張琳琳

(阿克蘇水文勘測(cè)局，新疆 阿克蘇 843000)

臺(tái)蘭河洼地水庫(kù)是一座以補(bǔ)充灌溉和補(bǔ)充地下水庫(kù)為主的引水注入式中型水庫(kù)。為了減小水庫(kù)建成運(yùn)行對(duì)區(qū)域水環(huán)境的影響，就需對(duì)水庫(kù)運(yùn)行對(duì)區(qū)域水環(huán)境的影響進(jìn)行分析。

1 概況

新疆溫宿縣臺(tái)蘭河洼地水庫(kù)是國(guó)家水利改革發(fā)展“十三五”規(guī)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目，工程主要由引水樞紐、引水工程、洼地水庫(kù)工程、供水線路等建筑物組成。洼地水庫(kù)庫(kù)址位于臺(tái)蘭河老龍口左岸1.2～3.8km范圍內(nèi)[1]，壩址以上集水面積5824km2，多年平均徑流量7.43億m3。洼地水庫(kù)總庫(kù)容為5582萬(wàn)m3，水庫(kù)建成后，可年供水量3749萬(wàn)m3，其中向地下水庫(kù)補(bǔ)水量2695萬(wàn)m3。

2 水質(zhì)及水環(huán)境監(jiān)測(cè)情況

臺(tái)蘭河是一條以積雪融水和降雨為主的河流[2]，為獨(dú)立水系，流域總面積3274.8km2。臺(tái)蘭河新龍口以上河段為源頭水保護(hù)區(qū)，現(xiàn)狀水質(zhì)為Ⅰ類，水質(zhì)目標(biāo)為Ⅰ類。新龍口以下河段水功能以農(nóng)業(yè)灌溉為主，并承擔(dān)部分民在生活飲水任務(wù)，現(xiàn)狀水質(zhì)為Ⅰ類，水質(zhì)目標(biāo)為Ⅱ類。為了掌握水質(zhì)變化情況，在洼地水庫(kù)淹沒(méi)區(qū)回水末端、水庫(kù)中央斷面、壩址下游500m處分別布設(shè)3個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：pH、溶解氧、COD、BOD5、氨氮、總磷、總氮、氟化物、砷化物、六價(jià)鉻、鐵、錳、銅、鋅、硒、汞、鉛、糞大腸菌群等[3]。監(jiān)測(cè)時(shí)間為每年的豐、平、枯三期進(jìn)行，每期采樣兩次，每次時(shí)間間隔大于5d。

3 對(duì)水質(zhì)的影響分析

洼地水庫(kù)運(yùn)行期水環(huán)境影響主要表現(xiàn)在對(duì)臺(tái)蘭河區(qū)域水質(zhì)、地下水、水生態(tài)環(huán)境的影響等方面。

3.1 水庫(kù)運(yùn)行期間對(duì)水質(zhì)的影響

根據(jù)調(diào)查，水庫(kù)淹沒(méi)區(qū)土壤鹽分含量不超過(guò)0.1%。水庫(kù)面積為5.61km2，溶解深度取2m，庫(kù)容4037萬(wàn)m3，假設(shè)蓄水后可溶鹽一次性全部溶入水體，經(jīng)計(jì)算水體礦化度升高幅度僅為0.03g/l。類比新疆境內(nèi)已建平原水庫(kù)蓄水后水質(zhì)變化情況后認(rèn)為：由于溫宿縣臺(tái)蘭河洼地水庫(kù)水質(zhì)本底狀況較好，蓄水后不致于發(fā)生庫(kù)區(qū)土壤中可溶物質(zhì)溶入水體造成水庫(kù)水質(zhì)劣變的情況。

溫宿縣臺(tái)蘭河洼地水庫(kù)建成后，水力條件、水體邊界條件將發(fā)生變化，進(jìn)而對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生影響。為此，對(duì)庫(kù)區(qū)水質(zhì)指標(biāo)的預(yù)測(cè)，將通過(guò)水庫(kù)非持久性污染物BOD5的濃度預(yù)測(cè)來(lái)反映。另外，水庫(kù)興建后，水體中營(yíng)養(yǎng)元素(N、P)的富集，也會(huì)對(duì)水質(zhì)造成一定的影響，因此，也需對(duì)蓄水后營(yíng)養(yǎng)元素的變化情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3.1.1流速減緩對(duì)水質(zhì)的影響

