三峡库区蓄水对含沙水体水质的影响分析

第２７卷第５期　２０１１年９月　水资源保护　Ｖ０１．２７　Ｎｏ．５　Ｓｅｐ．２０１１　ＷＡＴＥＲ　ＲＥＳ０ＵＲＣＥＳ　ＰＲ　ｒＥＣ兀ＯＮ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４—６９３３．２０１１．０５．０１２　三峡库区蓄水对含沙水体水质的影响分析　彭期冬　，吕平毓２，禹雪中　（１．中国水利水电科学研究院，北京　１０００３８；２．长江上游水环境监测中心，重庆４０００１４）　摘要：根据三峡库区蓄水前后监测的水文、水质及泥沙资料，分析水文、水质、泥沙等指标的变化情况。对蓄　水前后泥沙的变化引起的水质变化进行讨论。结果表明：蓄水后由于泥沙大量淤积，库区含沙量显著减小，　引起相应的浑样污染物浓度明显减小．水库运行过程中应充分重视泥沙对水环境的影响。　关键词：蓄水；泥沙；水质；环境影响；三峡水库　中图分类号：Ｘ８２４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—６９３３（２０１１）０５—００５２—０３　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｉｍｐｏｕｎｄｉｎｇ　ｏｎ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｂｏｄｙ　ｗｉｔｈ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ＰＥＮＧ　Ｑｉ－ｄｏｎｇ‘，ＬＶ　ＰｉＩｌｇ－　，ＹＵ　Ｘｕｅ－ｚｈｏｎｇ‘　（１．Ｃｈｉｎａ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３８，Ｃｈｉａ；２．Ｖｐｓｔｎｒｅａｍ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｗａｔｅｒ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００１４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｗａｔｅｒ　ｆｌｏｗ，ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｙ　ｄａｔｔａ　ｆｒｏｍ　ｂｅｆｏｒｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｉｍｐｏｕｎｄｉｎｇ，ｃｈａｎｇｅｓ　ｉｎ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｉｎｄｅｘｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ，ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ，ａｎｄ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｂｅｆｏｒｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｕｎｄｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｄｅｃｒｅａｓｅｓ　ｓｉｇｎｉｉｃａｎｔｌｙ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｐｏｓｉｆｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　ｌａｒｇｅ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｕｓｅｓ　ｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｔｏｎｄｉｎｇ　ｔｏｔａｌ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ　ｔｏ　ｓｉｇｎｉｉｃａｎｔｌｆｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅ．