洪澤湖滯洪區(qū)工程建設(shè)地表水環(huán)境影響評價

岳 政，逄 勇,2，宋為威

(1.河海大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，南京 210098；2.河海大學(xué) 淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點實驗室，南京 210098；3.河海大學(xué) 水文水資源學(xué)院，南京 210098)

1 前 言

水利工程的建設(shè)將會對地表水環(huán)境造成一定的影響，通過水環(huán)境數(shù)學(xué)模型的模擬可以預(yù)測水質(zhì)的走向，及時提出整改措施。吳澤斌[1]建立多目標(biāo)環(huán)境影響評價指標(biāo)體系，運用了AHP和模糊優(yōu)選方式對龍灘水電工程進(jìn)行了評價。魯春霞[2]從不同的測度指標(biāo)角度 , 對由于水利工程產(chǎn)生生態(tài)環(huán)境的變化進(jìn)行評價,并建立了相關(guān)的評價方法。王洪強(qiáng)[3]運用層次分析法對惠州市劍潭水利樞紐工程水環(huán)境進(jìn)行影響分析。溫敏霞[4]運用緩沖區(qū)分析方法，對糯扎渡水利工程完建之后的景觀結(jié)構(gòu)梯度進(jìn)行分析。宋為威[5～8]運用水環(huán)境數(shù)學(xué)模型對秦淮河流域水利工程實施引調(diào)水產(chǎn)生的生態(tài)效益的影響進(jìn)行了評價，并計算了水體環(huán)境容量。本文基于洪澤湖滯洪區(qū)工程建設(shè)的施工期及運行期，運用水環(huán)境數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬與預(yù)測，計算得到相應(yīng)的水質(zhì)，并對計算結(jié)果進(jìn)行評價，研究水利工程建設(shè)施工期和運行期對水環(huán)境的影響。

2 研究背景

洪澤湖滯洪區(qū)的工程建設(shè)主要包含堤防建設(shè)、建筑物、道路及安全區(qū)建設(shè)。滯洪區(qū)擋洪堤的復(fù)堤加固長度為205.1km，護(hù)坡長度為155.6km； 新建堤頂防汛道路全長247.8km； 截崗溝及走廊溝堤防加固116.3km，其中泗洪縣33.7km，盱眙縣82.6km。進(jìn)退洪水控制閘共新建6座； 新建、拆建、改造涵閘23座、泵站11座； 迎湖堤配套橋梁新建、拆建28座，旱閘新建12座。新建撤退道路208.4km、擴(kuò)建401.3km。洪澤農(nóng)場安全區(qū)堤防加固工程長10.0km，堤頂防汛道路長15.0km，防洪堤護(hù)坡長15.0km；三河農(nóng)場安全區(qū)堤防加固堤防14.7km，堤頂防汛道路長17.0km，防洪堤護(hù)坡長17.0km；相應(yīng)配套必要的排澇、涵閘、道路等工程。道路建設(shè)實施，應(yīng)先實施沿線橋、涵等建筑物，而后實施道路；可先安排實施穿堤建筑物，再進(jìn)行復(fù)堤工程，減少施工期對交通帶來的影響。防汛道路、撤退道路、提防加固、泵站工程全年施工，護(hù)坡工程、水閘、涵閘、橋梁為非汛期(10月～次年5月)施工。工程建設(shè)與滯洪區(qū)的位置分布見圖1。

洪澤湖一般情況下汛期為6～9月份。在非汛期時，所有水工建筑物處于關(guān)閉狀態(tài)，保證洪澤湖處于蓄水保證周邊生產(chǎn)生活，水位一般不超過12.5m。在汛期來臨時，淮河上游下泄排入洪澤湖后，使得湖內(nèi)水位(蔣壩水位)上升，當(dāng)水位到達(dá)14.5m時，洪澤湖沿岸各個已加固堤段水位如表1所示。當(dāng)蔣壩水位超過14.5m時，洪澤湖沿岸水閘(圖1)全部開啟，滯洪區(qū)開始滯洪，其中主要控制閘水位見表2。隨著洪水的下泄，當(dāng)泄洪結(jié)束后，蔣壩水位到達(dá)12.5m時，沿岸水閘全部關(guān)閉，洪澤湖進(jìn)行蓄水。由于沿岸圩區(qū)(圖1紅色)受洪水影響水位升高且閘門關(guān)閉，此時開啟排澇泵站，將圩區(qū)澇水排入內(nèi)河。

表2 進(jìn)退洪閘開啟水位Tab.2 Opening water level of flood gate (m)