河水經(jīng)水庫(kù)調(diào)蓄后，流速減緩，有利于洪水期主要污染物(如SS)的物理沉淀，這主要是由于重金屬在天然水體中主要附著在固體顆粒物上，水體流速的減緩，沉淀作用增大，對(duì)重金屬析出水體有益。

流速減緩可形成庫(kù)面漂浮物，特別是汛期，飄浮物可能增加，運(yùn)行期應(yīng)配備打撈船只，進(jìn)行庫(kù)面清理。在采取上述措施后，將可避免庫(kù)面漂浮物對(duì)庫(kù)水質(zhì)產(chǎn)生影響。

3.1.2BOD5指標(biāo)預(yù)測(cè)

水庫(kù)中BOD5濃度的預(yù)測(cè)采用完全混合衰減模式[4]，其具體解析形式為：

(1)

當(dāng)庫(kù)水水質(zhì)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，上式則可改寫(xiě)為：

C=(Cp·Qp+W0)/V·kh

(2)

kh=(Qh/V)+(k1/86400)

(3)

式中，C—水庫(kù)污染物(BOD5)的平均濃度，mg/l；Qh—庫(kù)水流進(jìn)流出量，m3/s；Cp—污染物排放濃度，mg/l；V—水庫(kù)體積，m3；Qp—污染物排放流量，m3/s；kh—中間變量；Ch—庫(kù)水中污染物(BOD5)的現(xiàn)狀濃度，mg/l；W0—庫(kù)中現(xiàn)有污染物的排入量，g/s；t—時(shí)間，s；k1—耗氧系數(shù)，d-1。

對(duì)于本工程而言，由于其周邊無(wú)廢水排入，故式中Cp、Qp均為零，水庫(kù)體積選用興利調(diào)節(jié)庫(kù)容，為4037萬(wàn)m3。選用擬建溫宿縣臺(tái)蘭河洼地水庫(kù)引水口斷面BOD5濃度Ch值為2.8mg/L，作為現(xiàn)有污染物入庫(kù)量，入庫(kù)流量按新建引水渠設(shè)計(jì)流量計(jì)算，為40.0m3/s。耗氧系數(shù)為5.87×10-7，則庫(kù)中現(xiàn)有污染物排入量為9.1g/s。

根據(jù)選定的水質(zhì)預(yù)測(cè)條件，按照確定的水質(zhì)模型及參數(shù)，對(duì)溫宿縣臺(tái)蘭河洼地水庫(kù)的水質(zhì)狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)，在P=50%時(shí)，BOD5為0.54mg/l。計(jì)算結(jié)果表明，水庫(kù)蓄水期間，水質(zhì)良好，流態(tài)的改變有利于洪水期主要污染物SS的物理沉淀和重金屬污染物的附著沉降。

3.1.3水體營(yíng)養(yǎng)元素富集對(duì)水質(zhì)的影響

工程建成運(yùn)行后，水體在庫(kù)中滯留時(shí)間增加，適宜植物營(yíng)養(yǎng)元素N、P的積累。營(yíng)養(yǎng)元素是水體富營(yíng)養(yǎng)化的物質(zhì)基礎(chǔ)[5]，若是TN、TP過(guò)高，會(huì)促使藻類大量生長(zhǎng)，有誘發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化的可能。水溫低于25℃時(shí)，藻類生長(zhǎng)緩慢；深水水庫(kù)不宜藻類繁衍、水體交緩作用不強(qiáng)不利于藻類生長(zhǎng)等。

溫宿縣臺(tái)蘭河洼地水庫(kù)建成后，水溫較低，且水庫(kù)水體交換頻繁，這些條件均不利于藻類繁殖。綜上，溫宿縣臺(tái)蘭河洼地水庫(kù)運(yùn)行期間，水體不會(huì)發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。

3.2 對(duì)地下水環(huán)境的影響

3.2.1對(duì)工程區(qū)域地下水環(huán)境的影響

(1)對(duì)引水工程區(qū)地下水環(huán)境的影響

工程引水渠道全長(zhǎng)5.47km，引水工程區(qū)地下水類型主要為孔隙潛水，存在于第四系堆積層中，埋藏較深。據(jù)洼地的鉆孔資料表明，地下水埋深大于40m。主要補(bǔ)給源來(lái)自于臺(tái)蘭河出山口潛流、北側(cè)地下水及大氣降雨入滲。地下水由北向南徑流。根據(jù)主體設(shè)計(jì)，引水渠采用梯形斷面形式，渠深1.88m。因此，引水渠開(kāi)挖范圍內(nèi)無(wú)地下水出漏。另外，渠道全線采取防滲結(jié)構(gòu)，其運(yùn)行不會(huì)引發(fā)嚴(yán)重渠道滲漏問(wèn)題，不會(huì)產(chǎn)生地面沉降、地裂縫、巖溶塌陷、土壤鹽漬化、沼澤化等環(huán)境水文地質(zhì)問(wèn)題。

