三峽水庫(kù)水質(zhì)演變趨勢(shì)及保護(hù)對(duì)策

劉 輝,葉 丹,左 濤,余明星

(長(zhǎng)江流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,湖北武漢 430010)

1 三峽水庫(kù)概況

1.1 工程概況

三峽工程是治理和開(kāi)發(fā)長(zhǎng)江的關(guān)鍵性骨干工程。三峽大壩壩址位于宜昌市三斗坪,距葛洲壩水利樞紐上游約40km。三峽工程可有效控制長(zhǎng)江上游洪水,具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)等方面巨大的綜合效益。三峽水電站總裝機(jī)容量1820萬(wàn)kW,年均發(fā)電量846.8億kW?h;三峽水庫(kù)的形成顯著改善了宜昌至重慶660km的長(zhǎng)江航道,萬(wàn)噸級(jí)船隊(duì)可直達(dá)重慶港[1]。

1.2 水庫(kù)運(yùn)行特征

三峽水庫(kù)正常蓄水位為175m,相應(yīng)的庫(kù)區(qū)范圍從壩址至上游約660km的江津附近。三峽水庫(kù)穿行于川東低山丘陵和川鄂中低山峽谷區(qū),干流庫(kù)面寬一般為700～1700m,大部分庫(kù)段河寬不超過(guò)1000m,寬于1300m的庫(kù)段僅分布在萬(wàn)州至豐都約150km庫(kù)段,支流庫(kù)面寬一般為300～600m,是典型的河道型水庫(kù)。

大壩攔蓄和水庫(kù)調(diào)度改變了庫(kù)區(qū)河段的水文情勢(shì)。建庫(kù)前,庫(kù)區(qū)河道夏季水位最高,冬季水位最低;建庫(kù)以后,改變了庫(kù)區(qū)的水位變化特征,一般在夏季最低(水庫(kù)蓄洪時(shí)除外),汛末及枯水季初期水位最高。庫(kù)區(qū)高水位比天然洪水位抬高情況大致是:三峽壩址處約100m,萬(wàn)州約40m,涪陵約10m,長(zhǎng)壽約3 m。建庫(kù)前,天然情況下,重慶至宜昌660km庫(kù)區(qū)河道,河水流經(jīng)丘陵和高山峽谷區(qū)的流速一般為2～3m/s,遇到峽谷急灘時(shí)流速更大;建庫(kù)后,過(guò)水?dāng)嗝嬖龃?灘涂消除,比降減少,在流量不變情況下,流速自庫(kù)尾至壩前逐漸減緩。

三峽水庫(kù)按照滿足防洪、發(fā)電、航運(yùn)和排沙的綜合要求,進(jìn)行水庫(kù)調(diào)度。每年的5月末至6月初,為騰出防洪庫(kù)容,壩前水位降至汛期防洪限制水位145m。汛期6至9月,水庫(kù)一般維持此低水位運(yùn)行,水庫(kù)下泄流量與天然情況相同。在遇大洪水時(shí),根據(jù)下游防洪需要,水庫(kù)攔洪蓄水,庫(kù)水位抬高,洪峰過(guò)后,仍降至145m運(yùn)行。

汛末10月份,水庫(kù)蓄水,下泄流量有所減少,水位逐步抬高至175m,12月至次年4月,水電站按電網(wǎng)調(diào)峰要求運(yùn)行,水庫(kù)盡量維持在高水位。4月末以前水位最低高程不低于155m,以保證發(fā)電水頭和上游航道必要的航深。每年5月開(kāi)始進(jìn)一步降低水位。因此,在中水年和豐水年枯水季下泄量比天然情況明顯增加。

根據(jù)三峽水庫(kù)調(diào)度方案,在蓄水后的枯水期,水庫(kù)延伸至重慶江津市,其他水期由于水庫(kù)調(diào)度的水位低于寸灘的同期水位,重慶江段呈天然河流狀態(tài)。對(duì)于庫(kù)中段涪陵和萬(wàn)州區(qū)江段,由河道轉(zhuǎn)為水庫(kù),水文情勢(shì)發(fā)生了很大的變化。

2 三峽庫(kù)區(qū)主要污染源排污狀況及演變趨勢(shì)