Ｆｕｌｌ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｐａｉｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｍｐｏｕｎｄｉｎｇ；ｓｅｄｉｍｅｎｔ；ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｉｍｐａｃｔ；Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　２００３年三峡水库开始蓄水，６月中旬坝前水位　达到１３５ｍ，１１月初蓄水到１３９ｍ。水库回水末端的　变动位置大约在涪陵李渡至清溪场一带。丰都以下　及变化规律均缺乏系统认识。笔者为了分析蓄水后　水流变缓对库区泥沙淤积和水质产生的影响，对蓄　水前后长江干流上朱沱至奉节５个常规监测断面　（图１）的监测数据进行对比分析，从中得到一些泥　沙和水质方面的变化和趋势。　受水库壅水影响较大，水深增加较多，流速大幅减　小。在变动回水区内，水流也有不同程度的减缓¨Ｊ。　水库蓄水后将造成库区泥沙淤积　Ｊ，淤积泥沙吸附　大量污染物，对库区的水质将产生较大影响［２－４］。针　对三峡水库蓄水后对库区水环境的影响，有学者对一　些库区和支流的交汇河口产生富营养化现象的可能　性进行了分析＿４Ｊ，也有学者对三峡水库蓄水对库区水　质的影响进行了预Ｎ　Ｅ５ｊ。但是目前这些工作都没有　考虑库区水环境中重要的组成之一——泥沙的因素。　三峡蓄水后，由于库区大量泥沙淤积，这种变化　对库区水环境的影响，目前研究尚不充分，对其机理　图１监测断面位置示意图　基金项目：国家科技重大专项（２００９ＺＸ０７２１１－００９￣４）；国家自然科学基金（５０７０９０３３）　作者简介：彭期冬（１９７５一），男，重庆人，工程师，硕士，主要从事水生态及水环境保护研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｅｎｇｑｄ＠ｉｗｈｒ．ＣＯｉＴＩ　・５２・　１数据获取　笔者分析中使用蓄水前后２个序列监测数据，　其监测断面、监测时间及监测频次见表１。　表１监测断面、时间和频次　变粗的情况下，万县和奉节的泥沙粒径细化主要受　三峡水库蓄水的影响，该库区江段流速减缓，粗粒径　泥沙沉降加剧，细化现象显著。　２．２蓄水对含沙量的影响　在泥沙粒径沿程细化的同时，由于泥沙的沉降，　沿程泥沙含量也在不断减小。图３表示了蓄水前后　沿程各断面平均含沙量的变化情况。　ｆ　０　８　Ｏ．６　蔓　鲤　监测项目除了常规的水文、水质指标外，还对浑　样、清样以及各粒径泥沙对应的水质指标进行了监　测，监测指标见表２。　表２监测指标　水文指标　水质指标　ＴＰ，ＴＮ，ＣＯＤ￣，ＢＯＤ舭５，ＤＯＯ　４　０　２　０　朱　沱　寸滩　清溪场　万县　断面　奉节　图３蓄水前后断面平均含沙量沿程变化　气温、水温等　．Ｎ、　、　、　、　、矿化度等　级配　～　一苷、　沙量沿程变化不大，蓄水后断面平均含沙量沿程减　少，尤其在万县和奉节２个断面，减小趋势更为明　ＮＦＩ３　Ｐｂ　Ｃｕ　Ｃｄ　ｐＨ扎…图３显示，沿入库水流方向，蓄水前断面平均含　度，等　、ｃ　２蓄水对泥沙的影响　三峡水库蓄水后，库区水位升高，流速减小，对　泥沙将产生较大的影响，下面主要对级配和含沙量　２个方面的变化进行分析。　２．１蓄水对泥沙级配的影响　显。蓄水对万县和奉节含沙量影响较大。　水库泥沙淤积是三峡工程需要面对的一个重要　问题，随着蓄水的继续和三峡工程的运行，淤积情况　将会延续较长一段时间，泥沙淤积除了对水库库容、　安全方面的影响外，对水质也会产生显著影响，下面　进行简要分析。　对５个常规监测站位蓄水前后的泥沙级配（监　测时期平均值）进行对比分析，各站位蓄水前后泥沙　级配如图２所示。　３蓄水对水质的影响　传统意义上的水质主要指清水水质，但是水中生　蓄水前后对比，朱沱和寸滩泥沙颗粒粗化，万县　和奉节的泥沙粒径明显细化。朱沱和寸滩的泥沙粗　物生存的环境是一个包括泥沙等在内的浑样系统，因　此分析蓄水前后浑样系统水质的变化情况，对于研究　蓄水对水环境和水生态的影响，更为客观、全面。　笔者以ｒｒＰ指标为代表分析蓄水对水质的影响。　