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        水庫(kù)調(diào)蓄對(duì)水環(huán)境變化的影響

        2021-10-29 04:09:46孫冬冬
        廣西水利水電 2021年5期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)

        孫冬冬

        (臨沂市水利水電工程建設(shè)監(jiān)理中心,山東 臨沂 276000)

        0 引言

        水資源對(duì)生產(chǎn)生活尤為重要,對(duì)位于水資源短缺的地區(qū)來(lái)說(shuō),人均水資源占有量匱乏,水需求量的持續(xù)增長(zhǎng),導(dǎo)致水資源矛盾日益突顯。隨著人口數(shù)量集聚增加、城市化進(jìn)程速度加快,導(dǎo)致地下水嚴(yán)重超采,地下水補(bǔ)給與排泄嚴(yán)重失衡,進(jìn)而引發(fā)地面沉降、地下水漏斗面積不斷擴(kuò)大、地下水污染等一系列問(wèn)題[1]。

        地下水在供水體系中扮演著重要角色。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì),某地區(qū)1999 年至今,水源地的地下水埋深快速下降導(dǎo)致的地下水資源累計(jì)虧損約18 億m2。持續(xù)下降的地下水水位使水資源的保障能力減弱,水源地開(kāi)采井近乎達(dá)到開(kāi)采的極限。南水北調(diào)工程的水庫(kù)調(diào)蓄工程啟動(dòng)有效地緩解了該地區(qū)水資源危機(jī)和供需矛盾,為水源區(qū)的地下水涵養(yǎng)和穩(wěn)定開(kāi)采創(chuàng)造了新的機(jī)遇[2]。南水北調(diào)水庫(kù)調(diào)蓄后,將自然下滲補(bǔ)給地下水,引起補(bǔ)水河道局部區(qū)域的地下水水位抬升。為此,本研究在調(diào)研補(bǔ)水前潮白河河道兩側(cè)的地下水環(huán)境現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,制定河水與地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方案,開(kāi)展地下水環(huán)境評(píng)價(jià);并建立地下水滲流模型及溶質(zhì)運(yùn)移模型,進(jìn)行研究區(qū)地下水水位回升對(duì)水質(zhì)影響程度的分析,保障潮白河河道周邊的水源地水質(zhì)安全,為水庫(kù)調(diào)蓄及后續(xù)統(tǒng)一調(diào)度提供參考。

        本次研究選取某平原區(qū)作為研究區(qū)域。研究區(qū)內(nèi)水系錯(cuò)綜復(fù)雜,以潮白河為主要河道。由于地表徑流長(zhǎng)期持續(xù)減少和常年地下水開(kāi)采量的增加,導(dǎo)致潮白河斷流,因此河谷地貌改變較大,河槽內(nèi)堆放大量的砂石料,河道多處留有廢棄的砂石坑,地勢(shì)不平,與兩側(cè)堤頂最大高差達(dá)30 m。根據(jù)多年的降雨數(shù)據(jù)資料,區(qū)內(nèi)6~10月為汛期,占年降水總量的85%,在7,8月份為暴雨集中期。

        本區(qū)地下水的溶解性總固體濃度為402~545 mg/L,pH 值為7.66~8.15,硬度在192~329 mg/L 之間,西豐樂(lè)、南法信一帶的錳離子含量為0.329~1.260 mg/L。在順義向陽(yáng)閘以南承壓水地區(qū),埋深50 m以內(nèi)的淺層地下水中氨氮濃度超標(biāo)較為嚴(yán)重。研究區(qū)第四系厚度大約在50~300 m,其沉積物廣布于溝谷和平原地區(qū),沿潮白河水流方向,第四系厚度逐漸增大,巖性由粗顆粒到細(xì)顆粒,層次由單一到復(fù)雜多層。