圖1 研究區(qū)域工程位置分布圖Fig.1 Distribution of the regional engineering location

3 工程對水文情勢的影響分析

研究區(qū)域地處暖溫帶黃淮海平原區(qū)與北亞熱帶長江中、下游區(qū)的過渡帶，受海洋、大氣環(huán)流等因子的影響。降水量較為豐沛，降雨時空分布不均，多年平均年降水量在906～1 007mm之間，最大年降水量1 700mm，最小年降水量500mm。年內(nèi)分布極不均勻，一般集中在汛期6～9月，集中程度從南向北遞增。 《國務(wù)院關(guān)于淮河防御洪水方案的批復(fù)(國函[2007]48號)》明確規(guī)定“洪澤湖水位達(dá)到14.5m且繼續(xù)上漲時，濱湖圩區(qū)破圩滯洪”，擋洪堤及進(jìn)退洪控制建筑物的設(shè)計洪水位確定為14.5m?！痘春恿饔蚍篮橐?guī)劃》指出：當(dāng)洪澤湖蔣壩水位達(dá)14.5m時，破圩滯洪，設(shè)計洪水位16.0m。本滯洪區(qū)內(nèi)圩內(nèi)河道眾多，主要用于圩內(nèi)農(nóng)田的排澇與灌溉，正常水位12.5m，低水位11.5m，高水位13.5m。

3.1 施工期

施工時間為非汛期(10～次年5月)，主要進(jìn)行穿堤建筑物(主要包含涵閘、泵站、跨河橋梁)施工，需要在圍堰的防護(hù)下開挖明渠泄流或其他河流泄流的方式進(jìn)行導(dǎo)流。因此，工程施工不改變原河道運行，不會影響整體水位流量，即不影響整體水文情勢。但是，由于河道形態(tài)變化，在導(dǎo)流河道局部發(fā)生壅水現(xiàn)象，且流速流向發(fā)生短期變化。隨著工程建設(shè)完成后，將導(dǎo)流河道恢復(fù)到原始河道，發(fā)生變化的局部水位、流量、流向、流速等水文影響因子恢復(fù)。即新、改、拆等工程施工整體上對水文情勢不產(chǎn)生影響。由于分項工程較小且分散施工，不對其他水文因子產(chǎn)生影響。

3.2 運行期

建設(shè)工程完成后，工程運行時會對水文情勢產(chǎn)生一定的影響。工程運行對水文情勢影響分為非滯洪期和滯洪期。(1)非滯洪期：灌溉時，將湖泊的水抽排到農(nóng)田進(jìn)行灌溉，由于抽排時間短且湖泊蓄水能力較大，因此不會因為抽排導(dǎo)致洪澤湖水位水量發(fā)生較大變化。新建水工建筑物在非汛期均處于未建時期狀態(tài)，即對水文情勢基本無影響。(2)滯洪期：當(dāng)蔣壩水位超過14.5m時，將湖區(qū)水閘全部打開，將湖區(qū)水體排入周邊滯洪區(qū)，稱之為滯洪。此時湖內(nèi)水體不斷涌入滯洪區(qū)，使得洪澤湖水面擴(kuò)大，與內(nèi)河水體交換劇烈，對周邊生產(chǎn)生活構(gòu)成損害，但是保證了洪澤湖提防安全穩(wěn)定。因此，滯洪期的工程運行對水文情勢影響很大。

4 工程建設(shè)對地表水環(huán)境影響評價

4.1 施工期

堤防工程、撤退道路工程在常水位以上施工，施工場地對洪澤湖水質(zhì)基本無影響，但是閘站施工、混凝土施工、機(jī)械及生活對水質(zhì)產(chǎn)生一定影響。

4.1.1 閘站施工

閘站施工一般在非汛期(10～次年5月)進(jìn)行，且需要布置圍堰。為保證施工場地?zé)o地下滲水，需及時對施工的基坑進(jìn)行排水，具體為基坑初期排水和經(jīng)常性排水。以基坑的經(jīng)常性排水為主要手段，初期排水為輔助手段。經(jīng)常性排水主要是排出降雨匯流和地下水的滲漏。在基坑四周布設(shè)管井，每井設(shè)一臺潛水泵，及時將基坑排水抽排至基坑外。由于土方開挖及施工場地混凝土的養(yǎng)護(hù)，使得排出水的懸浮物(SS)濃度及pH值較高，通過類比計算，基坑排水的懸浮物濃度高達(dá)2000 mg/L，pH值高達(dá)9～11，水質(zhì)高于地表水標(biāo)準(zhǔn)?；咏?jīng)常性排水懸浮物濃度高且偏堿性建議設(shè)置沉淀池并添加調(diào)和劑，基坑排水經(jīng)沉淀后循環(huán)利用，不外排。由于各個分項工程位置分散，排水強(qiáng)度較低，符合標(biāo)準(zhǔn)，將經(jīng)過處理后的排水重新排放進(jìn)入周邊水體。對于初期排水，由于懸浮物濃度及堿性都較低故直接排放，通過河口濃度場衰減模式計算后，可知900m后水體懸浮影響消失，即閘站施工900m內(nèi)對水質(zhì)有影響，900m以外無影響，見表3。計算公式及結(jié)果如下:

