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龙腾锐:三峡库区水环境保护研究概况
2006年6月5日 9:31  来源:《给水排水》  

三峡库区水环境保护研究概况

主要内容:
一.概况
二.库区水环境现状
三.近年来三峡库区水环境保护  研究成果综述
四.结束语

一、概况
三峡工程是中国,也是世界上最大的综合水利枢纽工程 ,具有防洪、发电、航运及供水等显著综合利用效益,是治理和开发长江的关键性骨干工程,举世瞩目。
*三峡工程坝址位于湖北宜昌县三斗坪镇,控制流域面积100万km2。
*三峡工程于1994年12月正式开工,1997年11月实现大江截流,2003年6月蓄水至135m水位,预计2009年完工。
*三峡水库正常蓄水位175m,相应的库区范围从坝址至上游668km的江津附近,水库水面面积1084km2,干流段平均宽度约1100m,较原江面宽度增加约一倍,是典型的河道型水库。
*三峡库区涉及重庆市的江津市、主城区、渝北区、巴南区、长寿区、涪陵区、武隆县、丰都县、石柱县、忠县、万州区、开县、云阳县、奉节县、巫山县、巫溪县等16个区县(市) 和湖北省的巴东县、秭归县、兴山县和宜昌县等4个县,共20个区县(如图所示)。
*水库汛期防洪限制水位145m,枯季消落低水位155m,总库容393亿m3,其中防洪库容221.5亿m3,调节库容有165亿m3。
*三峡大坝蓄水后,水库调度将改变库区河段的水文情势:
-建库前,库区河道夏季水位最高,冬季水位最低;
-建库后,一般在夏季最低(水库蓄洪时除外),汛末及枯水季初期水位最高,如图所示。
-库区高水位比天然洪水位抬高情况大致是:坝址抬高100余m,万县约40m,涪陵约l0m,长寿约3m。

水库水位年内调节过程

*三峡大坝蓄水前后河流速度的变化
-建库前,河水流经丘陵和高山峡谷区,流速一般为2~3m/s,遇到峡谷急滩时更大。
-建库后滩险消除,比降减小,在流量不变的情况下,流速自库尾至坝前逐渐减缓。
-在丰水期145m运行水位下,坝前流速约为0.5m/s左右,为天然河道的1/4左右;枯水期蓄水至175m时,坝前流速约0.4m/s,在局部库湾和支流汇流口附近,流速更小。

二、库区水环境现状

*污染源及主要污染物
污染源:
城镇居民生活污水及工业废水
农田径流污染
降水形成的城市地表径流
船舶流动污染
主要污染物:COD、BOD5、总氮、总磷、挥发酚、   石油类、悬浮 物及一些重金属污染。

*2003年库区污染物排放情况
-2003年,三峡库区直排长江的54家重点工业污染源共排放工业废水1.84亿m3 ,比2002年增加了27.8%。其中重庆主城区排放量最大,为6011.9万m3,占总量的32.8%。
-54家重点工业污染源排放污染物总量2.50万t。化学需氧量和氨氮为主要污染物,等标污染负荷比分别为78.0%和18.3%,累计为96.3%。主要排污区域集中在涪陵、长寿、大渡口和九龙坡四区,占污染物总量的89.7%。
-三峡库区直排长江的主要市政污水口66个,污水排放量为4.04m3。其中重庆市主城区、万州区和涪陵区的污水排放量为3.24亿m3,占污水排放总量的80%。 
-城市污水中各类污染物总量为26.13万t。总磷、五日生化需氧量和化学需氧量为主要污染物,等标污染负荷比分别为47.3%、24.9%和15.4%,累计为87.6%。

*2003年库区水质状况
-2003年,在三峡库区布设18个监测断面,进行枯(2月份)、平(5月份)、丰(8月份)3个水期共6次水质监测。其中,干流断面15个,支流断面3个。
-2003年三峡库区干流总体水质良好,各断面均达到或优于Ⅲ类标准。无Ⅰ类水质断面,Ⅱ、Ⅲ类水质断面数分别占监测断面总数的22.2%和77.8%。