三峽庫(kù)區(qū)工業(yè)廢水排放量在近3年有較大程度的下降[2-4],但工業(yè)廢水中的主要污染物質(zhì)COD及NH3-N濃度僅出現(xiàn)小幅下降。庫(kù)區(qū)城鎮(zhèn)生活污水排放量及污染物質(zhì)濃度近3年均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。與工業(yè)廢水相比,庫(kù)區(qū)城鎮(zhèn)生活污水盡管排放總量相對(duì)較小,但COD及NH3-N等污染物質(zhì)總量卻明顯高于工業(yè)廢水。

庫(kù)區(qū)化肥施用量及化肥流失量逐年增加[2-4],且重氮磷肥、輕鉀肥的傾向有加重的趨勢(shì),流失的氮和磷成為庫(kù)區(qū)水體污染的重要來(lái)源之一;農(nóng)藥施用量趨向穩(wěn)定,農(nóng)藥流失比例及流失量逐漸減少,但是近年來(lái)高毒害的有機(jī)磷農(nóng)藥用量增加的趨勢(shì)需要引起一定的重視。

庫(kù)區(qū)船舶油污水排放總量趨于穩(wěn)定[2-4],油污水處理率近年來(lái)維持在95%左右,但處理達(dá)標(biāo)率在近3年出現(xiàn)小幅下降趨勢(shì)。從油污水排放構(gòu)成來(lái)看,受三峽航運(yùn)構(gòu)成變化影響,貨船排放量增加,旅游船、客船等排放量則有所減少。由于貨船是造成庫(kù)區(qū)水域石油類(lèi)污染的最主要船舶類(lèi)型,且油污水達(dá)標(biāo)排放率相對(duì)較低(2007年貨船油污水達(dá)標(biāo)排放率為79%),控制貨船油污水排放量是庫(kù)區(qū)防治船舶污染的關(guān)鍵。此外,需要引起重視的是,船舶生活污水排放量近年大幅增加,由于處理率和達(dá)標(biāo)率極低,超標(biāo)情況十分普遍。

近年來(lái)盡管庫(kù)區(qū)各類(lèi)型污染源的排污情況逐漸趨于穩(wěn)定,部分污染源的入庫(kù)污染負(fù)荷還略有減少,但總體來(lái)看,由于水庫(kù)蓄水后,水流變緩,水體納污能力降低,水庫(kù)水質(zhì)保護(hù)形勢(shì)仍十分嚴(yán)峻。

3 庫(kù)區(qū)干流水質(zhì)現(xiàn)狀及演變趨勢(shì)

庫(kù)區(qū)干流現(xiàn)狀水質(zhì)較好[5],全部6個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的年度水質(zhì)均符合GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);豐水期的水質(zhì)明顯劣于平水期和枯水期,占全部月超標(biāo)斷面總數(shù)的66.7%;主要超標(biāo)參數(shù)為T(mén)P、CODMn、石油類(lèi)和TPb;庫(kù)尾江段水質(zhì)明顯劣于庫(kù)中及庫(kù)首,寸灘以上斷面占全部月超標(biāo)斷面總數(shù)的占73.7%;由于受上游來(lái)水水質(zhì)影響的逐漸減弱及蓄清作用的影響,TP濃度從庫(kù)首至壩前呈逐步降低趨勢(shì),CODMn總體上也呈相似趨勢(shì)。

從干流水質(zhì)演變來(lái)看,三峽工程蓄水后,庫(kù)區(qū)干流水質(zhì)總體穩(wěn)定。在蓄水前、135m運(yùn)行期和156m運(yùn)行期3個(gè)不同階段,符合Ⅰ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的斷面分別占監(jiān)測(cè)總斷面數(shù)的64%、67%和70%,呈小幅上升趨勢(shì),劣于Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的斷面則呈小幅下降趨勢(shì)。除個(gè)別斷面的個(gè)別月份受石油類(lèi)影響超標(biāo)外,3個(gè)階段主要水質(zhì)影響因子保持不變,均為T(mén)P、CODMn和Pb,主要超標(biāo)月份也都集中在豐水期的6～9月份。

受上游來(lái)水影響,蓄水后庫(kù)尾及庫(kù)中江段的TP濃度略高于蓄水前,庫(kù)首江段則由于蓄清作用的影響,TP濃度較蓄水前略有降低。蓄水前后,溶解性TP濃度基本穩(wěn)定。

