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1、入库河流水质改善对策与实践彭文启，周怀东中国水利水电科学研究院水环境研究所摘要：水库水质的好坏直接影响水库水资源的利用，也严重制约水库功能的正常发挥。为保持水库水质免 受高污染河 流的污染，在河流入库之前采用相应的对策是必要的。通过河流入库前处理，可以有效地限制 和减少污染物质进入水 库。本文论述了各种改善入库河流水质的措施，并以官厅水库为例，结合水库水文、水环境特征，布置合适的水质改 善工程进行入库河流水质改善以减少入库污染物总量。关键词：水质改善，氧化塘系统，土地处理系统，前置库1、入库河流水质改善技术措施概述水库水质的好坏直接影响水库水资源的利用，也严重制约水库功能的正常发挥。自20世纪
2、70年代以来，我国的大部分水库相继出现富营养化问题，降低了水库饮用水价值，也影响水库供水、旅 游、灌溉等功能。造成水库水体水质功能破坏有三方面的原因：1）我国大部分水库修建于20世纪的5060年代，运行了 50多年，已经进入老化阶段，水库淤积严重，大多需要进行环境清淤；2）水库上游来水量急剧减少，水库储水更新周期加长，水库经常在低水位下运行，水库环境容量大大降低；3）由于水库上游工农业不断发展，而相应的污染治理措施没有同步配套，入库河流水质较差，严重影响水库水质。为保持水库水质免受高污染河流的污染，在河流入库之前采用相应的对策是必要的。通过河流入库前处理，可以有效地限制和减少污染物质进入水库。
3、入库河流前处理技术包括：渗流沟技术，前 置库和沉沙池工程技术，土地处理技术，氧化塘技术、高效率生物过滤器、砾石间接触氧化等。这些技术或 单独应用，或结合在一起，在国内外水库水质改善中获得了良好的效果。1.1、渗流沟技术渗流沟技术Grau（ 1977）1在水流流量较小（V100l/s）且波动不大的情况下，是一种很有效 的方法。其原理是借助渗透使污染水体通过下层土壤，以去除污染物质。1.2、前置库在水库内设置前置库，促进生物反应和土壤渗透等的自然净化能力，能有效地减少污染物质（王敦春等2，1996）。在前置库中，其食物链是一个复杂的系统，它包括水生植物、湖底生物和 水鸟等。在前置库中的净化作用，不
4、仅包括物理的（沉淀、吸收），而且包括生化和生态的作用，其工作效率较高。日本Biwa湖在一条入湖河流在进入湖泊之前先流进小1北京市“十五”重大项目：“官厅水库流域水质改善总体技术方案研究项目”专题（9550610400-4-2）部分研究成果。湖泊，河水中1/3的污染物质被去掉。1.3、氧化塘氧化塘又称稳定塘。人类应用氧化塘来处理污水已有3000多年的历史3,它可以处理多种类型的污水，并且可以在互不相同的气候条件下(从热带到寒带)工作。根据氧化塘系统的生物反应类 型，可分为四种主要类型4:兼性塘(好氧+厌氧)、曝气塘、好氧塘、厌氧塘。日本Terauchi水库在治理水库富营养化时将河水引入所示的浅塘
5、中，塘中种植水生植物，将营养物质去除，从而使入库水质改善。氧化塘是利用自然水生生态系统来处理污染水质的湖塘处理方法。在氧化塘中同时进行着有机物的好氧分解、厌氧消化和光合作用三种净化功能。前两种功能由好氧细菌和厌氧细菌完成，后一种功能由水生浮游植物一一藻类、水生植物和光合微生物来进行。其特征参数见表1。表1氧化塘特征参数塘类型代表性负荷参数kgBOD5/(ha.d)代表性水力停留时间 (d)代表性尺寸深度m面积(ha)兼性塘22-6725-1801.2-2.54-60好氧塘85-17010-400.3-0.45厌氧塘160-80020-502.5-51.4、土地处理系统5土地处理技术是运用生态学