三峡库区城区江段水质年际变化比较

*2003年城市江段污染状况
城区江段岸边污染带水质监测,表明,万州、忠县城区江段存在明显的岸边污染带,涪陵城区江段岸边污染带范围较小。

2003年万州、忠县、涪陵城区岸边污染带范围

三、近年来三峡库区水环境  保护研究成果综述
-建库后可能出现的主要水污染问题
扩散能力减弱,岸边水域污染加重,污染物排放口下游的岸边污染带形状将由长带型向宽短型变化。
 受水库调度方案影响,枯水期库尾水质可能变差。
 污水排放口与生活取水口上下交错排列,饮用水源地水质易受污染。三峡大坝建成蓄水后,这种水质污染的状况会加重。
扩散能力减弱,岸边水域污染加重,污染物排放口下游的岸边污染带形状将由长带型向宽短型变化。
 受水库调度方案影响,枯水期库尾水质可能变差。
 污水排放口与生活取水口上下交错排列,饮用水源地水质易受污染。三峡大坝建成蓄水后,这种水质污染的状况会加重。

-水体功能划分
1986年长江流域水资源保护局在制定长江流域综合利用规划要点修订补充报告中,提出了长江干流功能区规划及水质保护目标,并规定2000年的水质目标为Ⅱ类。
 1992年国家环保局在对《长江三峡水利枢纽环境影响报告书》的批复意见规定:长江干流三峡库区段总体水质保持Ⅱ类。
 1998年由国家发展计划委员会牵头组织编制的《长江上游水污染整治规划》,提出的规划目标为:“到2010年前后,三峡库区总体水质达到国家地面水环境质量Ⅱ类水域标准;长江干流重庆主城区、万州、涪陵等城市江段和嘉陵江、乌江水质要保持在国家地面水环境质量Ⅲ类水域标准”。
2001年11月的《三峡库区及其上游水污染防治规划(2001-2010年)》中的规划目标为:到2005年,三峡库区及其上游主要控制断面水质达到国家地表水环境质量Ⅲ类标准。到2010年,三峡库区及其上游主要控制断面水质总体上达到国家地表水环境质量Ⅱ类标准。 
    因此,水体功能区划分总体情况为:三峡库区总体水质保证为Ⅱ类;部分城市江段下游或岸边水域划出一定区域作为Ⅲ类水域区;对集中式居民饮用水源地的一定水域内划出一级保护区,一级保护区执行地面水Ⅱ类标准;在重点污染源排放口水域,在不影响其他用水功能前提下,划出允许污染物排放的污染混合区。
 
-库区污染负荷预测研究
2002年 重庆市环境科学研究院和重庆大学等在《三峡水库对重庆库段生态环境影响及整治对策研究》得出:
重庆段的主要污染物:TP、COD、TN。
重庆段的主要污染区域:重庆、涪陵
重庆段的主要污染源:农田径流、城市污水;但成库后淹没土地释放的污染物不可忽视。如下表所示。

重庆库段水质污染负荷汇总

2003年,中国工程院、重庆大学与中国环境科学研究院对三峡库区污染负荷主要来源及其对水质的影响进行了研究,认为:
库区江段点源包括工业废水和生活污水,80%来自重庆主城区、涪陵区和万州区,其中重庆主城区占库区江段总点污染负荷的65%左右。
枯水期三峡库区污染负荷总量中有65%左右来自上游的朱沱断面,库区点源污染负荷占总负荷量的20~25%左右。
丰水期由于水库流量较大,有84%左右的污染负荷来自上游的朱沱断面,库区非点源和点源所占份额只有15%左右。
     由上可见,对上游来水和库区点源排放的控制应成为三峡库区污染物总量控制的主体。