4 庫(kù)區(qū)主要支流水質(zhì)現(xiàn)狀及演變趨勢(shì)

a.三峽庫(kù)區(qū)主要支流水質(zhì)現(xiàn)狀總體較差[6]。在實(shí)施監(jiān)測(cè)的28條河流中,水質(zhì)劣于Ⅲ類(lèi)的占57.1%,其中茅坪溪、九畹溪、叱溪河、童莊河、草塘河、湯溪河、小江、壤渡河、汝溪河、東溪河10條支流水質(zhì)為Ⅳ類(lèi);碧溪河和烏江2條支流水質(zhì)為Ⅴ類(lèi);香溪、苧溪河、黃金河和珍溪河 4條支流為劣Ⅴ類(lèi)。TP、CODMn、BOD5和NH3-N為主要超標(biāo)因子。三峽庫(kù)區(qū)支流營(yíng)養(yǎng)狀況以中-富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)為主,達(dá)到中、富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的支流分別占監(jiān)測(cè)支流總數(shù)的46.4%、42.9%。

b.從支流水質(zhì)演變來(lái)看,與蓄水前相比,三峽庫(kù)區(qū)支流水體的水質(zhì)總體有所下降。蓄水前支流水體總體水質(zhì)尚好,水質(zhì)劣于Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的支流僅占11.1%;135m蓄水后,支流水體水質(zhì)惡化,水質(zhì)劣于Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的支流占75.0%,42.9%的支流水質(zhì)達(dá)劣Ⅴ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn);156m蓄水后,水質(zhì)劣于Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的支流占57.1%,14.3%的支流水質(zhì)達(dá)劣Ⅴ類(lèi);TP為蓄水前、135m蓄水后、156m蓄水后水質(zhì)的主要影響參數(shù)。

c.從富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)變化看,135m蓄水位庫(kù)區(qū)支流以富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)為主,達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)的庫(kù)區(qū)支流占監(jiān)測(cè)支流總數(shù)的53.6%;156m蓄水位庫(kù)區(qū)支流的富營(yíng)養(yǎng)化狀況以中-富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)為主,達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)的支流占監(jiān)測(cè)支流總數(shù)的42.9%。

d.從水華趨勢(shì)變化看,蓄水前,庫(kù)區(qū)支流未發(fā)生水華;135 m蓄水后,庫(kù)區(qū)部分支流出現(xiàn)水華;156m蓄水后,水華發(fā)生敏感區(qū)域向上游推進(jìn),香溪等個(gè)別支流水華呈持續(xù)加重趨勢(shì),小江等集水面積較大支流出現(xiàn)浮萍等水生植物爆發(fā)性生長(zhǎng)等新的富營(yíng)養(yǎng)化表征形式;水庫(kù)蓄水后,庫(kù)區(qū)支流水華類(lèi)型總體上呈現(xiàn)由河流型硅藻類(lèi)向湖泊型藍(lán)、綠藻的演變趨勢(shì)。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度較高是部分支流水華發(fā)生的根本原因,蓄水后受回水頂托造成的流速減緩以及部分時(shí)段適宜的氣溫和光照等因素是水華發(fā)生的誘因。

5 對(duì)策與措施

5.1 針對(duì)工業(yè)污染源的治理措施

工業(yè)結(jié)構(gòu)和布局不合理是造成水環(huán)境污染嚴(yán)重的主要原因之一。庫(kù)區(qū)工業(yè)污染源主要集中在重慶長(zhǎng)壽區(qū)、涪陵區(qū)、大渡口區(qū)和江津區(qū),主要排污企業(yè)分屬冶金、化工、醫(yī)藥、機(jī)械、造紙、紡織等行業(yè),相當(dāng)部分工業(yè)企業(yè)的設(shè)備陳舊、管理水平低下、生產(chǎn)工藝落后。三峽庫(kù)區(qū)應(yīng)結(jié)合移民開(kāi)發(fā)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展,制定有利于水污染防治的產(chǎn)業(yè)政策,指導(dǎo)和調(diào)整庫(kù)區(qū)工業(yè)結(jié)構(gòu),加快發(fā)展資源能源消耗少、污染物排放低的產(chǎn)業(yè),推行清潔生產(chǎn),堅(jiān)決關(guān)停一批污染嚴(yán)重、生產(chǎn)工藝落后或規(guī)模以下的造紙、化工、制革等高污染企業(yè),對(duì)其他企業(yè),應(yīng)通過(guò)技術(shù)改造,逐步改進(jìn)生產(chǎn)工藝,提高工業(yè)用水重復(fù)利用率,減少污染物排放。