        1 水庫(kù)調(diào)蓄后水環(huán)境變化

        1.1 調(diào)水沿線水質(zhì)變化情況

        調(diào)水沿線河水水環(huán)境監(jiān)測(cè)方案:根據(jù)南水北調(diào)補(bǔ)給潮白河的輸水線路,結(jié)合周邊的水利設(shè)施和水環(huán)境狀況進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù),繪制了河道沿程電導(dǎo)率、溶解氧、pH 值分布圖(見(jiàn)圖1~圖3)。從圖1~圖3 可以看出,調(diào)水沿線水體中的電導(dǎo)率數(shù)值比較低,各采樣點(diǎn)的電導(dǎo)率在220~294 μS/cm范圍之間,并且比較穩(wěn)定,說(shuō)明水體中導(dǎo)電離子含量相對(duì)較少。離子濃度較低,水體的純凈度較高,間接反映了水質(zhì)較為優(yōu)良。各監(jiān)測(cè)斷面水體中溶解氧濃度均在3.9~7.0 mg/L 之間,只有2019 年8月的牛欄山橡膠壩處溶解氧達(dá)到了9.03 mg/L,屬于Ⅲ~Ⅳ類水體。各監(jiān)測(cè)斷面的pH值在6.70~9.30范圍內(nèi),偏堿性。

        圖1 調(diào)水沿程電導(dǎo)率分布

        圖2 調(diào)水沿程溶解氧濃度分布

        圖3 調(diào)水沿程pH值分布

        未遭受污染的天然水中的宏量無(wú)機(jī)組分主要包括Cl-,SO42-,CO32-,HCO3-等4 種陰離子;K+,Na+,Mg2+,Ca2+等4 種陽(yáng)離子,統(tǒng)稱八大離子。這些離子的含量能夠體現(xiàn)水體的化學(xué)性質(zhì),水質(zhì)優(yōu)良的天然水體中。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 補(bǔ)水區(qū)地下水水質(zhì)變化及評(píng)價(jià)

        根據(jù)潮白河受水河道周邊地下水背景水質(zhì)和補(bǔ)水過(guò)程中及停止補(bǔ)水后的地下水水質(zhì)變化,分析評(píng)價(jià)南水北調(diào)水源入滲對(duì)地下水水質(zhì)的影響。

        1.2.1 南水北調(diào)河道補(bǔ)水前后地下水水質(zhì)差異分析

        根據(jù)南水北調(diào)水源補(bǔ)水前潮白河河道周邊的地下水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果,水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)之間表現(xiàn)出了顯著的差異:潮白河河道周邊地下水中的鈣離子、重碳酸鹽、氯化物、總硬度、溶解性總固體等顯著高于南水北調(diào)水源,而pH 值和高錳酸鹽指數(shù)顯著低于南水北調(diào)水源,其余指標(biāo)差異性不大。二者常規(guī)指標(biāo)采用每升水中的各離子含量(mg),以南水北調(diào)前牛欄山橡膠壩及其附近W3監(jiān)測(cè)井離子濃度做對(duì)比(見(jiàn)表1)。

        表1 南水北調(diào)水源與補(bǔ)水前地下水常規(guī)指標(biāo)濃度對(duì)比mg/L

        5 6 7 8 91 0 11 12重碳酸鹽氯化物硫酸鹽溶解性總固體總硬度pH值氨氮高錳酸鹽指數(shù)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 河道補(bǔ)水前后地下水水質(zhì)對(duì)比

        在河道補(bǔ)水前后,對(duì)河道周邊的地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)井的水質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。在2018年受水前、受水初期和受水后的主要水質(zhì)指標(biāo)濃度見(jiàn)表2~表4。從表2~表4可以看出,地下水水位的抬升,也將包氣帶中的可溶組分帶入地下水中,致使南水入滲初期,地下水中的溶解性總固體濃度升高。但補(bǔ)水后,NO2-N 濃度大幅降低并達(dá)標(biāo),表明河水回補(bǔ)顯著改善了地下水中的硬度和NO2-N 濃度。這可能與南水北調(diào)水源的稀釋作用及其高濃度的溶解氧對(duì)NO2-N的硝化作用有密切關(guān)系。