6、原理和工程学方法而形成的生态工程处理技术。地处理技术从控制水污染要求出发，以土地为处理构筑物，利用土壤一植物系统的物理的、化学的、生物的吸附、过滤 与净化作用和自我调控功能，达到一定的处理目标。土地处理系统可分为快速渗滤(RI)、慢速渗滤(SR)、地表漫流(OF)、湿地处理和下渗滤系统等5种类型。在我国北方地区应用土 地处理系统的技术关键是寒冷气候条件下的运行及其效果。一些研究成果提出了相应的技术措施，如：冰下快速渗滤、土地处理复合系统(快渗+慢渗、快渗+慢渗+漫流、湿地+稳定塘等)。表2、土地处理系统的工艺条件和工程参数处理类型水力负荷(m/a)土壤渗透系数(m/d)土层厚度(m)地下水位(
7、m)地面坡度(%)慢速渗滤0.6-60.036-0.360.60.6-31.51.00.6不限3地表漫流3-210.3不限15湿地系统3-200.3不限0.61.0151.5、高效率生物过滤器为增大自然界水体自我净化能力，通过人工方法组装高效率生物过滤器。它通常由合成树脂做成，象风洞中的蜂窝器一样，具有规格的几何形状。这样的结构可提供较大微生物膜和高的孔隙比。 较高的孔隙比不仅可以防止由于大量微生物生长和其它固体物质造成的堵塞，减少水流阻力，降低运行费 用。1.6、砾石间接触氧化砾石间接触氧化也使用生长在砾石表面上的生物膜过滤。拦河而建的进水堰将河水引入在河流滩地上开挖的水沟中，而后流到砾石骨
8、料床上，最后通过排水管再排入河道。砾石接触氧化的基本原理是生物氧化净化和沉淀去除悬浮物净化。2、官厅水库水环境特征官厅水库是一座多年调节的防洪、供水、发电的大型水库。官厅流域属于中温带半干旱的间山盆地，山地、丘陵和河川盆地各占三 分之一，流域面积约为4.7万平方公里。官厅水系指永定河上游水库及其入库河 系一一桑干河、洋河和妫水河。桑干河发源 于山西省宁武县，流经山西省大同、平朔地区和册田水库，进入河北省 后经一百多公里的流程，在朱官屯与洋河汇 合后成永定河东行进入官厅水库。洋河全长 250公里，发源于内蒙古高原的山区，经张 家口盆地折向东 南，再经宣化盆地，穿响水 堡入涿鹿盆地，于朱官屯与桑干
9、河汇合。妫 水河发源于北京延庆东北山区，河短水急， 经具有以下特征：水资源缺乏，水体环境容 量小；水质污染与水量紧缺是流域水资源的主 要问题；首都北京的重要水源地。图1、官厅水库流域示意图20多公里流程注入官厅水库。概括起来，官厅流域2.1、水库运用特点及水位变化特点官厅水库始建于1951年10月，1953年汛期拦洪，1955年7月蓄水运用。水库控制永定河流域面积 4.34万平方公里，占全流域面积的92.3%。多年平均年径流量8.8亿立方米。拦河土坝建于官厅山峡的出口，原坝顶高程为485.27m，1986年坝顶加高至492m。水库总库容41.6亿立方米，其中防洪库容29.9亿立方米，兴利库容2
10、.5亿立方米。水库按千年一遇洪水设计，相应库水位484.84m，按可能最大洪水校核，相应库水位490.0m。水库设计死水位476m，汛限水位476.0m，正常蓄水位479.0m。水库水位动态变化如图2所 示。2.2、入库河流水质现状评价采用单因子评价法，依据国家地面水环 境质量标准（GB3838-88）进行评价。选 择了与污染特征密切相关的pH值、溶解氧、高锰酸盐指数（CODmn）、生 化需氧量（BOD5）、氟化物、氯化物、挥发 酚、砷、六价铬、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐 氮、铜、铅、锌、镉、总磷、总氮、大肠菌群等19项指标，作为评价参数。2.2.1、定河八号桥段（入库段断面）水质八号桥是永定河
