南水北調(diào)工程對南四湖水環(huán)境質(zhì)量的影響

1北銀東線工程1.1山東水資源開發(fā)利用設(shè)計圖4國家復(fù)興工程是一項戰(zhàn)略基礎(chǔ)設(shè)施，旨在優(yōu)化中國水資源的分配，也是一項重大生態(tài)工程，具有廣泛的社會和生態(tài)效應(yīng)。東線工程是南水北調(diào)工程總體布局中的重要組成部分,其供水目標是解決調(diào)水沿線和山東半島的城市與工業(yè)用水,改善淮北部分地區(qū)的農(nóng)業(yè)供水條件,并在北方需要時提供農(nóng)業(yè)和部分生態(tài)環(huán)境用水.東線工程分三期實施.一期工程主要為蘇、魯兩省供水.一期山東年需引江水量為14.66億m3,三期為34.63億m3.山東境內(nèi)南水北調(diào)干線工程分為南北、東西兩大輸水線路,全長1191km,供水范圍涉及14個市107個縣(市、區(qū)),形成境內(nèi)T字形輸水大動脈,最終實現(xiàn)全省水資源的優(yōu)化配置.1.2文明安山市用水治污規(guī)劃南水北調(diào)東線主要利用現(xiàn)有的湖泊調(diào)蓄和河道輸水.目前,這些湖泊和河道水污染相當嚴重,按照“先節(jié)水后調(diào)水、先治污后通水、先環(huán)保后用水”的原則,在通水之前必須予以治理.為此,國家專門制定了《南水北調(diào)東線治污規(guī)劃》.該《規(guī)劃》確定以節(jié)水為基礎(chǔ),以治理為主線,以維持生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)和實現(xiàn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展為宗旨,實行水質(zhì)、總量、項目、投資、責(zé)任五位一體的治污機制,實施產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、工業(yè)綜合治理、城市環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、截污導(dǎo)流與污水資源化以及流域生態(tài)恢復(fù)與保護措施,全方位強化治污工作,確保實現(xiàn)2007年輸水水質(zhì)達到GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅲ類水標準.2南四湖位于東岸的調(diào)水區(qū)2.1湖泊規(guī)模及水質(zhì)南四湖位于淮河流域北部,東、西、北三面承接蘇、魯、豫、皖4省32個縣(市)的來水,流域面積3.17萬km2,是我國北方最大的淡水湖,是山東省重要的水源地.湖泊自北向南由南陽、獨山、昭陽、微山4湖組成一體,湖泊水域面積約1266km2,二級壩樞紐將湖泊分為上級湖和下級湖.上級湖水域面積602km2,興利水位34.2m,興利庫容6.56億m3,死水位33.0m,死庫容2.68億m3;下級湖水域面積664km2,興利水位32.5m,興利庫容4.72億m3,死水位31.5m,死庫容3.06億m3.湖泊盆地淺平,全湖平均水深僅1.5m,為一平原淺水型湖泊.具有防洪、排澇、灌溉、供水、養(yǎng)殖、通航及旅游等多種功能.2.2湖泊蓄蓄能力南四湖是南水北調(diào)東線的必經(jīng)之路,也是東線調(diào)水的調(diào)蓄湖泊.根據(jù)南水北調(diào)東線工程規(guī)劃,一期工程下級湖蓄水位由32.5m提高至33.0m,而上級湖將保持現(xiàn)狀設(shè)計蓄水位34.2m,利用湖泊自身進行槽蓄.在調(diào)水期上、下級湖水流流向由原來的自北向南自然流向通過泵站提水將變?yōu)橛赡舷虮钡牧飨?