1、1入库河流水质改善对策与实践 1彭文启，周怀东中国水利水电科学研究院水环境研究所摘要：水库水质的好坏直接影响水库水资源的利用，也严重制约水库功能的正常发挥。为保持水库水质免受高污染河流的污染，在河流入库之前采用相应的对策是必要的。通过河流入库前处理，可以有效地限制和减少污染物质进入水库。本文论述了各种改善入库河流水质的措施，并以官厅水库为例，结合水库水文、水环境特征，布置合适的水质改善工程进行入库河流水质改善以减少入库污染物总量。关键词：水质改善，氧化塘系统，土地处理系统，前置库1、入库河流水质改善技术措施概述水库水质的好坏直接影响水库水资源的利用，也严重制约水库功能的正常发挥。自 20世纪
2、70 年代以来，我国的大部分水库相继出现富营养化问题，降低了水库饮用水价值，也影响水库供水、旅游、灌溉等功能。造成水库水体水质功能破坏有三方面的原因：1）我国大部分水库修建于 20 世纪的 5060 年代，运行了 50 多年，已经进入老化阶段，水库淤积严重，大多需要进行环境清淤；2）水库上游来水量急剧减少，水库储水更新周期加长，水库经常在低水位下运行，水库环境容量大大降低；3）由于水库上游工农业不断发展，而相应的污染治理措施没有同步配套，入库河流水质较差，严重影响水库水质。为保持水库水质免受高污染河流的污染，在河流入库之前采用相应的对策是必要的。通过河流入库前处理，可以有效地限制和减少污染物质
3、进入水库。入库河流前处理技术包括：渗流沟技术，前置库和沉沙池工程技术，土地处理技术，氧化塘技术、高效率生物过滤器、砾石间接触氧化等。这些技术或单独应用，或结合在一起，在国内外水库水质改善中获得了良好的效果。1.1、渗流沟技术渗流沟技术 Grau（1977）1在水流流量较小（0.6 0.6-3 30快速渗滤 6-150 0.36-0.6 1.5 1.0 0.6 不限 0.3 不限 0.3 不限 0.6 1.0 151.5、高效率生物过滤器为增大自然界水体自我净化能力，通过人工方法组装高效率生物过滤器。它通常由合成树脂做成，象风洞中的蜂窝器一样，具有规格的几何形状。这样的结构可提供较大微生物膜和高
4、的孔隙比。较高的孔隙比不仅可以防止由于大量微生物生长和其它固体物质造成的堵塞，减少水流阻力，降低运行费用。31.6、砾石间接触氧化砾石间接触氧化也使用生长在砾石表面上的生物膜过滤。拦河而建的进水堰将河水引入在河流滩地上开挖的水沟中，而后流到砾石骨料床上，最后通过排水管再排入河道。砾石接触氧化的基本原理是生物氧化净化和沉淀去除悬浮物净化。2、官厅水库水环境特征官厅水库是一座多年调节的防洪、供水、发电的大型水库。官厅流域属于中温带半干旱的间山盆地，山地、丘陵和河川盆地各占三分之一，流域面积约为 4.7万平方公里。官厅水系指永定河上游水库及其入库河系桑干河、洋河和妫水河。桑干河发源于山西省宁武县，流
5、经山西省大同、平朔地区和册田水库，进入河北省后经一百多公里的流程，在朱官屯与洋河汇合后成永定河东行进入官厅水库。洋河全长 250 公里，发源于内蒙古高原的山区，经张家口盆地折向东南，再经宣化盆地，穿响水堡入涿鹿盆地，于朱官屯与桑干河汇合。妫水河发源于北京延庆东北山区，河短水急，经 20 多公里流程注入官厅水库。概括起来，官厅流域具有以下特征：水资源缺乏，水体环境容量小；水质污染与水量紧缺是流域水资源的主要问题；首都北京的重要水源地。2.1、水库运用特点及水位变化特点官厅水库始建于 1951 年 10 月，1953 年汛期拦洪，1955 年 7 月蓄水运用。水库控制永定河流域面积 4.34 万平
6、方公里，占全流域面积的 92.3%。多年平均年径流量 8.8 亿立方米。拦河土坝建于官厅山峡的出口，原坝顶高程为 485.27m， 1986 年坝顶加高至 492m。水库总库容 41.6 亿立方米，其中防洪库容 29.9 亿立方米，兴利库容 2.5 亿立方米。水库按千年一遇洪水设计，相应库水位 484.84m，按可能最大洪水校核，相应库水位490.0m。水库设计死水位 476m，汛限水位 476.0m，正常蓄水位 479.0m。水库水位动态变化如图 2 所示。2.2、入库河流水质现状评价采用单因子评价法，依据国家地面水环境质量标准 （GB3838-88 ）进行评价。选择了与污染特征密切相关的p
7、H 值、溶解氧、高锰酸盐指数（CODmn） 、生化需氧量（BOD 5） 、氟化物、氯化物、挥发酚、砷、六价铬、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、铜、铅、图 1、官厅水库流域示意图0246万 万万万810万万18+万图 2、官厅水库示意图40200400600800100012000 20 40 60 80 100频 率水量图 4 流量频率变化曲线锌、镉、总磷、总氮、大肠菌群等 19 项指标，作为评价参数。2.2.1、 定河八号桥段（入库段断面）水质八号桥是永定河注入官厅水库的代表断面。八号桥水质为地面水质超类，CODmn、BOD 5、氨氮三项指标分别为 15.7mg/L、21.5mg/L 和 7.9