＋蓄７Ｋ后　１００　化主要是由于监测水期不同，蓄水前主要为平水期　和枯水期，而蓄水后主要为丰水期；在上游来沙颗粒　＋ｌＯＯ　蓄水前　蕃　８０。　薰４０　２　＜０　粒　／ｍｍ　粒　／ｍｍ　（ａ）朱沱　（ｂ）寸滩　１００　１００　１Ｏ０　薹　８０。　４ｏ　蔫　８０。　薰４ｏ　２　＜０　＜０　２：　粒ｉ争／ｍｍ　（ｃ）清溪场　耋　粒径／ｍｍ　（ｄ）万县　粒径／ｍｍ　（ｅ）奉节　图２蓄水前后各站位泥沙级配对比　・　５３　・　其中浑样浓度为包括泥沙吸附ＴＰ和水体溶解ｒｒＰ的　单位水体中所有ｒｒＰ的质量，清样浓度为使用　０．０００４５　ｍｍ滤膜过滤后单位水体中含有ＴＰ的质量。　图４为蓄水前后断面清样平均ｒＩ１Ｐ质量浓度、浑样　ＴＰ质量浓度沿程变化情况。　浓度对清样浓度和泥沙浓度的响应关系有：ａＪＤ：Ｏｐ　＝　１，Ｏｐ：ａＳ＝Ｗ　。而在长江中，　一般可达１．０　ｍｇ，／ｇ　以上，故ａｆＤ：ａｐ　≤ａ，。：ａＳ，长江中ＴＰ的清样浓度一　般在０．１　ｍｇ／Ｌ以下，多年平均含沙量为１．５７　ｋｇ／ｍ３，　但其变动范围在０．１～１０．０ｋｇ／ｍ３左右，含沙量的变　化量ＡＳ远远大于清样浓度的变化量△ｌＤ　，因此含　沙量变化对浑样浓度的影响更加明显。　从上述水质指标对比中可以发现，水库蓄水后，　浑样污染物浓度显著减小，这表明蓄水对库区浑样　系统污染物浓度减小是有利的，但是由于蓄水后流　图４蓄水前后断面清样和浑样ＴＰ平均浓度沿程变化　蓄水前后断面１’Ｐ清样平均浓度比较：蓄水前沿　程略有升高，蓄水后浓度基本低于蓄水前，且沿程变　化不明显。其原因主要是枯水期和平水期的水质比　丰水期差，所以蓄水前清样浓度高于蓄水后。　蓄水前后断面ｒｒＰ浑样平均浓度比较：蓄水前沿　程变化不明显，蓄水后浓度高于蓄水前，在万县和奉　节，浓度下降的趋势较蓄水前更为明显。　进一步分析浑样浓度和含沙量、清样浓度的关　系，浑样浓度的表达式：　Ｐ＝Ｐ　＋加。‘Ｓ　式中：Ｐ　为清样浓度，ｒａｇ／Ｌ；Ｓ为含沙量，ｋｍ／ｍ３；Ｗ　为单位质量泥沙吸附污染物质量，ｍｇ／ｇ。　蓄水前后清样浓度Ｐ　和泥沙吸附量（　。・Ｓ）占　浑样浓度的百分比如表３所示。　表３清样浓度和泥沙吸附量比较　表３中清样浓度的比重沿程增加，泥沙吸附量　的比重沿程减小，这也是泥沙沉积的结果。蓄水前　泥沙吸附量在浑样中的比重在５０％以上，蓄水后在　８０％以上，主要原因是蓄水后的监测水期为丰水期，　含沙量远大于蓄水前的枯水期和平水期。比较浑样　・５４・　速减小，水体自净能力减弱，在库区干流和支流交汇　处，易出现富营养化现象。另一个不容忽视的问题　是吸附大量污染物的泥沙沉降到库底后，在一定条　件下，这部分泥沙再悬浮，可能对库区和下游水质产　生影响。　４结　语　三峡水库蓄水前后，库区水流情势发生较大变　化，水位升高，过水面积增大，流速减缓，引起泥沙沉　降加剧，由于泥沙吸附大量污染物，因此库区浑样系　统的污染物浓度显著降低，而清水系统污染物浓度　变化不大。　随着三峡蓄水的继续，这种变化趋势将进一步　显现，而对水质的影响主要表现在２个方面：①当化　学、动力等外部条件发生改变时，吸附在泥沙颗粒上　的污染物可能改变赋存状态，从吸附态（固相）转移　到溶解态（水相）；②沉积在底泥的污染物有可能随　着冲刷泥沙重新进入水体，从而显著改变上覆水体　的化学构成，甚至造成水体的二次污染。为防止这　些不利影响，在对库区污染物排放进行严格控制和　监测的同时，还必须根据库区上游来水来沙情况，对　水库的调度管理方式进行深入研究。　参考文献：　［１］张继顺，赵南山，毛小波．三峡水库１３５ｍ蓄水过程分析　［Ｊ］．水力发电，２ｏｏ３（１２）：１９—２１．　［２］刘兰芬．河流水电开发的环境效益及主要环境问题研究　［Ｊ］．水利学报，２００２（８）：１２１—１２８．　［３］ＧＲ马诺奇里．伊朗建坝对环境的影响［Ｊ］．刘正启，译．水　利水电快报，２００２，２３（１９）：３２－３３．　［４］刘永明，贾绍凤，蒋良维，等．三峡水库重庆段一级支流　回水河段富营养化潜势研究［Ｊ］．地理研究，２００３（１）：卜６．　［５］李艳芹，董贵华，杨一鹏，等．长江截流后三峡库区水环　境质量对比及预测［Ｊ］．南水北调与水利科技，２００３，１　（２）：３４—３６．　（收稿１３期：２０１１—０４—１４编辑：徐娟）