邊界條件為：取最不利條件初期基坑排水中SS的濃度為2 000mg/L,初期基坑排水流量為5 000m3/d。

表3 初期基坑排水引起的水體懸浮物濃度變化過程數(shù)據(jù)表 Tab.3 Data table of the change process of water suspended substance caused by drainage of foundation pit at the early stage

4.1.2 混凝土施工

混凝土施工過程中主要在攪拌和養(yǎng)護(hù)時期產(chǎn)生廢水，廢水的含沙量濃度較高且堿性較強(qiáng)。沖洗攪拌罐的廢水，直接用攪拌運輸車接住，清洗罐車后，灑于施工道路，用于道路養(yǎng)護(hù)。 在混凝土攪拌站設(shè)置排水渠和沉淀池，廢水進(jìn)行加酸中和沉淀處理，處理后的廢水，用于場地和道路灑水除塵，不外排。在混凝土養(yǎng)護(hù)期間產(chǎn)生的廢水，主要來自于澆筑護(hù)坡、水泥攪拌樁、閘門基礎(chǔ)澆筑、穿堤水工建筑物、灌注樁、防滲墻等施工環(huán)節(jié)。因此，混凝土施工一般不影響地表水環(huán)境。

4.1.3 施工機(jī)械、車輛檢修

施工機(jī)械設(shè)備由于運移分布較大、活動性較高，各個施工期間及施工范圍的廢水產(chǎn)生量少，但是廢水的含油成分較高。如果將施工機(jī)械產(chǎn)生的廢水直接排入附近水體當(dāng)中，將會對周邊水體生態(tài)環(huán)境造成破壞。如果將施工機(jī)械的廢水直排入土下滲，高含量的油污將會改變土壤結(jié)構(gòu)，破壞土壤生態(tài)環(huán)境，恢復(fù)周期較長。若在維修機(jī)械的場地設(shè)置油污及廢水收集處理系統(tǒng)，將產(chǎn)生較少的高油污廢水收集后通過深度處理，使得廢水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，施工機(jī)械、車輛檢修一般不影響地表水環(huán)境。

4.1.4 生活

生活污水主要在施工生活居住區(qū)，主要由人產(chǎn)生，因此其主要污染物質(zhì)為NH3-N、BOD5、COD和糞大腸桿菌。本工程的覆蓋范圍較大，各個單項工程的分布較為分散，在各個生活居住區(qū)產(chǎn)生的污水量較少，且生活居住區(qū)產(chǎn)生的污水隨著工程的結(jié)束其對排入水體的影響而消失。本工程位于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，其周邊居民主要為農(nóng)民，施工的生活居住區(qū)盡量選擇租住周邊原有房屋及其衛(wèi)生設(shè)備。在少量新建的生活居住區(qū)，可建立小型生活污水收集處理裝置，使得生活污水能夠廢物利用作為施肥材料，既能起到資源再利用，同時也能保護(hù)生態(tài)環(huán)境。因此，施工期生活污水一般不影響地表水環(huán)境。

4.2 運行期

4.2.1 非滯洪期

水工建筑物中進(jìn)退洪控制閘和涵閘以及泵站在非滯洪期間是關(guān)閉的。所以，非滯洪期對地表水環(huán)境的影響主要是管理站人員排放的生活污水。研究范圍內(nèi)有100名工程管理人員，除此之外不產(chǎn)生生活污水。人均用水量取值為150 L/d，污水排放系數(shù)取0.8，管理人員產(chǎn)生的污水量為12 m3/d。 類比一般生活污水水質(zhì)，本工程管理人員生活污水中主要污染物的濃度及污染負(fù)荷見表4。 管理區(qū)應(yīng)在廁所后設(shè)置化糞池，生活污水經(jīng)化糞池處理后，管理人員產(chǎn)生的生活污水經(jīng)處理后，基本不會對周圍水環(huán)境產(chǎn)生污染。

表4 管理人員產(chǎn)生污水的污染物濃度及負(fù)荷Tab.4 The concentraion of and load of pollutants produced by the management personnel