8、7mg/L，分别超过地面水环境质量类标准 0.6 倍、1.2 倍和 7.0 倍。2.2.2、 区水质评价结论河口是全库区水质最差的区域，为类，主要污染物质是氨氮、COD mn 和氟。西库区蓄水量小，受来水水质影响较大，水质较差。永 1000 断面和永 1008 断面水质均为类，主要污染物为氨氮、亚硝酸盐氮和 CODmn。东库区水质好于西库区。妫大桥断面氨氮为 0.53mg/L，水质为类，其余项目均符合类标准。妫 1018+1 断面 CODmn 为 3.5 mg/L,达到类标准，其余项目均符合类标准。2.3、官厅水库水源保护目标21 世纪首都水资源规划中提出要“稳定密云、挽救官厅” ，使官厅水库
9、成为北京市第二饮用水源。根据21 世纪首都水资源规划官厅水库水源保护规划目标如下：2005 年：官厅上游地区要实施水污染治理和水土保持，改善产业结构，建立水资源保护的生态经济区，遏制官厅水库水质恶化的趋势，官厅水库水质达到类标准。2010 年：官厅继续实施水污染治理和水土保持，官厅水库水质力争达到类水体标准。2.4、永定河入库段概况由于多年采用蓄水运用方式，官厅水库泥沙淤积问题严重，椐实测资料统计，1953 年-1985 年累积淤积 6.12 亿立方米，至 1997 年止，已达 6.51 亿立方米，其中约 91.5%淤于永定河库区，8.5%淤在妫水河库区。官厅水库泥沙淤积以典型的三角洲形态向坝
10、前推进。对比 80 年代与 2000 年库区地形图（图 3） ，可以发现永定河库区淤积滩地向前发展了约 3km，面积新增约10 平方公里。随着三角洲的淤积发展，入汇河口逐渐下移，河口在淤高的过程中，河口以上主流同时摆动，60 年代主流偏左岸，70 年代逐渐转向右岸，1979 年大水大沙年以后，右岸主槽逐渐被淤死，主流又向左岸偏移，至 1981 年，主流已完全转移到左岸。以永 1010 为坐标原点分析永定河入库段 2000 年实测断面数据。深弘比降约为0.54，断面平均高程的比降约为 0.45。以八号桥为中线将该区域分为上下两片，上、下片河滩面积都约为 3 万亩，两片河滩总面积 6 万亩。3、官
11、厅水库入库水量水质分析3.1、入库水量分析根据近 10 年的旬水量数据，绘出的水810万图 3 永定河库区三角洲平面发展态势5量频率变化曲线如图 4 所示。如按 90 万 m3/d 规模考虑，相应保证率为 55%，较低。考虑低温情况有 4 个月，其余月份可以提高处理水量。因此初步确定的水量为 90 万 m3/d。3.2、入库河流水质指标分析根据 8 号桥处 19901999 历年水质数据分析，确定水质改善工程设计进水指标值，见表 3。对各水质指标所采用的设计值，利用污染物负荷来计算其保证率分别为：BOD 为50%；COD Mn 为 55%；TP 为 65%；TN 为 75%；氨氮为 80%。表
12、 3 永定河入库水体水质改善工程设计进水指标指标 BOD CODMn TP TN SS 氨氮单位 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L设计值 30 15 0.5 15 750 104、官厅水库入库水体水质改善方案4.1、永定河入库水体水质改善目标充分利用官厅水库永定河入库段的河道与河滩地，规划河流入库前处理方案，有效地限制和减少污染物质进入水库。经过水质改善措施后入库水体的 COD 与氨氮力争达到类标准。4.2、永定河入库水体水质改善方案约束条件根据水库运行要求，以及该区域的水文气象条件，对规划方案有如下限制： 浸没限制：前置库最高水位不超过水库正常蓄水位 479m； 行
13、洪限制：规划过程工程对永定河河道行洪不造成显著影响； 泥沙淤积：规划工程所在永定河为多沙河流。 冬季运行：库区平均约 100 天的封冰期。 场地限制：工程布置范围有限，规划方案必须因地制宜。4.3、规划方案结合永定河入库段自然条件，利用前置库、土地处理和氧化塘技术，综合规划了 4 种入库水体水质改善方案。 方案 1：前置库系统 方案 2：前置库+河滩地湿地处理系统 方案 3：前置库+黑土湾处理系统4.4、方案说明 由于枯水期永定河水流主要在河槽中流动，必须采取引流措施才能利用滩地的水质改善工程，通过修建拦河建筑，采用水自流方案，可以有两方面的优点：既可以减省水质改善工程的成本与运行费用，也可以
14、通过修建拦河建筑物形成库前净化池，改善水质。因此 4 个方案中均规划了前置库。 永 1019 以下河滩地地形平整，多为农用耕地，故可以考虑设计土地处理系统。 黑土湾将成为水库环境清淤的底泥堆放场，通过合理规划，可以成为污染水体的湿地处理系统64.5、方案布置三个方案的系统布置图如图 5图 8 所示。图 5 方案 1 布置示意图 图 6 方案 2 布置示意图4.6、方案比较官厅水库永定河入库水体水质改善方案的技术经济对比列于表 4 中。经过比较，选择方案 3：前置库+黑土湾处理系统，为推荐方案。表 4 三种方案技术经济比较项目 第一方案 第二方案 第三方案总投资(百万元)不包括土地费用 4.45
