响较小，浓度变化起伏不大，受水河道附近的氯离子浓度保持稳定良好的水环境状态。

3 结语

南水北调水源河道入渗对地下水水质的改善比较显著。在南水北调水源调水沿程上，水质总体优良。水温、溶解氧、pH 值等指标在地表水体正常范围之内。总氮在地表水Ⅲ类和Ⅳ类标准之间变动，总硬度、全盐量以及八大离子含量较低。区域地下水均衡扭亏为盈，地下水水位抬升20 m 左右。受水河道附近的监测井氯离子浓度有明显的减小趋势。随着补水的进行及停止补水后，地下水中各组分浓度呈先降低后缓慢升高的变化趋势，逐渐接近补水前的水质浓度，地下水中的pH 值略呈升高趋势，体现了南水对地下水的稀释作用占主导地位。潮白河河道补水后，生态效果有所改善。