河道型水库库湾水体富营养化评价及防治初探

第37卷第4期2006年4月

文章编号：（2006）1001-417904-0016-02

人民长江

YangtzeRiverVol.37，No.4April，2006

河道型水库库湾水体富营养化评价及防治初探

2

黄钰铃1，

惠二青2刘德富2

（1.西北农林科技大学水电学院，陕西杨凌712100；2.三峡大学机械与工程学院，湖北宜昌443002）摘要：目前我国河道型水库库湾水体污染问题普遍存在。葛洲坝水库是典型的河道型水库，水库蓄水以后，在黄柏河下游形成具有湖库特征的库湾，库湾水体发生富营养化。库湾水动力条件改变加上上游输入充足的营评价黄柏河水体富营养化养物质，使库湾水体发生富营养化。利用黄柏河1998～2002年库湾断面监测资料，现状，分析其富营养化成因，并据此提出可行的防治措施。关

键

词：库湾；富营养化；评价；防治

文献标识码：A

方法。其综合营养度指标由各因子分营养度加权平均求得，各因子权重为主成分分析法确定的量值关系权和层次分析法确定的相对重要性关系权的算术平均值，单因子的分营养度采用标准化对数极差表示。其计算公式为：

TLIc=

中图分类号：X524

葛洲坝水库是长江干流上的一座大型水库，属于典型的河道型水库，蓄水后长江水位高程由44.6m抬升到66m，在长江

2

支流黄柏河下游形成长10.4km、水域面积约400hm的库湾。库湾内水位高达66.5m，比工程前抬升21.9m，水面宽400m，比工程前扩展了250m。库湾水体发生富营养化。

1

1.1

库湾水体富营养化指标分析及现状评价

库湾水体富营养化水质指标分析

式中TLIc为营养状态的综合营养度；TLIj为第j个因子的分营养度；Wj为第j个因子的权重。

当TLIc≤30时，水体贫营养；当TLIc≤50时，水体为中营养；当TLIc>50时，水体为富营养。根据2002年黄柏河库湾断面监测资料计算其富营养化指数，结果如表2所示。

表2

项目Chl-aSDTPTNCODMn

黄柏河库湾水体富营养化指数计算结果

Wj0.540.090.140.140.09

TLIj6474716950

65.32

富营养

TLIc

营养状态

L-1）浓度值（/mg

0.0370.300.2382.3256.18

ΣW

j

×TLIj

（1）

1998～2002年调查黄柏河库湾横断面和纵断面水质发现，

库湾内水质已由原来的Ⅱ类变为现在的Ⅳ类甚至V类。根据《三峡库区及其上游水污染防治规划》，黄柏河库湾水质标准应为地表水Ⅱ类标准。各水质项目监测结果分析如表1所示。

表1

项目DOBOD5

值阈/

黄柏河库湾水质监测结果

平均值/最大超

（mg L-1）（mg L-1）标倍数3.78～11.720.10～4.02

7.712.641.38

1.981.541.34

════════

项目TNTP

平均值/最大超

（mg L-1）（mg L-1）标倍数0.305～2.3250.003～0.238

1.230.074

4.652.389.25

值阈/

CODMn1.01～6.18

Chl-a0.0003～0.0370.004

从表1中可以看出，监测项目全部超标。库湾内表征富营

养化的指标如TN、尤其是Chl-a超TP、Chl-a等超标最为严重，过9倍多，主要是由于水库蓄水以后，库湾水流流速变缓，上游来水水体中携带大量营养物质在此沉降，为藻类繁殖提供良好条件，致使其大量生长。