由于南四湖的特有地理位置和水文特點,南水北調(diào)東線干線山東境內(nèi)規(guī)劃的調(diào)蓄水庫雖然還有東平湖及新建大屯、東湖、雙王城3座平原水庫,但南四湖因緊鄰調(diào)水上游地區(qū)江蘇省徐州市,因此該湖泊的調(diào)蓄能力和水資源狀況直接影響整個山東供水的保證率,對未來向河北、天津送水也將起到至關(guān)重要的配置作用.3南四湖現(xiàn)狀與分析3.1泥沙沉積嚴重,防洪能力下降南四湖湖東丘陵隨山洪、徑流帶入大量泥沙,年徑流輸沙量約609萬t,其中入湖泥沙約467萬t;湖西平原排洪河道引黃退水亦帶來大量泥沙,入湖泥沙約31萬t,年入湖泥沙總量達782萬t,估算年淤積量占湖泊總?cè)萘康?.13%.隨著近年來入湖水量的減少,兩岸泥沙量增加,特別是近十幾年魯西平原引黃帶來的泥沙,使南四湖淤積過程加快.此外,南四湖中水生植物茂盛,分布面積廣,對入湖泥沙起到了很大的滯沙、促淤作用.湖中大面積蓮藕基本處于自生自滅狀態(tài),輪葉黑藻、金魚藻、菹草等大量餌料植物極少撈取利用,任其腐爛于湖中,周而復(fù)始也加速了湖泊沼澤化過程.二級壩修筑后,客觀上加大了湖內(nèi)泥沙淤積速度.這些因素均人為加快了湖泊沼澤化自然進程,使防洪庫容逐年縮小.圍湖造田、圍湖養(yǎng)魚,大量圍墾圈圩使南四湖的水面縮減了近1/5.隨著南四湖干涸頻率的加快,圍墾現(xiàn)象呈現(xiàn)愈演愈烈的局面.湖面越小越容易干涸.南四湖堤防工程經(jīng)過東調(diào)南下一期治理后,防洪標準有了顯著提高,但由于湖東堤等工程尚未完全實施,加上湖泊自身淤積、圍墾等因素,使工程的整體防洪能力很低,直接威脅湖區(qū)群眾的生命財產(chǎn)安全.3.2城市發(fā)展與水資源供需矛盾山東省人均水資源占有量僅為全國平均水平的17%,南四湖地區(qū)盡管為山東省水資源相對豐富地區(qū),但其資源量仍難以滿足區(qū)域經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展的需求,特別是城市供水不足的矛盾十分突出.隨著沿湖經(jīng)濟的不斷發(fā)展,工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用水不斷增加,經(jīng)濟高速發(fā)展和水資源供需矛盾日益突出.特別是近20年北方地區(qū)連續(xù)干旱少雨,水資源總量下降,加之水資源的利用率不高,用水浪費嚴重,使南四湖幾乎成為季節(jié)性湖泊.南四湖水資源現(xiàn)主要來源于降雨形成的地表徑流和引黃灌溉的退水及周邊排放的工業(yè)、生活污水.2002年夏天,南四湖遭受百年不遇的特大干旱,出現(xiàn)湖河干涸現(xiàn)象,群眾吃水困難,湖內(nèi)生物大量死亡.3.3入湖河流水質(zhì)狀況隨著地區(qū)工業(yè)、城市、礦區(qū)的發(fā)展,南四湖的水質(zhì)受到嚴重污染,全區(qū)水環(huán)境質(zhì)量不斷下降.重要污染源涉及濟寧、菏澤、棗莊和徐州4個地區(qū).主要污染源可分為工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)田回流水和畜禽及水產(chǎn)養(yǎng)殖非工業(yè)點源廢水.長期監(jiān)測資料表明,區(qū)內(nèi)主要13條入湖河流均呈現(xiàn)程度不等的有機類型污染.依據(jù)GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》,對南四湖周邊13個監(jiān)測斷面(湖區(qū)4個)的水質(zhì)評價結(jié)果為:20世紀80年代前,南四湖及其入湖支流的水質(zhì)大多可達飲用水標準(按Ⅲ類水標準),1977年和1980年水質(zhì)達標率分別為68.3%和65%;20世紀80年代中期水質(zhì)開始惡化,1986年達標率為33.3%,至1991年降到了17%;20世紀90年代末和21世紀初水質(zhì)嚴重惡化,達標率僅3%左右.