4.2.2 滯洪期

通過調(diào)查分析，研究區(qū)域內(nèi)不涉及危廢填埋場和生活垃圾場，其中企業(yè)種類主要為酒業(yè)、生豬屠宰場、林木廠、磚瓦廠、食品站、粉絲廠、食品站、元明粉公司、礦業(yè)公司、建材廠等。這些企業(yè)產(chǎn)生的污染物量相對于整個滯洪區(qū)來說比較小。因此農(nóng)業(yè)面源和生活是研究區(qū)域的主要污染源。 洪澤湖滯洪區(qū)啟用后，區(qū)內(nèi)的魚塘、耕地、生活垃圾等都會被淹沒，大量面源污染物進(jìn)入水體，區(qū)內(nèi)水質(zhì)變差。洪澤湖滯洪區(qū)退水時，當(dāng)水位高與12.5m時，洪水通過進(jìn)、退洪控制閘排入洪澤湖；當(dāng)水位低于12.5m時，關(guān)閉進(jìn)、退洪控制閘，洪水通過排澇泵站排入洪澤湖。因此，退水將會對湖體水質(zhì)造成較大影響，主要污染物質(zhì)為COD、NH3-N和TP。本次蓄滯洪期水環(huán)境影響分析主要洪水在滯洪區(qū)向湖區(qū)退水對洪澤湖水質(zhì)的影響。

4.2.2.1 污染物入滯洪區(qū)量計算

根據(jù)建設(shè)工程可行性研究報告以及研究區(qū)域2015年統(tǒng)計年鑒中人口、耕地面積、畜牧業(yè)生產(chǎn)情況等相關(guān)資料、環(huán)境統(tǒng)計資料[9]，按照入湖量計算方法，計算得到2015年汛期(6～9月)研究區(qū)域的COD、NH3-N、TP的總?cè)牒糠謩e為8 477.48t、812.29t、189.49t，將計算結(jié)果按照各個縣(區(qū))給出見表5，研究區(qū)域各污染物入湖量所占比例見圖2。

表5 2015年研究區(qū)域各種污染物入湖量計算結(jié)果Tab.5 Calculation results of various pollutants entering the lake in 2015 (t)

圖2 研究區(qū)域內(nèi)各類污染物入湖量所占比例Fig.2 The proportion of all kinds of pollution sources entering the lake in the study area

4.2.2.2 蓄滯洪區(qū)水環(huán)境影響分析

(1)水環(huán)境數(shù)學(xué)模型建立

當(dāng)啟用泄洪區(qū)時，淹沒范圍高程為12.5～16m，將滯洪期洪澤湖滯洪區(qū)按淺水湖泊情況處理，采用湖庫零維完全混合箱模型(假設(shè)滯洪時，污染物不在滯洪區(qū)與洪澤湖之間遷移)，預(yù)測分析洪澤湖滯洪區(qū)滯洪時，滯洪區(qū)中污染物濃度的變化。預(yù)測模型及參數(shù)如下：

式中：Cp—完全混合后污染物的濃度，mg/L；Ic—入洪水污染物量，mg；C0—洪水中污染物的濃度，mg/L； V—滯洪區(qū)中的洪水量，m3。

模型計算區(qū)域及計算條件：本模型計算區(qū)域共涉及江蘇省內(nèi)2市6縣共53個鎮(zhèn)級行政區(qū)。在啟用滯洪區(qū)時，設(shè)計滯洪面積為1 515km2，總滯洪水量為30.07億 m3，進(jìn)入滯洪區(qū)的洪水水質(zhì)?、箢愃?，洪水滯洪期間不考慮污染物的降解，為最不利工況。污染物排放量為研究區(qū)域2015年汛期(6～9月)污染物的排放量。六個縣的滯洪區(qū)的洪水量按滯洪面積比例分別得出。

(2)預(yù)測因子、預(yù)測時期確定

根據(jù)已有水質(zhì)評價，確定水環(huán)境影響預(yù)測因子為：COD、氨氮、總磷。預(yù)測時期重點考慮滯洪啟動(蔣壩水位超過14.5m)且滯洪水量達(dá)到設(shè)計滯洪量時期，即主要洪水在滯洪區(qū)向湖區(qū)退水時期，進(jìn)行水環(huán)境預(yù)測評價。

(3)模型計算結(jié)果及分析

根據(jù)以上計算方法和條件參數(shù)，洪澤湖周邊滯洪區(qū)運行時，洪澤湖周邊滯洪區(qū)的COD、氨氮、總磷的濃度見表6。

表6 洪澤湖周邊滯洪區(qū)的COD、氨氮、總磷濃度的計算結(jié)果表Tab.6 Calculation results of COD, NH3-N and TP concentration in the detention areas of Hongze Lake (mg/L)

