張建春 蔡云富

(1.黃石市水利水電工程質量監(jiān)督站， 湖北 黃石 435000；2.黃石市防汛抗旱工程技術監(jiān)測站， 湖北 黃石 435000)

基于生態(tài)服務功能的黃石城區(qū)湖泊群引水調度研究

張建春1蔡云富2

(1.黃石市水利水電工程質量監(jiān)督站， 湖北 黃石 435000；2.黃石市防汛抗旱工程技術監(jiān)測站， 湖北 黃石 435000)

黃石城區(qū)磁湖、青山湖及青港湖等湖泊群存在較嚴重的生態(tài)環(huán)境問題，采取生態(tài)引水調度工程措施進行治理極為迫切。本文以黃石市磁湖水污染綜合治理工程——江湖連通工程為依托，制定了基于生態(tài)服務功能的湖泊群引水調度引水線路方案，并通過分析論證取用水水量、水質、水位、位置等的合理性和可靠性。

湖泊群；引水調度；生態(tài)；污染治理

1 問題的引出

近幾年來，由于經濟、資源和生態(tài)環(huán)境發(fā)展的不協(xié)調及各種不利因素的影響，湖泊的生態(tài)環(huán)境受到不同程度的破壞，而且有進一步惡化的趨勢。磁湖由于長期以來城市建設廢水和污水未經處理直接排入，現(xiàn)狀水質較差，為Ⅴ類至劣Ⅴ類，湖泊水面面積逐年萎縮，湖區(qū)水生態(tài)環(huán)境惡化，嚴重影響城市居民生活環(huán)境。為改善不斷惡化的城市湖泊水環(huán)境，黃石市正在實施“黃石市磁湖水污染綜合治理項目”，即通過湖體清淤及底泥處理工程、江湖連通工程等六大工程綜合治理磁湖。目前已經實施的截污工程初見成效，但是截污工程的實施減少了入湖水量，因此在湖泊截污的同時，應考慮對湖泊進行生態(tài)補水。江湖連通工程充分利用了磁湖緊鄰長江的地理優(yōu)勢，將磁湖、青山湖、青港湖與長江連通，以江水補給湖水，湖泊水系暢通，形成江河湖港連為一體的磁湖生態(tài)水網(wǎng)，恢復湖泊生態(tài)環(huán)境，滿足水功能區(qū)劃管理目標Ⅳ類水質的要求。

2 水質狀況

2.1 磁湖

根據(jù)磁湖2012—2014年主要污染物排放監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，工業(yè)廢水排放量逐年減少，但生活污水排放量已經超過工業(yè)廢水排放量，廢水中COD、氨氮排放量呈增長趨勢。近兩年隨著污水處理廠的建設和治污力度的加大，工業(yè)廢水入湖量逐年減少。磁湖是以城市景觀和生態(tài)調節(jié)為主要功能的湖泊，2012—2014年水質為Ⅴ類、劣Ⅴ類，主要超標因子為總磷、高錳酸鹽指數(shù)等，見表1。

表1 磁湖近3年水質情況 單位：mg/L

2.2 青山湖

除4號子湖部分區(qū)域水色較正常外，其他幾個子湖水色都帶有棕褐色，透明度基本上在20～35cm之間，水質長期為劣Ⅴ類。各子湖的化學需氧量為40～55mg/L，生化需氧量為9.68～18mg/L，總磷水平為0.2～0.9mg/L，總氮水平為2.3～4.9mg/L，氨氮和硝氮分別是2.5～5.5mg/L和0.05～0.3mg/L，葉綠素a為66.03～159.03ug/L，4個子湖均屬于劣Ⅴ類水質。

2.3 青港湖

青港湖和青山湖、磁湖一樣，水質較差，基本處于Ⅴ類、劣Ⅴ類之間。

2.4 花湖水廠取水泵站附近

根據(jù)長江段水質監(jiān)測數(shù)據(jù)，黃石花湖水廠取水泵站附近水質狀況良好，各項指標達標率均為100%，該水質達到了地表水Ⅲ類水質標準。近3年水質監(jiān)測結果見表2。

表2 花湖水廠取水泵站附近長江近3年水質監(jiān)測結果

3 生態(tài)引水研究

3.1 生態(tài)引水線路

在黃石長江干堤(樁號57+417)青山湖旁新建青山湖提水泵站。經箱涵引長江水進入青山湖1號湖副湖后分兩路，一路先后進入青山湖1、2、3、4號湖，然后由青山湖排澇泵站排入長江；一路由盤龍山隧洞進入青港湖，再由兩個途徑流入南、北磁湖，經勝陽港閘匯入長江，其中一個途徑為經新建的王家橋生態(tài)港渠進入北磁湖后由勝陽港閘排入長江，另一個途徑為由青港湖經泵站提升后沿大泉路進入已有排雨水箱涵后進入南磁湖，再由勝陽港閘排入長江。引水線路見圖1。