5.2 針對(duì)城鎮(zhèn)生活污染源的治理措施

治理城鎮(zhèn)生活污染源的主要措施是加快污水處理廠的建設(shè)。應(yīng)以城鎮(zhèn)分布及人口現(xiàn)狀、污水排放現(xiàn)狀和垃圾產(chǎn)生現(xiàn)狀為依據(jù),合理確定污水處理廠建設(shè)規(guī)模、污水處理執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和處理工藝。

污水處理廠建設(shè)規(guī)模的確定,應(yīng)主要考慮區(qū)域內(nèi)的居民生活污水、公共建筑生活污水及排入城市污水收集管網(wǎng)系統(tǒng)的工業(yè)廢水,并適度考慮發(fā)展的要求,確保污水處理能力與城市供水能力相適應(yīng),避免出現(xiàn)“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象而導(dǎo)致污水處理投資的浪費(fèi)與損失。污水處理廠處理工藝的選擇應(yīng)充分考慮排污區(qū)域的水環(huán)境容量,對(duì)于已富營(yíng)養(yǎng)化或存在富營(yíng)養(yǎng)化威脅水域的污水處理廠,應(yīng)選擇具有強(qiáng)化除磷脫氮功能而運(yùn)行費(fèi)用較高的處理工藝,對(duì)于無(wú)富營(yíng)養(yǎng)化威脅的區(qū)域,在充分考慮水環(huán)境容量的基礎(chǔ)上,可采用除磷脫氮效果較差但運(yùn)行費(fèi)用較低的處理工藝,以降低建設(shè)和運(yùn)行成本。

城市污水截流管網(wǎng)系統(tǒng)是城市污水處理系統(tǒng)的重要組成部分,三峽庫(kù)區(qū)多數(shù)城鎮(zhèn)的污水截流管網(wǎng)系統(tǒng)不完善,在建設(shè)污水處理廠的同時(shí)如果不能配套建設(shè)污水截流管網(wǎng)系統(tǒng),將嚴(yán)重影響城市污水的收集率和處理率,使投入巨大資金的污水處理廠不能發(fā)揮作用。因此,在三峽庫(kù)區(qū)規(guī)劃建設(shè)污水處理廠的城市,應(yīng)同時(shí)配套建設(shè)污水截流管網(wǎng)系統(tǒng),確保城市污水的收集、處理率。

5.3 針對(duì)農(nóng)田地表徑流污染源的治理措施

三峽水庫(kù)的面源污染物主要來(lái)源于三峽庫(kù)區(qū)及其上游地區(qū)的水土流失,以及暴雨形成的農(nóng)田地表徑流。長(zhǎng)江上游各省市應(yīng)遵循“預(yù)防為主、防治結(jié)合、綜合治理、開(kāi)發(fā)性治理和可持續(xù)發(fā)展“的基本原則,進(jìn)一步建立和完善水土流失重點(diǎn)預(yù)防保護(hù)和預(yù)防監(jiān)督區(qū),建立健全水土流失預(yù)防監(jiān)督體系和水土流失監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),監(jiān)測(cè)人為活動(dòng)造成新的水土流失,鞏固水土流失治理成果。

在三峽庫(kù)區(qū)及其上游水土流失嚴(yán)重地區(qū),應(yīng)實(shí)行有計(jì)劃、按步驟的小流域綜合治理措施。貫徹分區(qū)防治方略,搞好土地綜合利用規(guī)劃,以坡耕地治理為重點(diǎn)、小流域?yàn)閱卧?合理配置工程措施、生物措施和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施,并充分發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)能力,加快水土流失防治步伐。

實(shí)施坡改梯和坡面小型水利水保工程措施。改造坡耕地建設(shè)基本農(nóng)田,是攔蓄農(nóng)田徑流,控制水土流失,減少農(nóng)田徑流污染,保證農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的最有效措施,同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)土地合理利用,促進(jìn)農(nóng)、林、牧各業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)條件。

應(yīng)重視推廣科學(xué)施肥和農(nóng)藥使用技術(shù),減少農(nóng)田徑流污染。施肥時(shí),應(yīng)改撒施為深施,同時(shí)增施少量無(wú)毒副作用的硝化抑制劑,以減少氮的硝化流失;農(nóng)藥使用要注意天氣變化,根據(jù)各種農(nóng)作物、經(jīng)濟(jì)作物對(duì)農(nóng)藥的吸收效果,適當(dāng)控制和增大降雨、排灌與施藥的時(shí)間間隔,以提高農(nóng)藥使用效果。