-水质模拟研究
1998年DHI(丹麦水利所)和重庆市环境科学研究院在《重庆主城区排水工程环境影响评价报告》和《长江、嘉陵江重庆段水体自净能力研究》中采用丹麦水利所开发的mike ll一维水动力学及水质数学模型,对长江永川朱沱到涪陵清溪场河段在三峡建库前后的水质进行了模拟。
    研究表明,长江、嘉陵江朝天门以上,在三峡建库后的COD、BOD、TP自净容量均比建库前大幅度降低,而长江朝天门至涪陵(乌江河口以上)建库后的COD和BOD自净容量比建库前增大。
2002年重庆市环境科学研究院、重庆大学在《三峡水库对重庆库段生态环境影响及整治对策研究》中采用Binnie一维水质数学模型预测三峡水库对长江干流重庆库段总体水质的影响,采用由丹麦水力所研制开发的mike 21平面二维水动力学及水质数学模型预测三峡水库对重庆主城区、涪陵、万州三个城市江段水质的影响。
  研究表明:
三峡成库后,污染物的停留时间大大延长,污染物从珞璜到巫山的碚石成库前只需6.7d,成库后在135m水位下需要40.4d,在175m水位下需要148.4d。
总体而言,成库后库区江段各控制断面水质均好于天然河流时各控制断面平均水质,越接近库首,其污染物降解越多。 
2003年,中国工程院、重庆大学与中国环境科学研究院对三峡工程建成后库区的水质状况进行预测与评价研究,提出了基于有限元法的复杂河流二维随机水质预测模型,运用Monte Carlo法抽样计算了三峡工程建成后三峡库区水质分布的概率分布。
  研究表明:
在库区水质较差的平水期、污染物高负荷排放(污水厂进行一级处理)的情况下,评价的城市江段20个断面中,水质为Ⅱ类的概率超过50%的断面有8个、水质为Ⅲ类的概率超过50%的断面有8个,各占40%;
在污染物低负荷排放(污水厂进行二级处理)的情况下,水质为Ⅱ类的概率超过80%的断面有18个,占评价断面总数的90%。
  可见,如果对污染物的排放进行较好的控制,三峡水库建成后,水质将会有较大的改善,但如果控制不力,三峡水库仍会有严重的岸边污染问题。
2003年,由三峡工程建设委员会委托清华大学、中国水利水电科学研究院、长江流域水资源保护局、长江水利委员会水文局及重庆市环境科学院等6单位进行的《三峡水库水污染控制研究》的总报告中,对三峡水库建成后的水质状况进行了如下描述:
库区断面平均有机污染物浓度随着水库水位抬高而呈下降趋势。
总体上,水体水质基本达到地面水Ⅱ类标准,仅在水库建成后枯水期时略有超标。
三峡水库天然河道和水库蓄水后,由于库区上游背景入库断面的总磷和总氮浓度偏高,致使库区江段总磷和总氮偏高,库区,特别在回水区,有可能发生富营养化问题。

-环境容量研究
1989年到1992年,重庆市环境科学研究所、重庆建筑工程学院与英国Binnie&Partners公司联合开展了长江、嘉陵江重庆主城区段水污染控制规划研究。
对两江在天然河流状态下的环境容量进行了详细计算。
丰水期长江(30km)河段BOD5环境容量为8137t/d,嘉陵江(23km)河道BOD5环境容量为1859t/d。
枯水期长江(30km)河段BOD5环境容量为840t/d,嘉陵江(23km)河道BOD5环境容量为136t/d。
所得环境容量为给定水质目标下的稀释环境容量,没有考虑有机物的降解,且此结果是在1992年的水质背景浓度条件下进行计算的,与目前的水质状况有一定的差别。
2001年,重庆市环境科学研究院在编制《长江重庆三峡库区水污染防治及生态保护规划》时,对库区长江、嘉陵江、乌江的岸边环境容量进行过一个简单的计算。
 成库前环境容量计算结果
成库后环境容量计算结果

重庆市组织的《重庆市三峡库区水污染防治及生态保护规划》研究结果:
三峡水库建成前后的岸边自净环境容量为:
  2005年以前,长江干流重庆段COD自净环境容量为17.17万t/a,TP自净环境容量为1022.3t/a;
  2010年以前,长江干流重庆段COD自净环境容量为13.90万t/a,TP自净环境容量为776.9t/a。

2003年,清华大学、中国水利水电科学研究院、长江流域水资源保护局、长江水利委员会水文局及重庆市环境科学院等6单位进行的《三峡水库水污染控制研究》总报告中,对三峡水环境容量进行了两方面的计算:
总体环境容量,采用一维水质数学模型进行三峡库区江津至三斗坪全程660多公里的总体环境容量计算。
局部环境容量,采用二维水质数学模型进行三峡库区城市岸边水域局部水环境容量的计算。
  计算结果表明:
    对于总体环境容量,和建库前相比,长寿段以下的环境容量是增加的,其水环境容量值为COD 16.08万t/a,NH3-N0.9万t/a;
    对于重庆、涪陵、万州三个重点城区岸边环境容量,在限定的排污混合区范围内,污染负荷的最大允许排放量需要削减。

