南水北调工程水环境保护研究-以东线为例

1997年以后，华北北部地区持续严重干旱，降雨量仅为多年同期平均降雨量的30％，潘家口水库蓄水量为3.3亿m³，蓄水量接近了死库容，已不能满足天津市的用水之需，天津市城市用水发生了危机。天津市虽千方百计采取节水措施，实施限量供水，日供水量由正常的220万m³压缩至158万m³，2002年甚至压缩151.7万m³，仍不能满足城市用水要求，经国务院批准分别于2000年、2002年、2003年和2004年4次实施引黄济津应急调水工程，共计引水15.88亿m³，有效地缓解了天津市水资源的紧张局面，保证了天津经济社会的可持续发展。　
　

1. 引黄济津工程概况　　

1.1 工程概况　　

最近4次引黄济津工程调水路线主要利用现有渠道和河道，从山东省聊城市东阿县位山闸引水（Q=　100m³　/s），经位山三干渠到临清市引黄穿卫枢纽，然后进入河北省境内的清临渠、清凉江、清南连接渠，在泊头市进入南运河，在九宣闸进入天津市，再分两条路线，分别进入市区和北大港水库，输水线路全长　580km　。　　

1.2 水环境保护措施　　

　1.2.1　 输水沿线保护措施　　

调查表明引黄济津工程沿线每天排入输水线路的污水达到7.75万t，主要污染物COD排放量为209t。为确保水质安全，采取清污分流，实施截污改排工程，共完成河道清淤44万m³，土方537万m³，改建桥梁45座，封堵排污口门1386处。　　

　1.2.2　 北大港水库保护措施　　

北大港水库位于天津市大港区的独流减河尾闾南侧，是一座平原水库，占地面积　160km　²，正常蓄水位为　7.0m　，相应库容为5.0亿m³，引黄济津工程期间作为调节水库向市区供水。北大港水库所在地区在历史上为洪沥水之古泻湖，逐渐演变为海进海退盐碱荒芜的渍水之地。1982年人工围堰建坝形成水库，水库周边地区及库底土壤属于盐化土壤，含盐量较高一般在0.2％～1.5％之间，水质极易咸化。　　

为保护北大港水库水质，调水前采取了“先清库、后洗库”的保护措施，建设　50 m³　/s排咸闸一座，在库内开挖　8.75km　排咸沟，将水库内原有的水库存有底水近1000万ｍ³咸水排出，利用水头对库底进行清洗。　
　

2. 引黄济津工程水质变化趋势分析　　

2.1沿线水质变化趋势分析　　

2000年引黄济津工程统一布设四个水质监测断面：崔庄（位山引黄渠首沉淀池下）、刘口（穿卫枢纽，山东与河北省界）、代庄（入南运河，并向沧州分水）、九宣闸（入天津市）。　　

从2000年10月位山闸开启至2001年2月关闭，黄河位山闸累计供水8.66亿立方米，历时112天。从黄河位山引水流量为　100m³　/s，水质为Ⅲ类，到达天津九宣闸流程共8天，从输水第四天开始水质逐步稳定后，各断面水质均能达到地面水Ⅲ类标准，大部分时段水质达到Ⅱ类。因河道内存积的污水，水头大约4000万m³黄河水不能达到Ⅲ类要求。　　

由于河道内原蓄存有部分积水及污染物，水头到达天津市九宣闸时，水质较差，为超Ⅴ类，氯化物、高锰酸盐指数、非离子氨等污染物均超标。随后水质逐步好转，至第四天各项指标已达到地面水Ⅲ类标准，高锰酸盐指数由17.8mg/L下降到4.1mg/L，挥发酚、氰化物、砷、汞、铜、铅、锌、镉等重金属均未检出。第十天以后，水质基本稳定在Ⅱ类。　　

表1     九宣闸断面水质监测现状评价    （单位：mg/L）　　

输水期间，从位山～刘口～代庄～九宣闸沿程除溶解性总固体稍有减少的趋势外，高锰酸盐指数及氯化物等各项参数没有呈现出明显的减少或增加的规律性变化，其含量水平相当，且各监测断面从第十天输水稳定后至输水结束也没有明显的随时间变化规律。主要是由于水质达到Ⅱ、Ⅲ类后，平原地区河道的高锰酸盐指数、非离子氨等污染指标已基本达到当地水环境背景值的水平，因此不会呈现出明显的沿途自净规律。
　　

表2     引黄济津输水期主要污染物平均值表     （单位：mg/L）　　

注：图中数据密集部分为日测数据，稀疏部分为旬测数据。　
　

2002年引黄济津过程中，　12月21日　山东与河北交界的穿卫枢纽监测断面氨氮超过III类标准所规定的1mg/L，为IV类。此后，沿线位山至穿卫枢纽段氨氮持续轻微超标，介于III类～IV类之间，但经过沿途的降解，到达天津九宣闸时氨氮达到III类，仍然满足输水要求。从　2003年1月6日　起，九宣闸断面水质开始超标，为IV类。至　1月16日　九宣闸断面水质一直在IV～超V类之间，主要超标项目为氨氮和高锰酸盐指数。经过对黄河干流花园口、高村及位山、穿卫枢纽、九宣闸等5个断面水质分析，自　2002年12月21日　至　2003年1月16日　引黄沿线水质超标主要是由黄河干流花园口至位山段污染造成的。　　