由表2可见，黄柏河库湾各项水质指标分营养度及水体综

合营养度均超过50，说明库湾水体水质属于富营养类型，由于综合营养指数超过评价标准15.32单位之多，可见库湾水体富营养化比较严重。

2

2.1

库湾水体富营养化成因及营养盐来源分析

库湾水体富营养化成因分析

1.2库湾水体富营养化现状评价

库湾在水库蓄水时具有湖库特征，因此可以用湖泊富营养

化模型来评价河道型水库库湾水体富营养化。分析国内外水体

］

富营养化评价模式，采用营养度指数法［1（对黄柏河AHP-PCA）

库湾水体富营养化状态进行综合评价。营养度指数法是将主成

富营养化发生所需的条件可归纳为3方面：总磷、总氮等营养物质较充足；缓慢的水动力条件；适宜的气候条件（包括水温、光照条件）。黄柏河库湾在葛洲坝未运营以前，水体中营养盐指标已经超标，但并未发生富营养化。葛洲坝水库蓄水以后，库湾仅有原来的几十分之内水流流速减缓，为0.0018～0.0036m/s，

分分析与层次分析相结合的一种综合评价水体富营养化状态的

收稿日期：2005-12-27

基金项目：湖北省教育厅重大资助项目（2004Z003）；湖北省科技攻关资助项目（2005AA401C38）；三峡大学重大资助项目

（2004C02）

作者简介：黄钰铃，女，西北农林科技大学水电学院，博士研究生；三峡大学机械与工程学院，讲师。

第4期黄钰铃等：河道型水库库湾水体富营养化评价及防治初探17

一，加上水位升高，水深变深，使库湾呈现湖库水文特征。水流流速变缓使上游输入的N、经过较长时间P等污染物在此沉降，

积累，底泥中N、P含量远高于水体中N、P含量。库区放水时，一部分底泥在水流冲刷作用下进入长江，导致长江水质进一步恶化；蓄水时，在水流扰动作用下，底泥中的N、P等污染物又回到河水中。底泥释放的N、P加上上游点源及面源输入的N、P污染物，使黄柏河库湾逐渐富营养化，在遇到适宜光照、温度、风速等因子的情况下还可能爆发水华。结合表1和表2的分析结果可以看出，库湾水体富营养化的主要原因是库湾水动力条件改变以后，点源、内源、面源提供充足的营养盐，在适宜的气候条件下，水体发生富营养化。

式中Cs为库湾水质标准；Q为库湾设计流量；q为污染物平均排放量；I为库湾长度；u为断面平均流速；k为自净系数；Cp为上游断面污染物浓度。

3库湾水体富营养化防治措施

在富营养化发生所需的3个外力条件中，水温和光照要素

是气候形成的自然结果。因此，在进行黄柏河库湾水体富营养化防治时，考虑其产生原因，主要通过调节水动力条件结合控制水体中营养盐水平来解决富营养化问题。

3.1库湾水动力条件调节

将水动力条件作为黄柏河库湾富营养化发生的主要条件，

2.2库湾营养盐主要来源

通过研究得到临界值。葛洲坝库区属季调型水库，具有较大的（1）磷矿废水。流域源头磷矿无序开采，开采过程中产生的废水未经处理直接排入黄柏河，每年排入黄柏河的磷矿废水达43.8万t；矿区植被破坏严重，废矿渣和尾矿随意丢弃，在降

雨淋溶作用下，大量含磷物质随地表径流和壤中流进入水体。

（2）面源污染。黄柏河流域面源污染主要有农田地表径流、城镇地表径流和水产养殖业不定期换水。过量施肥，加上农业管理不善，农田土壤表层中的氮、磷等营养物质极易在降雨或灌溉时随地表径流和壤中流进入河流。近年来研究表明，氮、磷