-水污染控制规划
1999年1月国务院以国函[1999]9号文正式批复了由国家计委主持编制的《长江上游水污染整治规划》。
规划范围从重庆市巫山县到四川省宜宾市的长江干流以及嘉陵江、沱江、乌江等主要支流的下游地区 ;
规划总面积12.47万km2,总人口5149.4万;
规划的基准年为1995年 ;
规划到2010年,长江干流城市江段和主要支流水质满足国家地面水环境质量Ⅲ类水域标准;城市生活污水和工业废水COD允许排放量,重庆市应控制在38万t/a以内,相应要求COD削减量为62.4万t/a。 
2001年11月国务院以国函[2001]147号文批复了由国家环保总局主持编制的《三峡库区及其上游水污染防治规划(2001-2010年)》。
规划范围分为三个区:三峡库区和重庆主城区、三峡库区影响区、三峡库区上游地区;
规划总面积79万km2,总人口1.54亿;
以2000年为规划基准年;
该规划对三峡库区及长江上游地区的水污染治理、生态保护进行了总体规划,规划分两期:到2005年,三峡库区及其上游主要控制断面水质达到国家地表水环境质量Ⅲ类标准;到2010年,三峡库区及其上游主要控制断面水质达到国家地表水环境质量Ⅱ类标准。完成此规划需总投资为392.2亿元。   
重庆市也编制了一系列与三峡水库水污染防治有关的规划:
《长江重庆三峡库区水污染防治及生态保护规划》,重庆市环境保护局,2001年;
《重庆市三峡库区环境保护规划》,重庆市环境保护局,2000年;
《重庆市三峡库区环境保护和生态建设规划》,重庆市计划委员会、重庆市环境保护局,2000年。
       这些规划都是在国家的上述两个规划的基础上,从不同侧面、针对不同范围和目的而制订的,其内容主要是具体落实国家规划。

-水污染控制对策

制订国家层面的库区水环境安全管理法规
2004.3,中国环境科学研究院、重庆大学等单位在完成“三峡库区水环境安全关键技术研究与示范”(2001BA604A01)中已编制了“三峡库区水环境安全管理规定”,该规定现正由中国工程院出面报国家环保总局审批。
严格控制上游污染负荷
认真执行2001年11月国务院国函[2001]147号文批复的《三峡库区及其上游水污染防治规划(2001-2010年)》。落实“规划”中所要求的各项具体措施。
水污染控制技术措施
主要措施是对污水和垃圾进行处理,建设城市污水处理厂和垃圾处置场,包括漂浮物清理。
鉴于三峡库区特殊城市格局,特殊的地理环境采用多点源污染分散独立治理方案是一种合理的污染控制对策。
研究开发出“三低一高”(低占地、低造价、低能耗、高效率)的处理技术;同时,污水处理技术还应具有脱氮除磷功能。
2002年,重庆市环境科学研究院、重庆大学在《三峡水库对重庆库段生态环境影响及整治对策研究》中对三峡库区适用的污水处理技术进行了研究和比选,得到了如下结论:
重庆主城区:城市集中污水处理厂的水量规模大,宜采用的技术应该是运行稳定的传统活性污泥法为主的工艺流程。
经济水平较低的中小城市:对运行费用较为敏感,因而其城市污水处理技术宜采用氧化沟、ICEAS或生物滤池等低运行费用工艺。
以农副业为主的小城镇:城市污水处理要考虑污水的资源化利用,建议采用短流程的ICEAS工艺、生物滤池、稳定塘系统或初步处理(一级半)加农田利用。
旅游城镇:城市污水处理技术应特别考虑环境影响,结合旅游城镇特点,建议设置水量调节、除臭、防噪、隔油设施,同时加大厂区绿化面积。
大型建筑物(群):其污水处理应立足于接入城市污水处理厂进行集中处理,近期可处理至二、三级排放标准。
垃圾卫生填埋场:应认真进行垃圾渗滤液的处理。
流动污染源:加紧进行关于漂浮物的清捞与处置和船舶污染的治理技术研究。
四、 结束语
三峡库区水环境保护是一项涉及面广、影响因素多、复杂的系统工程,也是目标明确的应用型项目。
    迄今为止,围绕三峡库区的水环境保护已开展了不少研究,但这些研究课题较分散,缺乏整体性和系统性;而且,由于三峡工程对库区水环境影响的前期研究不足,水污染防治规划与研究工作不很协调,针对三峡库区的水污染防治规划以及提出的各项工程措施缺乏充足的科学依据,具有一定的盲目性。
    因此,在总结以往研究工作的基础上,有必要进一步开展三峡水库水环境保护研究。特别应在国家层面对库区来水及本底的水质控制、管理规程,污染控制工程技术等进行研究,以保护三峡水库的水质安全,使库区水质总体达到国家Ⅱ类水域要求。

 
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