(2)對(duì)水庫(kù)蓄水區(qū)地下水環(huán)境的影響

根據(jù)該區(qū)的地質(zhì)條件，庫(kù)區(qū)內(nèi)沒(méi)有貫穿庫(kù)岸的大斷裂，水庫(kù)蓄水后，水庫(kù)通過(guò)西域礫巖(Q1x)向臺(tái)蘭河滲水量很小，大部分是通過(guò)老洪積扇向南端滲水。并且老洪積扇的南端發(fā)育一條流向臺(tái)蘭河的沖溝，溝底高程1470～1500m，溝底低于臨近庫(kù)盆0～20m；沖溝與庫(kù)盤(pán)之間為中等～強(qiáng)透水的砂卵礫石，水庫(kù)蓄水后存在向西側(cè)老洪積扇，特別是沖溝滲水的通道。

據(jù)探坑和鉆孔揭露：庫(kù)盤(pán)表層為大厚度的第四系砂卵礫石層，滲透系數(shù)為5×10-2～6×10-3cm/s，鉆孔的鉆進(jìn)中部分段漏水嚴(yán)重，出現(xiàn)不返水現(xiàn)象，表明砂卵礫石屬中等～強(qiáng)透水層，局部為極強(qiáng)透水層，可見(jiàn)水庫(kù)存在庫(kù)盤(pán)滲漏問(wèn)題。范圍為洼地水庫(kù)庫(kù)周500m范圍，引水輸水渠線兩側(cè)200m范圍。工程可研階段采取對(duì)水庫(kù)庫(kù)盤(pán)進(jìn)行全斷面水平鋪膜防滲處理。防滲處理后水庫(kù)基本不透水，對(duì)庫(kù)區(qū)地下水環(huán)境影響較小。

(3)對(duì)供水渠線區(qū)地下水環(huán)境的影響

工程供水渠道全長(zhǎng)4.43km，供水線路所經(jīng)過(guò)的地形地質(zhì)條件與引水線路類似，渠深2.0m。因此，供水渠線區(qū)域?qū)Φ叵滤h(huán)境影響與引水渠線對(duì)地下水環(huán)境影響基本一致。

3.2.2對(duì)工程影響區(qū)地下水的影響

臺(tái)蘭河河道進(jìn)入平原區(qū)，河床地形相對(duì)較低，兩岸地下水位高于河床，河道中的地表水難以向地下水轉(zhuǎn)化。溫宿縣地下水監(jiān)測(cè)站有7處。通過(guò)對(duì)區(qū)域地下水監(jiān)測(cè)資料分析可知，臺(tái)蘭河灌區(qū)大量開(kāi)采地下水，導(dǎo)致該地區(qū)地下水位下降，加劇了野生植被的衰退和死亡，荒漠化勢(shì)頭擴(kuò)大。洼地水庫(kù)工程的興建可完善灌區(qū)的水利系統(tǒng)，改善灌區(qū)下游補(bǔ)、徑、排條件，實(shí)現(xiàn)流域地表水與地下水綜合調(diào)度配置，每年向地下水庫(kù)補(bǔ)水2695萬(wàn)m3，在調(diào)洪補(bǔ)清的作用下，對(duì)地下水水位恢復(fù)具有積極作用，有利于流域下游胡楊、紅柳和旱生荒漠植被的生長(zhǎng)。

3.3 對(duì)典型斷面水文情勢(shì)的影響

本次共設(shè)置4個(gè)典型斷面，即國(guó)電引水樞紐斷面、新龍口斷面、十七公里閘斷面、阿庫(kù)木閘斷面。對(duì)于國(guó)電引水樞紐斷面、新龍口斷面、十七公里閘斷面3斷面，分析P=85%頻率逐月水文情勢(shì)變化內(nèi)容，預(yù)測(cè)結(jié)果及分析：