5.4 針對(duì)流動(dòng)污染源的治理措施

三峽水庫(kù)的流動(dòng)污染源是船舶,它的污染負(fù)荷主要來(lái)自機(jī)艙廢水、客輪上旅客產(chǎn)生的生活污水和生活垃圾,主要污染指標(biāo)有石油類(lèi)、COD、BOD、SS和NH3-N。目前三峽水庫(kù)的流動(dòng)污染仍比較嚴(yán)重,水庫(kù)形成后,航道條件將有較大改善,庫(kù)區(qū)內(nèi)航行的船舶量將呈上升趨勢(shì),污染排放量也將較大增加,對(duì)庫(kù)區(qū)水質(zhì)造成影響,應(yīng)采取有效措施控制船舶污染。

船舶廢污水處理設(shè)施能有效防治船舶污染,廢污水處理設(shè)施主要包括配置油水分離器和生活污水收集處理設(shè)施。為防治船舶污染,應(yīng)該采取以下措施:①三峽庫(kù)區(qū)航行的所有船舶應(yīng)裝配油水分離器,且船舶運(yùn)行中必須保證油水分離器正常運(yùn)行;②各類(lèi)客運(yùn)船舶尤其是旅游客輪應(yīng)配置生活污水收集處理設(shè)施,生活污水經(jīng)凈化處理后,方可排入庫(kù)區(qū)水體;③貨運(yùn)船舶應(yīng)配置一定體積的生活污水收集設(shè)施,同時(shí)在庫(kù)區(qū)主要港口碼頭配套建設(shè)一定規(guī)模的生活污水處理設(shè)施,將船舶產(chǎn)生的生活污水轉(zhuǎn)送到港口碼頭進(jìn)行集中處理。

5.5 其他污染源的治理措施

a.網(wǎng)箱養(yǎng)魚(yú)。國(guó)內(nèi)外對(duì)網(wǎng)箱養(yǎng)殖的研究成果均表明,不論養(yǎng)殖對(duì)象怎樣,人工投放的餌料及魚(yú)類(lèi)的排泄物均會(huì)給水體帶來(lái)大量的氮、磷,增加了水體營(yíng)養(yǎng)物的總濃度,導(dǎo)致了水體一定程度的富營(yíng)養(yǎng)化。此外,網(wǎng)箱下方的沉積物中氮、磷濃度和耗氧量明顯增加,改變了底質(zhì)的運(yùn)輸和沉積方式以及溶氧狀態(tài),在缺氧的條件下,可能導(dǎo)致底質(zhì)化學(xué)特性和底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的改變。因此,為切實(shí)保護(hù)庫(kù)區(qū)水質(zhì),應(yīng)通過(guò)立法手段,嚴(yán)禁在庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)箱養(yǎng)魚(yú)。

b.污水上溯。水庫(kù)蓄水后,庫(kù)區(qū)水文環(huán)境發(fā)生改變,在水庫(kù)正常運(yùn)行期間的水位調(diào)節(jié)過(guò)程中(175m-145m-155m),受到回水頂托影響的下游污水團(tuán)上溯可能對(duì)集中飲用水水源地水質(zhì)產(chǎn)生影響。為保障庫(kù)區(qū)飲水安全,應(yīng)開(kāi)展相關(guān)的監(jiān)測(cè)及科研工作,對(duì)庫(kù)區(qū)集中飲用水水源地的水質(zhì)進(jìn)行安全論證及評(píng)估。

[1] 余明星,邱光勝,劉輝,等.三峽水庫(kù)135m蓄水水環(huán)境質(zhì)量狀況及放射性本底調(diào)查研究報(bào)告[R].武漢:長(zhǎng)江流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,2003.

[2] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.長(zhǎng)江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測(cè)公報(bào)[R].北京:國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局,2006.

[3] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.長(zhǎng)江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測(cè)公報(bào)[R].北京:國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局,2007.

[4] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)部.長(zhǎng)江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測(cè)公報(bào)[R].北京:國(guó)家環(huán)境保護(hù)部,2008.

[5] 長(zhǎng)江水利委員會(huì).長(zhǎng)江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)水文水質(zhì)同步監(jiān)測(cè)重點(diǎn)站年度報(bào)告[R].武漢:長(zhǎng)江水利委員會(huì),2008.

[6] 長(zhǎng)江流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心.三峽庫(kù)區(qū)主要支流水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果(2003～2008年)[R].武漢:長(zhǎng)江流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,2008.