圖1 磁湖江湖連通工程引水線路

3.2 取水工程設置的合理性

磁湖生態(tài)引水主要在枯水期，根據(jù)磁湖水位站及黃石港水位站資料統(tǒng)計，枯水期為10月—次年4月，磁湖、長江水位分別15.83m、11.63m，此時外江水位低于磁湖水位，故必須新建提水泵站作為取水工程。取水口上游長江外灘仍分布有釘螺，擬從長江深層取水才能避免釘螺的引入，不能取表層水，否則有引進血吸蟲的風險，也不宜修建引水閘，因此修建提水泵站。

3.3 提水規(guī)模及用水量的合理性

青山湖提水泵站的功能是提引長江水對青山湖、青港湖、磁湖進行生態(tài)補水，設計提水流量為8.0m3/s。為驗證泵站提水規(guī)模合理性，對不同引水規(guī)模進行研究，采用正交貼體曲線坐標下的平面二維水動力—物質輸運數(shù)學模型，計算不同引水規(guī)模情況下，磁湖的水質改善效果。磁湖在不同引水時間的水質情況見表3。

表3 磁湖主要指標濃度(考慮團城山污水處理廠) 單位：mg/L

從表3可知，對于不同提水規(guī)模，基本上都是引水規(guī)模越大，水質改善效果越好，但是對于指標TN，當引水10～15天時，引水規(guī)模為8.0m3/s時要好于10m3/s，這是由于降解自凈和稀釋自凈的共同作用的結果，因此，引水規(guī)模8.0m3/s是非常合適的。另外，當引水規(guī)模增大時，引水期會隨著規(guī)模增大而對底泥擾動增大，將會增加磁湖污染物濃度。

表4 磁湖主要指標濃度(考慮團城山污水處理廠) 單位：mg/L

由表4可知，引水規(guī)模為8m3/s時，南磁湖水質BOD5指標僅需3～7天就可達到Ⅳ類標準要求，就整個磁湖而言需10～20天左右可達到Ⅳ類標準要求。江湖連通生態(tài)引水改善水質效果較為明顯，一次引水20天磁湖水質基本可達到Ⅳ類水質標準要求。由于磁湖引水一次達到水質管理目標約需20天，根據(jù)適宜引水時段和泵站的運行時間，確定磁湖生態(tài)引水每年運行1～2次，多年平均按1.5次考慮，則多年平均用水量為2074萬m3。

3.4 引水天數(shù)和時間

磁湖可引水天數(shù)主要集中在5—10月，尤以7、8兩月引水天數(shù)最多，多年平均可引水天數(shù)分別為28.9天和23.3天；其次是6月和9月，多年平均可引水天數(shù)分別為19.8天和18.2天；5月和10月也有一定引水幾率，多年平均可引水天數(shù)分別為9.7天和9.4天；其它月份長江水位較低，引水幾率很小，甚至為0(見圖2)。

圖2 磁湖各月可引水幾率分析成果

3.5 內湖生態(tài)水位分析

由于不同類型的生態(tài)環(huán)境、社會和經濟特性的差異較大，不同區(qū)域湖泊的結構、水資源功能等的不同，決定湖泊最小生態(tài)需水量的計算方法有所不同。分別采用最低年平均水位法、年保證率設定法、湖泊形態(tài)分析法三種方法分析計算得到磁湖最低生態(tài)水位分別為：15.02m、15.35m和15.08m，取三者平均值15.15m作為磁湖最低生態(tài)水位。

4 調度原則

基于生態(tài)服務功能的湖泊群引水調度原則如下：

a.磁湖生態(tài)引水啟動條件。當磁湖水質出現(xiàn)以下三種情況中任意一種并且基本不影響城區(qū)的防洪排澇時，可啟動磁湖生態(tài)引水措施。

?當磁湖水位過低，影響磁湖景觀娛樂需求時；?當磁湖水質介于地表水Ⅲ、Ⅳ類之間，并且磁湖水質有繼續(xù)惡化低于Ⅳ類標準的趨勢時；?當磁湖發(fā)生重大水污染事件，影響磁湖沿岸的居民生活，經論證對磁湖進行生態(tài)引水后退水對下游城市生活、工業(yè)及農業(yè)灌溉取水口基本無影響時。

b.磁湖生態(tài)引水終止條件。當磁湖水質不低于地表水Ⅳ類標準且磁湖水位不影響磁湖景觀娛樂需求時，可報請終止磁湖生態(tài)引水措施。

c.磁湖生態(tài)引水應服從于長江防洪和內部排澇的需要。當磁湖需要進行生態(tài)引水時，青山湖提水泵站提水入青山湖，以實現(xiàn)磁湖生態(tài)引水及水體循環(huán)的目的。根據(jù)磁湖和長江水質、水位及運行費用等綜合情況分析，建議青山湖提水泵站運行期在10、11及4月較為合適。