3.3.1國(guó)電引水樞紐斷面水文情勢(shì)變化分析

國(guó)電引水樞紐斷面位于洼地水庫(kù)上游?，F(xiàn)狀國(guó)電引水樞紐斷面下泄河道水量6081萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)水平年2030年下泄河道水量20567萬(wàn)m3，較現(xiàn)狀增加了14486萬(wàn)m3，約占現(xiàn)狀下泄河道水量238.22%。

3.3.2新龍口斷面水文情勢(shì)變化分析

建庫(kù)前新龍口斷面河道水量數(shù)據(jù)采用天然徑流扣減國(guó)電引水；新龍口斷面為本工程新增引水口斷面，現(xiàn)狀該斷面無(wú)其它引水口，建庫(kù)后新龍口斷面下泄河道水量數(shù)據(jù)采用建庫(kù)后河道下泄水量和余水量之和?，F(xiàn)狀新龍口斷面下泄河道水量6081萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)水平年2030年下泄河道水量13637萬(wàn)m3，較現(xiàn)狀下泄河道水量增加了7556萬(wàn)m3，約占現(xiàn)狀下泄河道水量124.4%，這主要是因?yàn)榕_(tái)蘭河灌區(qū)實(shí)行退地及節(jié)水改造，農(nóng)業(yè)總需水量減少，同時(shí)受水庫(kù)調(diào)配，改變了徑流的天然年內(nèi)分配，轉(zhuǎn)變?yōu)榘聪掠喂鄥^(qū)需水的供水過(guò)程，優(yōu)化了灌溉制度。

3.3.3十七公里閘斷面水文情勢(shì)變化分析

十七公里閘斷面為國(guó)電二級(jí)電站退水渠斷面，發(fā)電引水量超過(guò)下游農(nóng)業(yè)灌溉需水要求時(shí)，余水退入河道，建庫(kù)前后水文情勢(shì)變化不大，月均流量變化范圍在-50%～49.96%，月均流量變化最大的為10月。

3.3.4“阿庫(kù)木閘”斷面(胡楊林區(qū)代表斷面)

本次評(píng)價(jià)選取阿吉力克溝上新龍口下游約40km處的“阿庫(kù)木閘”斷面，分析工程建設(shè)前后水量特別是洪量變化。根據(jù)洼地水庫(kù)運(yùn)行方式，當(dāng)上游來(lái)水流量大于144m3/s時(shí)，因泥沙含量過(guò)大，即關(guān)閉進(jìn)水閘，停止引水，因此工程運(yùn)行后對(duì)大于144m3/s的洪峰無(wú)影響。

本次評(píng)價(jià)依據(jù)臺(tái)蘭河水文站到下游各節(jié)點(diǎn)的洪峰流量相對(duì)衰減率，采用間接推求的公式計(jì)算，取臺(tái)蘭河水文站20%頻率(5年一遇)洪水，7日洪量進(jìn)行典型計(jì)算，從7日洪水過(guò)程線中切割出144m3/s洪峰以下部分，最終推求工程建前后對(duì)洪量的消減。現(xiàn)狀年2020年20%頻率(5年一遇)洪水7日洪量為4006萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)水平年2030年為1828萬(wàn)m。結(jié)果表明受洼地水庫(kù)引水影響下20%頻率(5年一遇)7日洪水在阿庫(kù)木閘處減少了1074萬(wàn)m3。

4 結(jié)語(yǔ)

溫宿縣臺(tái)蘭河洼地水庫(kù)是新疆自治區(qū)列入的25座大中型水庫(kù)之一。經(jīng)分析探討，水庫(kù)蓄水后，有利于補(bǔ)充灌區(qū)用水和區(qū)域水資源配置，提高區(qū)域供水能力和水資源利用，對(duì)區(qū)域水質(zhì)影響較小，水體出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化的可能性不大。但對(duì)下游水文情勢(shì)影響較大，改變了徑流的天然年內(nèi)分配和洪水調(diào)蓄，利大于弊。水庫(kù)建設(shè)不足之外是，庫(kù)區(qū)西側(cè)為老洪積扇，是沖溝滲水的通道。庫(kù)盤(pán)表層屬中等～強(qiáng)透水層，局部為極強(qiáng)透水層，存在庫(kù)盤(pán)滲漏問(wèn)題，在建設(shè)前需進(jìn)行全斷面水平鋪膜防滲處理。為類似工程水環(huán)境影響分析提供借鑒。