三河口水库富营养化预测

高少泽,权 全,寇晓梅,万 帆,牛 乐

(1.西安理工大学，陕西 西安 710048;2.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710061)

0 引言

为满足人类生产生活的需求，大量的水利枢纽工程拔地而起，土地需求量、河道开发利用程度不断加大，一系列的生态环境问题随之凸显，尤其是水生态环境方面的问题。随着我国社会经济实力不断增强，人们的思想不再停留于只搞“大开发”，而是开始着眼于“大保护”，生态文明建设意识不断增强，大型水利工程枢纽所带来的生态环境安全的破坏受到了重视，生态修复成为热点话题。

引汉济渭工程对生态环境的影响范围较广，其水源工程黄金峡水库、三河口水库淹没占地及其主体工程占地，秦岭输水隧洞的工程占地，水源工程和输水工程移民安置区等，其总占地面积约为20 km2。该水资源配置系统工程，难度系数极大，牵涉面极广，影响因素也众多。在这种情况下，必然会对生态环境以及生物多样性造成一系列的不利影响。

针对水源地工程，水库富营养化是在水库运行期最大的威胁[1]。水体富营养化预测是新建水库的环境影响评价的重点，对水质参数进行精准预测，掌握水质变化趋势，具有重要的理论价值和现实意义[2]。由于水位的季节性波动变化，湿地中的植被频繁受到不同程度的水淹影响，导致了对水位变化不适应的植被大量消亡，造成该湿地区域植被群落减少，破坏了环境的稳定性，使得如水土流失，水质恶化现象等损害生态系统的问题多次出现[3]。近些年来，发现我们对水库消落区的研究仅仅体现在减少水土流失、维持岸坡稳定、元素能量的循环转化等方面，对消落区湿地植被的研究不是很多，未引起重视。本文根据水质监测数据，在对三河口水库开展富营养化趋势预测分析的基础上，对高风险概率的区域提出合理化的管理和防治建议，为三河口库区水体污染治理提供理论支持和科学依据。

1 概况

三河口水利枢纽是引汉济渭工程的重要水源之一，也是整个引汉济渭工程中具有较大水量调节能力的核心项目。枢纽位于整个引汉济渭工程调水线路的中间位置，是整个工程的调蓄中枢。 枢纽位于佛坪县与宁陕县境交界、 汉江一级支流子午河中游峡谷段，坝址位于大河坝乡三河口村下游约2 km 处，公路里程北距西安市约 170 km，南距汉中市约120 km，东距安康市约 140 km，北距佛坪县城约 36 km，东距宁陕县城约 55 km，南距安康市石泉县城约 53 km，西距洋县县城约60 km。三河口水利枢纽主要由包括拦河大坝、泄洪放空系统、供水系统和连接洞等组成。水库总库容为 7.1 亿 m3，调节库容 6.5 亿 m3，死库容 0.23 亿 m3。

三河口水库水源区包括有溪河回水约 21 km 江段，蒲河回水约 18 km 江段，汶水河回水约 30 km 江段。水库坝下游评价范围延伸至子午河入汉江口，约 55 km 江段。水库调水运行后坝前水位平均升高 97.39 m，枯水期水位升幅明显，坝后河段水位降低 0.06 m～0.78 m，库区水流流速减缓，由河道急流变为湖泊缓流，坝下游流速减小幅度为 0.01 m/s～0.15 m/s。建库后，库内泥沙淤积较慢，对河段输水量影响不大。

2 设计水平年污染源及水质预测

2.1 污染源预测

三河口水库无点源污染，影响区主要面源来源的农蓄牧业至规划水平年期间继续增长，但受产业结构调整的限制，增长速度会放慢，考虑到影响区将采取退耕还林和水土保持等措施，使化肥施用量有所下降，同时部分生活面源转化为点源，在不考虑其他因素的情况下， 2025 年和 2030 年影响区面源产生量仍以现状年为准。

2.2 水质预测

陕西省引汉济渭工程环境影响报告书中，2011 年子午河三河口库区及坝下5 个监测断面各水期水质均达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅱ类水质标准，满足《陕西省水功能区划》规定的水质目标要求。2025 年预测结果表明，各水平年各断面在丰水年、平水年、枯水年和特枯年，高锰酸盐指数和氨氮浓度调水后呈增加的趋势;不同代表年枯水期浓度变幅最大，丰水期浓度变幅最小。各水平年预测结果均不改变该河段水体现状水质类别，即满足《地表水环境质量标准》(GH 3838-2002)中Ⅱ类水质标准，符合《陕西省水功能区划》中该河段Ⅱ类水质目标要求。因此，工程运行对三河口库区河段总体水质影响不大，三河口水库总体水质良好。

3 水库富营养化预测与评价

3.1 模型选择及参数确定

三河口水库富营养化预测采用狄龙(Dillon)模型[4]，分别对水体中的高锰酸盐指数、总磷和总氮的浓度进行预测。模型的数学表达式如下:

式中:C为水库水体中氮、磷浓度，mg/L;E为水库单位面积氮、磷负荷量，g/m2;R为氮、磷滞留系数;H为水库平均深度，m;ρ为水力冲刷系数。

单位面积氮、磷负荷量E计算公式如下:

氮、磷滞留系数R计算公式如下:

其中Qi公式如下:

水力冲刷系数ρ计算公式如下:

式中:Qin为入流流量，m3/s;Pin为输入水库的总磷、总氮浓度，mg/L;A为水库表面积，m2;Qi为单位面积水量负荷，m;Q为入库水量，m3;V为水库库容，m3。

3.2 水库富营养化评价

经预测，三河口水库建成后，高锰酸盐指数、总磷、总氮浓度均能达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅱ类水质标准[5]。预测结果见表1。

表1 三河口水库各指标预测结果

参照湖泊(水库)营养状态评价标准表(见表2)。三河口水库全库全年总磷、总氮、高锰酸盐指数为贫营养状态，入库支流汶水河、椒溪河以及蒲河各指标均为贫营养状态。

表2 湖泊(水库)营养状态评价标准

由于三河口水库为多年调节水库，蒲河、汶水河回水区水体流动缓慢，夏季水温较高等特点，分析认为，三河口水库运行期出现整体富营养化的可能性不大，但由于水体总磷、总氮本底浓度较高，加上水库蓄水初期被淹植物残体氮、磷的释放，在水库蓄水后的3 年～5 年内，水库中死水区、库汊的水体，不排除出现富营养化的可能。且直接容纳较多点源排放的污染物，会出现水质变差、有机污染物及营养物浓度增加的趋势，夏季适宜条件下有富营养化的可能。

4 结论与建议

(1)三河口水库为年调节水库，调节性能较强，水库水交换缓慢，尤其是支流及库湾水流流速缓慢。由于水体总磷、总氮本底浓度较低，三河口水库运行期出现整体富营养化的可能性不大，但水库死水区、库汊的水体以及支流(椒溪河、汶水河、蒲河)等库区主要支流在夏季适宜条件下不排除有富营养化的可能，故在植被修复时需要考虑到植被的水质净化作用。

(2)三河口库区消落带植被重建的物种筛选仍将集中在当地物种的择优选取，应该依据库区消落带的实际调水节律和反复淹水的特点进行长期的筛选试验，除了通过测定植物的生长情况和光合特性等方面随着水位涨落的变化来判断其耐淹耐旱程度，研究时还将考虑物种在非生长季的淹水情况，对当地生态的影响，以及种间和群落关系等多方面因素。