11、注入官厅水库的代表断面。八号桥水质为地面水质超V类，CODmn、BOD 5、氨氮三项指标分别为15.7mg/L、21.5mg/L和7.97mg/L ,分别超过地面水环境质量V类标准0.6 倍、1.2倍和7.0倍。2.2.2、区水质评价结论河口是全库区水质最差的区域，为V类，主要污染物质是氨氮、CODmn和氟。西库区蓄水量小，受来水水质影响较大，水质较差。永1000断面和永1008断面水质均为V类，主要污染物为氨氮、亚硝酸盐氮和CODmn。东库区水质好于西库区。妫大桥断面氨氮为0.53mg/L，水质为”类，其余项目均符合I类标准。妫1018+1断面CODmn为3.5 mg/L,达到n类标准，其余
12、项目均符合1类标准。2.3、官厅水库水源保护目标21世纪首都水资源规划中提出要“稳定密云、挽救官厅”，使官厅水库成为北京市第二饮用水源。根据21世纪首都水资源规划官厅水库水源保护规划目标如下：2005年：官厅上游地区要实施水污染治理和水土保持，改善产业结构，建立水资源保护的生态经济 区，遏制官厅水库水质恶化的趋势，官厅水库水质达到川类标准。2010年：官厅继续实施水污染治理和水土保持，官厅水库水质力争达到n类水体标准。2.4、永定河入库段概况由于多年采用蓄水运用方式，官厅水库泥沙淤积问题严重，据实测资料统计，1953年-1985年累积淤积6.12亿立方米，至1997年止，已达6.51亿立方米，
13、其中约91.5%淤于永定河库区， 8.5%淤在妫水河库区。官厅水库泥沙淤积以典型的三角洲形态 向坝前推进。对比80年代与2000年库区地形图（图3）,可 以发现永定河库区淤积8 10 滩地向前发展了约3km,面积新增约10平方公里。L_J淤积区随着三角洲的淤积发展，入汇河口逐渐下移，河口在淤高 的过程中，河口以上主流同时摆动，60年代主流偏左岸，一70年代逐渐转向右岸，1979年大水大沙图3永定河库区三角洲平面发展态势 年以后，右岸主槽逐渐被淤死，主流又 向左岸偏移，至1981年，主流已完全转移到左岸。图4流量频率变化曲线以永1010为坐标原点分析永定河入库段2000年实测断面数据。深弘比降约
14、为0.54%。，断面平均 高程的比降约为0.45%。以八号桥为中线将该区域分为上下两片，上、下片河滩面积都约为3万亩，两片 河滩总面积6万亩。3、官厅水库入库水量水质分析3.1、入库水量分析根据近10年的旬水量数据，绘出的水量频率变化 曲线如图4所示。如按90万m/d规模考虑，相 应保证率为55%较低。考虑低温情况有4个月，其余月份可以提高处理水 量。因此初步确定的水量为90 万 m/d。3.2、入库河流水质指标分析根据8号桥处1990 1999历年水质数据分析，确定水质改善工程设计进水指标值，见表3。对各水质指标所采用的设计值，利用污染物负荷来计算其保证率分别为：BOD为50%;CODMn 为 55%; TP 为 65%; TN 为 75%;氨氮为 80%表3永定河入库水体水质改善工程设计进水指标指标BODCODMnTPTNSS氨氮单位mg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/L设计值30150.515750104、官厅水库入库水体水质改善方案4.1、永定河入库水体水质改善目标充分利用官厅水库永定河入库段的河道与河滩地，规划河流入库前处理方案，有效地限制和减少污染物质进入水库。经过水质改善措施后入库水体的COD与氨氮力争达到n类标准。4.2、永定