等营养物质以溶解或吸附于土壤表面等方式进入地表水体［2］。

黄柏河流经2区1县12乡镇。这些城镇路面大部分是不

透水地面，降雨时氮、磷等营养物随地表径流进入黄柏河中。美国环保局把城市地表径流列为导致全美河流和湖泊污染的第3

大污染源

［3］

近年来流域内水产养殖业发展较快，养殖时不定期排放的废水携带大量人工投入的饵料、鱼类排泄物进入水体，给水体带

来大量富含氮、磷的营养物质。许多研究表明［4，5］

，养殖业污水

的不定期排放以及动物残留对无机氮总量的贡献较大，并且养殖水环境中的NH+-4-N含量要远高于NO3-N的含量。

（3）城市生活污水和工业废水。黄柏河流域上游建有很多磷矿初级加工业，中下游建有许多食品加工业和化肥生产企业，所排废水中含有较高浓度的氮、磷等营养物质。因生产规模较小，废水均未经处理，直接排入黄柏河中。

生活污水中，人类的排泄物、合成洗涤剂、食物污物都含有大量的磷。据估算，生活污水中TP、TN的量分别占到黄柏河

TP、TN总排入量的70.6%和66.87%。目前，黄柏河流经的乡镇均没有污水处理厂，导致大量含氮、磷生活污水和工业废水进入水体。

（4）沉积物中的氮磷释放。葛洲坝蓄水以后，黄柏河库湾流速几近于零，上游及库湾沿岸输入的污染物进入水体，沉积在库湾底泥中，当水动力条件改变时，沉积物中的氮、磷等营养物质就会释放出来，进入水体，形成二次污染。研究表明，沉积物中氮磷含量对富营养化的贡献较大。例如，滇池对点源污染采取治理措施后，沉积物释放的TP仍可维持滇池目前水平63a之

久；西湖沉积磷的年释放量可达1.3t左右，相当于年入湖磷负荷量的41.5%；巢湖沉积磷的年释放量达220.38t，占全年入湖

磷负荷量的20.90%［6］

。

此外，黄柏河库湾还存在流动污染源，如船只等在河流上行驶时将含有营养物质的污染物排入河中。

2.3库湾水环境容量分析

库湾水环境容量计算需考虑点源、面源和内源污染输入。

由于库湾水质标准一致，故水环境容量E等于允许排污量W。可采用公式：

E=W=86.4

［Cs （q+Q）-C（-kI/u）

p Q e］（2）

水流调节功能，在进行水库调度时，将库区富营养化发生的临界水动力条件作为水库调控要素，综合考虑水库功能需要（包括防洪、供水、发电）等因素，调整库湾水动力条件，将会对库湾水体富营养化防治起到至关重要的作用。当库湾水体富营养化严重时，加大水库泄水，可提高库湾水体自净能力，一定程度上对污染水体起到稀释作用。

3.2库湾内营养盐水平控制

（1）采用法律、行政法规或经济等手段，控制氮磷污染排放量。利用法律或行政手段限制含磷较多的合成洗涤剂的使用、制定水产养殖废水的排放标准和规定城镇街道污染物清扫次数；利用经济补偿政策鼓励和调动流域内各级部门保护农业生态环境的积极性；建立健全有关法规条例（如磷矿开采管理和农药、肥料管理的地方性条例、农业生态环境保护条例、流动污染源的控制规定等）；开展农业生态环境保护和生态农业建设工作，对相关机构建设、监督监测、科研培训、综合治理设施在经费上给予保障；加强执法和监督力度，保障法律、行政和经济措施的实施。

（2）发展生态农业，减少农业面源污染中营养物质排放量。过量施肥或过多使用有机废物，使土壤中氮磷含量远高于农作物需要，加上土壤和农作物管理不善，导致营养物质流失。通过建设生态农业工程和推广农业新技术控制农业面源污染，减少营养物质排放量。例如加强土地管理，合理使用土地；改良作物种植方式（包括种植方法、及时性、种植的方向和深度）；改进施肥方式（限制肥料的施入量以及施肥时间）、推广新型复合肥和缓效肥料等措施控制肥料的使用量。此外，保土耕种、作物轮植、节水灌溉等措施也可以减少农田营养物质流失。