水功能區(qū)劃中洪澤湖的水質(zhì)的目標(biāo)是Ⅲ類水。由表6可以看出，在不利條件下，洪澤湖周邊滯洪區(qū)在啟動滯洪后，研究區(qū)域內(nèi)六個縣區(qū)的滯洪區(qū)內(nèi)洪水的水質(zhì)都不達(dá)標(biāo)，且COD、氨氮和總磷三個因子都不道標(biāo)。宿城區(qū)滯洪區(qū)的COD和氨氮的濃度最高，洪澤縣滯洪區(qū)的總磷濃度最高，所以在洪水災(zāi)害時，洪澤湖周邊的滯洪區(qū)的水環(huán)境會對洪澤湖的水質(zhì)產(chǎn)生不利影響。由表6可以看出，研究區(qū)域內(nèi)，(1)六個縣區(qū)的生活污水對COD和氨氮入湖量的貢獻(xiàn)量最大，入湖量所占比例都超過50%，其次是種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)，(2)洪澤縣滯洪區(qū)的生活污水對總磷入湖量的貢獻(xiàn)量最大。(3)泗洪縣、宿城區(qū)、泗陽縣、淮陰區(qū)和盱眙縣的養(yǎng)殖業(yè)對總磷入湖量的貢獻(xiàn)值最大，其次是生活和種植業(yè)。

研究區(qū)域主要集中在農(nóng)村，生活污水主要來自農(nóng)村生活污水，應(yīng)提高區(qū)域內(nèi)農(nóng)村生活污水的收集和處理的力度，建設(shè)配套的村級污水處理設(shè)施(地埋式生活一體化污水設(shè)備)，減少污染物的入河量。對于養(yǎng)殖業(yè)，有效的組織散養(yǎng)戶按照村鎮(zhèn)的建設(shè)規(guī)劃，因地制宜，推廣“一池三改”(建設(shè)沼氣池，改廁、改圈、改廚)工作。鼓勵養(yǎng)殖戶種養(yǎng)結(jié)合，實行集中飼養(yǎng)和污水集中處理，沼氣用于農(nóng)戶燃料和照明，沼渣和沼液還田用于農(nóng)戶種植。對于種植業(yè)，改進(jìn)施肥結(jié)構(gòu)，鼓勵使用有機(jī)肥料和生物農(nóng)藥，提高化肥利用率，減少對水體的影響。通過以上環(huán)境保護(hù)措施使得研究區(qū)域滯洪期洪水的水質(zhì)得到改善，降低對洪澤湖水質(zhì)的影響。

4.2.3 安全區(qū)

工程流域內(nèi)汛期(10～次年5月)降雨強(qiáng)度較大，洪澇災(zāi)害經(jīng)常相伴發(fā)生。安全區(qū)工程中的堤防工程是在現(xiàn)有堤防的基礎(chǔ)上進(jìn)行加高培厚，并且本工程基本不存在裁彎取直導(dǎo)致河流形態(tài)變化。通過堤防加固提高工程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高其對水流的滲漏、沖刷及對風(fēng)的侵蝕抵抗能力，提高水土保持能力，進(jìn)一步避免水質(zhì)的破壞。因此，本次堤防加固后，可使河道的水環(huán)境得到一定程度的改善，減輕由于堤身老舊松散帶來的不利影響。

5 結(jié) 論

洪澤湖滯洪區(qū)建設(shè)工程是淮河流域防洪減災(zāi)的重要水利工程，同時也是潛在惡化水環(huán)境的隱患工程，工程施工對施工區(qū)局部水域水質(zhì)產(chǎn)生一定的影響，但是這些不利影響隨著工程的完建和環(huán)境保護(hù)措施的實施，將逐步降低或減免。工程建設(shè)運行后，可大幅度提高淮河流域抵抗洪水侵害的能力。通過進(jìn)一步對工程安全建設(shè)措施的完善，保障了滯洪區(qū)的有效啟用。通過洪澤湖滯洪區(qū)滯洪時地表水環(huán)境影響評價，預(yù)測得出研究區(qū)域滯洪期將會對地表水環(huán)境造成一定的負(fù)面影響，但這些負(fù)面會隨著環(huán)境保護(hù)措施的實施有效的降低。通過進(jìn)一步評價得出，隨著工程的完建運行和生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施的實施，地表水環(huán)境將會重新恢復(fù)，使得水質(zhì)達(dá)標(biāo)。本文對于洪澤湖水環(huán)境管理和水利工程影響后評價具有一定的指導(dǎo)意義。

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