目前南四湖流域大多數(shù)重點工業(yè)污染源實現(xiàn)了達標排放,但由于工業(yè)廢水排放標準與水環(huán)境質(zhì)量標準之間差異較大,因此在南四湖蓄水量較小的情況下,入湖河道的水環(huán)境污染對南四湖水體質(zhì)量的影響不容忽視.對南四湖流域?qū)嵭形廴疚锏目偭靠刂剖撬h(huán)境質(zhì)量好轉(zhuǎn)的前提.3.4南四湖水生動植物多樣性現(xiàn)狀近年來,南四湖多次出現(xiàn)干湖現(xiàn)象.尤其是2002年,南四湖遭受了百年一遇的特大干旱,使生態(tài)環(huán)境遭到重創(chuàng).同時,南四湖遭受長期的有機污染,水質(zhì)惡化也嚴重破壞了生態(tài)環(huán)境,造成了南四湖內(nèi)水生生物特別是魚類數(shù)量的大量減少.據(jù)1987年濟寧市科委調(diào)查,南四湖中魚類是8目16科78種,到2003年僅為6目11科29屬32種.4南四湖水環(huán)境影響評價4.1蓄水量對所需納污量的影響根據(jù)南四湖的蓄水量及湖區(qū)內(nèi)水環(huán)境污染特點,計算南四湖CODMn和NH3-N的納污量和水體達到Ⅲ類水標準時的應(yīng)削減量,計算結(jié)果見表1.從表1看出,南四湖在不同蓄水量的情況下,有機物的年納污量變化幅度較小,氨氮納污量隨蓄水量減小有明顯增加;從污染物應(yīng)削減量來看,隨著蓄水量的減小,污染物的應(yīng)削減量呈明顯增加態(tài)勢,以氨氮的削減量最為明顯,說明南四湖水體的水環(huán)境質(zhì)量與其蓄水量有著直接關(guān)系,即蓄水量大水質(zhì)則好,蓄水量小水質(zhì)則差.4.2水環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果以南四湖50%,75%,95%的供水保證率的水量為基礎(chǔ),根據(jù)近幾年南四湖污染物質(zhì)的納污量,對不同保證率水量情況下的水環(huán)境質(zhì)量進行了評價,結(jié)果見表2.由表2看出:南四湖平水年份(供水保證率50%)水環(huán)境質(zhì)量可以達到Ⅲ類水標準;枯水年份(供水保證率75%)水環(huán)境質(zhì)量可以達到Ⅳ類水標準;特枯年份(供水保證率95%)水環(huán)境質(zhì)量則僅符合或超出Ⅴ類水標準.由此可見,南四湖來水量的大小是保證水環(huán)境質(zhì)量的主要原因之一.4.3水質(zhì)污染物防治南四湖周邊河流現(xiàn)狀污染比較嚴重,且流入南四湖的水量、水質(zhì)變化起伏不定,從而對湖區(qū)水質(zhì)產(chǎn)生很大影響.調(diào)水前,必須對周邊入湖河流進行治理,以減弱入湖河流對調(diào)水水質(zhì)的影響.另外,還可輔以生物措施,在上級湖種植蘆葦、香蒲、浮萍等挺水植物、浮葉植物、漂水植物和沉水植物,形成寬約500m的水生植物帶.通過水生植物帶的阻滯、隔離和凈化作用,將有助于調(diào)水區(qū)水質(zhì)的改善.在調(diào)水期,湖水流向?qū)⒆優(yōu)橛赡舷虮钡牧鲃?為分析調(diào)水后湖區(qū)主要污染物(COD)質(zhì)量濃度演變趨勢,建立南四湖二維流場數(shù)值模擬模型,入湖流量按照一期正常調(diào)水工況進行.即:下級湖老運河調(diào)入Q=125m3/s、不牢河調(diào)入Q=75m3/s,上級湖二級壩入湖Q=125m3/s.取調(diào)水入下級湖COD質(zhì)量濃度為20mg/L,湖區(qū)本底COD質(zhì)量濃度為40mg/L,各河流入湖口的COD質(zhì)量濃度為100mg/L,下級湖控制水位31.3m,上級湖控制水位32.8m.