（3）建立人工湿地，吸收沉积物释放的氮磷。人工湿地系统水质净化技术是在一定的填料上种植特定的湿地植物，形成一个人工湿地生态系统，当污水通过系统时，其中的污染物质和营养物质被系统吸收或分解，使水质得到净化。研究表明，在进水浓度较低的条件下，人工湿地对N、P去除率分别达到60%和

90%以上［7］

。利用载运工具，

在其上面构建人工湿地生态系统，考虑库湾水体水动力条件，将载运工具放置于干支流交汇处和库湾水体中，吸收水体中和沉积物释放的氮、磷，减少水体及底泥中氮、磷含量。

（4）加强地表径流治理。在黄柏河下游外源性磷输入中，面源输入占30%左右，

数量上远小于点源，但其来源多，范围广，无法进行集中处理，控制难度较大。在地表径流携带氮、磷汇入水体之前，可以采用湿地、河滩缓冲区、生态缓冲带或沙层过滤、多池塘系统或硫酸铝加以治理，尽可能减少库湾水体氮、磷汇入量。国外研究表明，作为江河、湖泊、水库或海湾入流的

（下转第49页）

第4期高龙华：御临河降雨径流驱动力模型研究49

因素又以降雨量影响最为重大，而人为因素的影响主要有3个方面：人民生活和工农业生产用水量的日益增加，①人口增长、

对水资源的不科学利用。御临河小流域自1991年以来，人口增长和工农业的增加迅速，并且当地农民有用抽水机从御临河抽水漫灌的耕作习惯。②大量水利工程措施改变了流域径流量。自1991年来御临河流域内先后修建了东风水库、青年水库、红旗水库、共和水库等中小型水利工程，达到了24座，库容达到了这也对流域的径流造成了相应影响。③由于农业7400万m3，

耕作制度的改变、水土保持措施而引起的下垫面条件的改变，进而影响径流量，随着渝北区政府对御临河西北部的中河、茨竹、大湾等乡镇的以坡改梯，种植经济果林木政策的实施，使这些地区的下垫面条件发生了较大程度的改变，从而对流域径流也造成影响。

减少小，气候驱动力对降雨径流起主导作用。1991～2002年间，幅度明显增大，这后12a间径流量还受到人类驱动力的影响。通过建立多元回归模型预测天然径流量，并将其与实际径流量的差值来表示人类驱动力对径流变化的影响，结果表明1991～御临河降雨径流确实受到人类驱动力影响，这种影响2002年，

的大小虽然在具体年份上存在不确定性，但总的趋势是逐渐增大，因此应该引起有关部门的高度重视。

参考文献：

［1］杨新，延军平.无定河年径流量变化特征及人为驱动力分析.地球

科学进展，（6）2005，20.

［2］方俊华，刘海舰.重庆渝北御临河流域水体污染现状及防治对策.

重庆建筑大学学报，（3）2004，26.

［3］ZhangJiguo，rmationentropyanalysisonnonuniformityof

precipitationdistributionintime-space.basicconceptanddataanaIysis.（2）AdvancesinWaterScience，2000，11.

［4］金光炎译.随机水资源技术.北京：农业出版社，1987.

［5］冯利华.水资源变化趋势的灰色聚类预测.资源科学，（3）1999，21.［6］阮晓红.非点源污染负荷的水环境影响及其定量化方法研究，见：

河海大学博士学位论文.2002.