        表2 2018年河道補(bǔ)水前地下水水質(zhì)狀況

        表4 2018年河道補(bǔ)水完成后地下水水質(zhì)狀況

        在2018 年停止補(bǔ)水1 個(gè)月后,與補(bǔ)水初期相比,地下水中的溶解性總固體濃度大幅降低,并低于補(bǔ)水前背景值,電導(dǎo)率也普遍降低。地下水中的總硬度普遍降低,參照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-93),單因子指標(biāo)按照從優(yōu)不從劣的原則,2018 年第一次補(bǔ)水結(jié)束后,溶解性總固體除W5 為Ⅲ類外,其余監(jiān)測(cè)井均為Ⅱ類,NO3-N為Ⅰ~Ⅲ類,NO2-N 為Ⅰ類,NH3-N 除4#井為Ⅲ類外,其余監(jiān)測(cè)井為Ⅰ類,pH值為Ⅰ類。

        總之,南水北調(diào)水源河道入滲對(duì)地下水水質(zhì)的改善比較顯著。在補(bǔ)水初期,包氣帶中的可溶組分一次性淋溶進(jìn)入地下水中,隨著補(bǔ)水持續(xù),地下水水質(zhì)濃度總體呈降低的變化特征,地下水水質(zhì)優(yōu)良。

        表3 2018年河道補(bǔ)水初期地下水水質(zhì)狀況

        2 溶質(zhì)運(yùn)移預(yù)測(cè)

        2.1 預(yù)測(cè)方案

        在水量模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行溶質(zhì)運(yùn)移模型模擬預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)時(shí)間為2021—2030 年。為了比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)地下水氯離子濃度場(chǎng)的遷移情況,以初始濃度場(chǎng)為背景,在水量模型的預(yù)測(cè)方案基礎(chǔ)上,預(yù)測(cè)10年后該區(qū)域氯離子的變化情況,為地下水的安全保障提供數(shù)據(jù)支持。

        2.2 預(yù)測(cè)結(jié)果

        2019年前后,利用模型預(yù)測(cè)的潮白河河道牛欄山橡膠壩上游左岸W3監(jiān)測(cè)井位置的地下水氯離子溶度變化情況見(jiàn)圖4。

        圖4 2019年前后W3監(jiān)測(cè)井氯離子濃度歷時(shí)變化曲線

        由圖4 可知,在南水北調(diào)調(diào)水初期,W3 監(jiān)測(cè)井的氯離子濃度有緩慢減少的趨勢(shì),對(duì)地下水水質(zhì)有所改善,隨著調(diào)水量的持續(xù)增加,氯離子濃度迅速下降,持續(xù)回補(bǔ)對(duì)氯離子的稀釋作用較明顯。由預(yù)測(cè)結(jié)果可知,南水北調(diào)水質(zhì)優(yōu)良,長(zhǎng)期調(diào)水回灌使得水源八廠附近氯離子濃度降低,密云再生水廠附近的氯離子濃度緩慢上升,懷柔再生水廠附近地下水氯離子濃度變化有明顯減小的趨勢(shì),順義再生水受水河道地下水氯離子濃度受南水北調(diào)水源影響較小,濃度變化起伏不大,受水河道附近的氯離子濃度保持穩(wěn)定良好的水環(huán)境狀態(tài)。

        3 結(jié)語(yǔ)

        南水北調(diào)水源河道入滲對(duì)地下水水質(zhì)的改善比較顯著。在南水北調(diào)水源調(diào)水沿程上,水質(zhì)總體優(yōu)良。水溫、溶解氧、pH 值等指標(biāo)在地表水體正常范圍之內(nèi)??偟诘乇硭箢惡廷纛悩?biāo)準(zhǔn)之間變動(dòng),總硬度、全鹽量以及八大離子含量較低。區(qū)域地下水均衡扭虧為盈,地下水水位抬升20 m 左右。受水河道附近的監(jiān)測(cè)井氯離子濃度有明顯的減小趨勢(shì)。隨著補(bǔ)水的進(jìn)行及停止補(bǔ)水后,地下水中各組分濃度呈先降低后緩慢升高的變化趨勢(shì),逐漸接近補(bǔ)水前的水質(zhì)濃度,地下水中的pH 值略呈升高趨勢(shì),體現(xiàn)了南水對(duì)地下水的稀釋作用占主導(dǎo)地位。潮白河河道補(bǔ)水后,生態(tài)效果有所改善。

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