2.2北大港水库水质变化趋势分析　　

为说明北大港水库水质咸化程度，2004年引黄济津工程期间选取九宣闸和十号口门（北大港向天津市区供水口）做了专门对比分析。此次引黄济津调水过程从2003年9月开始，至　2004年1月7日　结束，北大港水库共收水3亿m³。北大港水库向天津市供水从　2004年1月6日　开始,至　2004年5月21日　结束。
　　

表3       北大港水库氯离子变化趋势分析     （单位：mg/L）　　

引黄济津期间九宣闸断面黄河水氯离子平均浓度为61.9mg/L，波动范围在37.7～97.2mg/L之间。北大港水库蓄水前氯离子浓度大约在600～700mg/L之间，随着黄河水的不断引入氯离子浓度不断下降，降低到155 mg/L。经过4个月的蓄存后氯离子浓度回升到258 mg/L。　　

3. 对南水北调东线工程水环境保护的指导意义　　

3.1与南水北调东线工程的相似点　　

南水北调东线工程于位山附近穿过黄河后，接小运河至临清，立交穿过卫运河，经临吴渠在吴桥城北入南运河送水到九宣闸，再由马厂减河送水到天津北大港。从长江到天津北大港水库输水主干线长约　1156km　，其中黄河以北　493km　。过黄河水质达Ⅲ类标准，设计流量100ｍm³/s，到天津　50 m³　/s。输水时间安排在汛后的10月至翌年5月。　　

引黄济津工程路线与南水北调东线（黄河以北段）规划输水路线走向、输水规模、输水方案、输水时间和环境背景基本相同。　　

引黄济津工程采取清污分流措施，对沿线的排污口门进行了封堵，形成清水走廊。南水北调东线工程采取截污导流工程，对现在排入输水干线的污水进行治、截、蓄、导、用，处理后污水不再进入输水干线。两者水环境保护方式基本相同。　　

3.2 对南水北调东线工程水环境的类比分析　　

引黄济津工程路线与南水北调东线（黄河以北段）规划输水路线走向、输水规模、输水方案、输水时间和环境背景基本相同，因此引黄济津工程输水期间水质的动态变化分析可以说明南水北调东线工程的水质变化情况，即采取截污倒流工程后，过黄河水质达到III类，南水北调东线工程小运河～临吴渠～南运河～天津输水线路，沿线收水水质均能满足Ⅲ类要求。　　

2000年引黄济津工程受河道内存积的污水的影响，到天津后大约4000万m³黄河水不能满足III类要求。输水沿线清凉江、南运河和北大港水库等处底泥中的重金属和氰、挥发酚等有毒有害物质，并未对输水水质造成污染，说明河道底泥对水质的污染程度远远小于入河排污口。因此可以推断底泥对南水北调东线输水水质不会产生较大的影响。　　

从引黄济津工程的情况看，北大港水库水质受地理条件和气候条件的影响，不可避免的咸化，氯离子浓度逐渐升高，4个月后超出地面水Ⅲ类标准，水中的氯离子含量比所调水有较大变化。　　

3.3 对南水北调东线工程水环境保护的启示　　

通过对引黄济津工程输水的水质类比分析，可以得出如下结论：　　

南水北调东线工程在通水初期，水头不可避免的受河道内蓄存积水和污染物的影响，输水水质暂时不能达到III类要求，必须弃去部分水头。因此，应在北大港水库进水口前设置涵闸，将每年的输水水头弃去，用于农业灌溉。　　

通过对2000年度引黄济津应急输水的水质变化趋势分析，南水北调东线工程黄河以北段水质没有明显的自净规律，若过黄河的长江水质达不到III类，输水沿线各分水口门的水质将得不到有效的保证。　　

在南水北调东线工程黄河以北段的各项截污导流工程正常运转的情况下，黄河以北段的水质将取决于过黄河后的调水水质。要确保黄河以北段的输水水质，必须使过黄河水质达到III类水标准。　　

在输水过程中，底泥中的重金属等污染物的溶出，对南水北调东线输水水质不会产生较大的影响。有部分河段现在过水能力不足，需要进行扩挖，无需另行疏浚底泥，如南运河（捷地～九宣闸段）、马厂减河等。　　

南水北调东线工程冬四月冰期输水，输水渠道渠首与渠尾同日气温极低值相差3℃～　4℃　，使得流冰及冰盖的形成时间差较大，极易发生了冰阻，使水位抬高，流量降低，堤防漫溢决口，使输水完全中断，威胁输水安全。　　

北大港水库作为南水北调东线工程的调节水库，水质咸化不可避免，为减少废弃水量，节约水资源，可以通过减小水面面积，增加水库深度，“先清库、后洗库”，合理调度运用等保护措施，减缓水质咸化的速度。　
　

4. 结束语