（编辑：常汉生）

5小结

通过对御临河1973～2002年的径流量变化进行分析，结果

表明这30a间的径流量总体上趋于减少，但各个阶段减少的量有所不同。1973～1991年间，阶段平均径流量的减少幅度比较

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

（上接第4页）

人为本，树立全面、协调、可持续的发展观，促进经济社会和人的全面发展”的要求，切实加强对水电工程建设中和建成后的生态环境保护。

（2）加强对水电开发的规划，特别是对流域水资源合理配置，即用可利用的水资源并根据经济发展阶段目标以及生态环境承载容量来规划水电开发的可行性。

（3）树立科学的生态价值观，建立生态补偿机制，积极研究生态损失成本计算及生态经济评价指标和补偿办法。

（4）完善水电工程生态影响评价体系和评价方法、相关的技术衡量标准如非湖非河水质评价标准等，并对正在运行的水电项目进行后评估。

（5）在水库调度运行方案中，合理制定水库生态调度应急预案，以满足河流水库水质污染、水生生物以及下游河道安全和泥沙淤积等生态健康的需要。

（6）制定相应的规章和制度，以明确水电开发业主应合理承担的公共性和社会性职能，规范生态调度运行、生态补偿范围和补偿量以及相关的成本核算等。

（7）依靠科技进步，加强水库蓄水后库区和流域地区生态环境的监测，针对发现的新情况、新问题研究切实有效的解决措施。同时积极探索生态补偿技术措施。

人类改变自然不一定要破坏自然，用自己的智慧和劳动按照自然的规律可以建设比自然生态系统具有更多生产力的人工生态系统，人类改变了大自然旧的平衡，建立有利于人类的新的平衡，是人类和世界的进步。对水电工程与生态环境协调发展问题必须要勇于正视、敢于面对和善于解决，相信我国的水电工作者和有识之士，有能力进一步科学认识和正确运用自然规律，转化人与自然的矛盾，利用自然为人民的生活、经济和社会发展服务。

（编辑：赵树湘）

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（上接第17页）

湿地可以显著去除氮；河滩缓冲区能有效地减少来自丘陵地区的氮；河边的森林缓冲区能去除总氮和泥沙负荷的50%～90%

［8］

中的应用.哈尔滨工业大学学报，（4）2003，35.

［2］ShirmohammadiA，UlenB，Bergstrom，etal.Simulationofnitrogenand

phosphorusleachinginastructuredsoilusinggleamsandanewsubmodel，（41）PARTLE’.TransactionsoftheASAE.1998，.

［3］贺缠生，傅伯杰.非点源污染的管理与控制.环境科学，（5）1998，19.［4］王小平.牛头岛深湾网箱养殖区底质溶液中的氮和磷.中国水产科

学，（3）1998，5.

［5］李兰生，林洪，李敬让等.虾池生态系的氮平衡以及氨水平的生物

调控.海洋湖沼通报，（4）1999，.

［6］孙亚敏，董曼玲，汪家权.内源污染对湖泊富营养化的作用及对策.

合肥工业大学学报（自然科学版），（2）2000，23.

［7］许春华，周琪，宋乐平.人工湿地在农业面源污染控制方面的应用.

重庆环境科学，（3）2001，23.

［8］PerryCD，VellidisG，LowranceR，etal.Watershed-ScaleWaterQual-ityImpactsofRiparianForestManagement.JournalofWaterResources（3）PlanningandManagement.1999，125.

［9］金相灿.湖泊富营养化控制和管理技术.北京：化学工业出版社，

2001.

（编辑：常汉生）

。

（5）城镇污水和采矿废水集中处理。城镇污水（包括生活污水和企业废水）和采矿废水氮、磷排放量占流域各污染源氮、磷总排放量的60%左右，因此必须在黄柏河流经城镇和磷矿开采区建立污水集中处理厂，利用污水脱氮除磷技术，例如A2/O处理系统、多级氧化沟等生物处理工艺、生物硝化—反硝化与化学沉淀除磷相结合的工艺、生物塘处理系统等污水工艺减少各城镇污水中氮、磷排放量。对于化工企业、化肥厂、食品加工企业等含氮污染企业的废水治理，应加强氮的去除，可选择氨吹脱法、折点加氯法、离子交换法等；对含磷工业尤其是磷矿加工业废水应加强磷的去除，可选择混凝沉淀法、晶析除磷法、生物与

［］化学并用法、厌氧—好氧法、Phostrip系统等9处理工艺。

参考文献：

［1］张思冲，张雪萍，廖永丰.营养度指数法在寒地湖泊富营养化评价

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