d.根據(jù)工程布置方案，當長江水位高于內湖水位，低于長江干堤設防水位20.07m時，可以引長江深層水進入磁湖，避免血吸蟲的危害。應結合氣象預報引水期內不會發(fā)生暴雨而排澇時，進行自流引水。

e.應優(yōu)先對磁湖進行生態(tài)引水，青山湖生態(tài)引水可視磁湖水質改善效果及青山湖水質狀況而定。

f.由于南半湖現(xiàn)狀水質差于北半湖，生態(tài)引水初期，應按磁湖提水泵站設計規(guī)模對南半湖進行生態(tài)引水。磁湖南、北半湖流量的分配情況，應根據(jù)南、北半湖實時監(jiān)測的水質狀況進行調度。

g.生態(tài)引水設計水位。磁湖、青山湖設計水位16.83m，青山湖1號湖副湖設計水位17.63m，青港湖設計水位17.23m。

5 結 論

基于生態(tài)服務功能的湖泊群引水調度能加大江水與湖泊群內湖水體交換量，促使湖泊水體流動和水體更新，是一項增加水環(huán)境容量、提高水體自凈能力、加快水環(huán)境改善、促進水生態(tài)修復的重大生態(tài)水利措施。本文研究的主要結論為：

a.取用水合理性。為改善磁湖、青山湖及青港湖湖泊群水體水質，提出生態(tài)引水調度工程使江與湖、湖與湖之間得以連通，既能恢復江湖生態(tài)廊道，又能促進江湖生物交流，改善水環(huán)境，提高湖體環(huán)境承載力，對營造多樣的水生環(huán)境、促進湖泊休養(yǎng)生息具有積極意義，進而滿足水功能區(qū)水質IV類水標準要求，符合水功能區(qū)管理要求。生態(tài)引水調度工程設計取水流量8m3/s、多年平均取用水量為2074萬m3是合理的。

b.取水水源可靠性。長江黃石段P=95%設計保證率最枯1月平均流量為6140m3/s，相應徑流量為164.3億m3；95%保證率年徑流量為5915.9億m3。取水規(guī)模8m3/s，僅占最枯1月流量的0.13%；年用水量為2074萬m3，僅占P=95%保證率年徑流量的0.35%。三峽工程運行前取水口處工程運行期95%設計保證率最低水位為8.84m，高于泵站設計最低運行水位，三峽工程運行后磁湖江湖連通工程運行期內長江水量、水位均有所抬高，水位可以滿足工程要求。取水口處水質良好，達到Ⅲ類水質標準，經分析論證，水量、水位、水質均能滿足工程取水要求，以長江為取水水源是可靠的。

c.引水調度線路科學性。引水線路從新建青山湖提水泵站經青山湖湖底箱涵直接入青山湖1號湖副湖，以青山湖1號湖副湖為前池，水流將分兩路分別進入青山湖及青港湖。一路進入青山湖1、2、3及4號湖，經青山湖排澇泵站抽排入江；另一路經盤龍山隧洞進入青港湖，從青港湖水流分兩路分別進入磁湖，一路經王家橋生態(tài)港渠進入北磁湖，另一路則通過青港湖泵站、大泉路輸水箱涵及現(xiàn)有市政排水箱涵(大泉路、杭州西路、青漁路)進入南磁湖。長江水引入磁湖后分別經青山湖排澇泵站、勝陽港閘排入長江。

d.調度運行管理有效性。當磁湖水位過低，影響磁湖景觀娛樂需求時；或當磁湖水質介于地表水Ⅲ、Ⅳ類之間，并且磁湖水質有繼續(xù)惡化低于Ⅳ類標準的趨勢時；或當磁湖發(fā)生重大水污染事件，影響磁湖沿岸的居民生活，經論證對磁湖進行生態(tài)引水后退水對下游城市生活、工業(yè)及農業(yè)灌溉取水口基本無影響時，可報請啟動磁湖生態(tài)引水調度，確定引水調度運行方式。工程運行期需加強長江、磁湖、青山湖、青港湖的水質監(jiān)測，靈活調度，合理調配水量。fffffd

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Research on Huangshi downtown lake group water diversion schedule based on ecological service function

ZHANG Jianchun1,CAI Yunfu2

(1.HuangshiWaterResourcesandHydropowerEngineeringQualitySurveillanceStation,Huangshi435000,China;2.HuangshiFloodControlandDroughtReliefEngineeringMonitoringStation,Huangshi435000,China)

Cihu Lake,Qingshan Lake,Qinggang Lake and other lake groups in Huangshi downtown area have more serious ecological environment problems.Ecological water diversion scheduling project measures are adopted for treatment.It is an urgent project.In the paper,Huangshi Cihu Lake water pollution comprehensive treatment project—river-lake connection project is adopted as a support.Lake group water diversion scheduling water diversion route plan based on ecological service functions is formulated.Rationality and reliability of water intake quantity,water quality,water level,position,etc.are discussed through analysis.

lake group;water diversion scheduling;ecological;pollution control

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2015.09.002

X143

A

1005-4774(2015)09-0004-04