通過美國SMS(SurfaceWaterModelingSystem)軟件模擬計算,繪得調(diào)水后120d湖區(qū)COD質(zhì)量濃度等值線,如圖1、圖2所示.分析圖1可知,調(diào)水與下級湖原湖水混合后,污染物得以稀釋,在主流區(qū)COD質(zhì)量濃度呈梯度遞減,由于流速大,水體交換快,有利于污染物的輸移擴散.薛城小沙河等入湖河流污、廢水受調(diào)水影響,僅在入湖河口附近形成了面積很小的超標區(qū).不牢河污、廢水由于處于非主流區(qū),交換混合不充分,入湖河口附近COD質(zhì)量濃度較高.隨著時間的推移,調(diào)水與湖水進一步稀釋、混合,出下級湖濃度可保證達到入湖濃度,并且出水水質(zhì)有好轉(zhuǎn)的趨勢.分析圖2可知,入湖河流排入的廢水、從下級湖調(diào)入水與原上級湖湖水充分混合稀釋,由于水生植物帶的阻滯、隔離等作用,使入湖河流的污、廢水不能擴散到主流區(qū)及出水口.經(jīng)模擬計算,上級湖COD出水質(zhì)量濃度可達13.7mg/L,符合Ⅱ類水水質(zhì)指標.5兩個典型的南四湖水環(huán)境分析5.12適應(yīng)南四湖區(qū)的生態(tài)補水工程2002年,南四湖流域降水量嚴重偏少,至12月1日,南四湖地區(qū)平均降雨量為370mm,比常年同期銳減48%;總來水量只有2.25億m3,僅是多年平均來水量的10%.2002年7月15日和8月25日,南四湖上、下級湖分別出現(xiàn)了最低水位,其中上級湖為歷史最低水位,南四湖基本干涸,湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)遭受致命打擊.2002年12月8日,實施了從長江向湖內(nèi)應(yīng)急生態(tài)補水,補水流量30m3/s,補水總量1.1億m3.補水后,南四湖水面面積比補水前增加120km2,基本滿足南四湖湖區(qū)魚類、水生植物、浮游生物和鳥類等生態(tài)鏈的最低用水需求,湖區(qū)生物物種得以延續(xù),多樣性得以保持,南四湖生態(tài)系統(tǒng)避免了一次毀滅性的破壞.這次實施應(yīng)急生態(tài)補水,是南水北調(diào)工程的預(yù)演和初步嘗試.5.22水質(zhì)恢復(fù)顯著2003年是山東省有水文資料以來第二大豐水年.微山湖蓄水量達到近20年的最高值.通過監(jiān)測,水質(zhì)達到GB3838—2002Ⅲ類水標準的監(jiān)控斷面占71.4%,湖區(qū)水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn),湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)得以逐漸恢復(fù).湖中各種魚類和浮游生物明顯增多,就連多年不見的微山湖四鼻鯉魚和河鰻也都紛紛亮相,而且喜歡生長在水質(zhì)良好、水位較深湖水中的小銀魚重現(xiàn)微山湖.每當傍晚時分,微山湖上還出現(xiàn)萬只水鳥聚集、覓食的景象.這說明,隨著湖水水質(zhì)的改善,湖區(qū)生態(tài)環(huán)境得到良好恢復(fù).6水質(zhì)資源開發(fā)a.由于自然和人為因素的影響,南四湖淤積嚴重,大大削弱了其防洪及蓄水調(diào)節(jié)功能,無法發(fā)揮其應(yīng)有的作用.南四湖水質(zhì)惡化,已危及其生態(tài)安全和湖區(qū)人民的生存安全.b.南四湖流域為資源性嚴重缺水地區(qū),目前水資源的開發(fā)利用率已超過當?shù)厮Y源的承載能力.實施南水北調(diào)是解決南四湖地區(qū)水資源緊缺的一項最主要的措施,同時也可緩解水資源緊缺給該地區(qū)帶來的諸多環(huán)境沖突.c.