15、 723 85COD 50% 68% 70%污染物去除率 氨氮 98% 96% 99%COD（mg/l） 7.5 4.8 4.5氨氮（mg/l） 0.2 0.375 0.09出水水质达标否 否 达标 达标工艺特点工艺流程最简单行洪破坏后挡水建筑物重建工艺流程最简单冬季低温可运行行洪破坏后,将全部重建,不易恢复工艺流程最简单冬季低温可运行黑土湾系统不受行洪影响, 行洪破坏后挡水建筑物重建浸没影响 由于前置库运行水位不超过官厅水库正常蓄水位 479m 高程，对官厅水库库区浸没影响较小46万80万万万万万万人 工 湿 地前 置 库万0万万万万黑 土 湾 处 理 系 黑 土 湾 渗 滤 坝黑 土 湾
16、引 水 控 导 系 统前 置 库图 7 方案 3 布置示意图7水库运行安全影响通过修建临时性挡水建筑物，洪季及时去除，对河道行洪影响较小。对河道行洪有影响；河道行洪对工程破坏大。通过修建临时性挡水建筑物，洪季及时去除，对河道行洪影响较小；黑土湾系统不影响河道行洪水面蒸发 2.21% 1.00%湿地耗水 0 3.56%水量损失估算侧渗损失综合评价 良好 一般 最好5、结语本文分析了改善入库水体水质的一般对策，对水库水质改善与富营养化控制具有指导意义。结合官厅水库水文、水环境与河道地形特点，在官厅水库的入库口，规划了 4 种河流水体污染控制方案。参考文献1、 Grau, A. 1977, Unte
17、rsuchungen zur Ermittlung der Leistungsfahigkeit einer Hangversickerun als spezielles Verfahren einer Bodenpassage. Gewasserschutz-Wasser_Abwasser,24.2、 王敦春，彭文启等译，1997，水质及其控制，中国水利水电出版社。3、美国国家环境保护局编著，田金质等译，1988，城市污水稳定塘设计手册，中国环境科学出版社。4、 国家环境保护局科技标准司编，1997，城市污水稳定塘处理技术指南，中国环境科学出版社。5、 国家环境保护局科技标准司编，1997，
18、城市污水土地处理处理技术指南，中国环境科学出版社。6、 张祖扬，白瑛编著，1991，城市污水人工土快滤处理技术，中国科学技术出版社。Countermeasures and Practices of Water Quality Control for inflow RiversPeng Wenqi, Zhou HuaidongThe Department of Water Environment,China Institute of Water Resources and Hydropower Research,100038, Beijing, ChinaAbstractWater qualit
19、y of reservoirs affects directly the utility of water resources, and limits the normal functions of reservoirs. A great number of reservoirs in China have been threatened with eutrophication since 1970s. In order to keep reservoirs from polluting by highly contaminated inflow rivers, it is very impo
20、rtant to adopt effective measurement to improve water quality of river waters before rivers inflow reservoirs. This paper describes the various countermeasures to effectively reduce and limit pollutants being transported into reservoirs. Taking Guanting Reservoir as an example, according to the hydrology and environment features, the projects to improve water quality are layed out.Key words: Water Quality Improvement, Land Treatment, Oxidation Pond, Primary Reservoirs
