長(zhǎng)河灌區(qū)退水對(duì)武水干流水質(zhì)的影響

陳 懷

(長(zhǎng)沙博鴻水資源管理有限公司，長(zhǎng)沙 410000)

1 問(wèn)題的提出

長(zhǎng)河灌區(qū)樞紐主要由蓄水工程和輸水渠系等分部工程構(gòu)成，灌區(qū)于1965年6月開(kāi)工興建后于1971年5月建成蓄水。長(zhǎng)河灌區(qū)總設(shè)計(jì)灌溉面積9373.33hm2，其中水田、旱土面積分別為5860hm2和3513.33hm2，實(shí)際有效灌溉面積僅為3866.67hm2。依照長(zhǎng)河水庫(kù)管理所提供的相關(guān)資料，長(zhǎng)河水庫(kù)近年來(lái)灌溉凈供水量均值為574.8×104m3/a。按照實(shí)地勘察結(jié)果，該灌區(qū)當(dāng)前并未實(shí)施系統(tǒng)性的續(xù)建配套及節(jié)水改造工程項(xiàng)目，僅對(duì)灌區(qū)所包括的小型水庫(kù)、山坪塘、農(nóng)渠等逐年實(shí)施維修養(yǎng)護(hù)，就目前灌區(qū)灌溉基礎(chǔ)設(shè)施而言，基本能確保灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉用水方面的需要，但是隨著灌區(qū)下游城鎮(zhèn)工農(nóng)業(yè)用水規(guī)模的持續(xù)增長(zhǎng)，灌區(qū)用水呈日益緊張的局面。

長(zhǎng)河灌區(qū)運(yùn)行過(guò)程中的退水主要來(lái)自渠道滲漏水及未實(shí)行節(jié)水灌溉技術(shù)下灌區(qū)作物未能充分吸收利用的多余水，灌區(qū)退水基本通過(guò)渠道滲漏及灌渠排水系統(tǒng)直排后直接匯入下游武水河干流河道。根據(jù)實(shí)地勘察，長(zhǎng)期以來(lái)灌區(qū)退水口數(shù)量均較多且較為分散，整個(gè)灌區(qū)以及灌區(qū)排水口處均未設(shè)置污水處理設(shè)施。灌區(qū)運(yùn)行數(shù)年間，人們習(xí)慣性認(rèn)為長(zhǎng)河灌區(qū)退水必然攜帶大量農(nóng)藥、化肥等污染物，退水匯入武水河干流后必然會(huì)對(duì)干流水質(zhì)造成不利影響。

2 灌區(qū)退水量

根據(jù)長(zhǎng)河灌區(qū)相關(guān)資料以及《湖南省郴州市水資源管理“三條紅線”指標(biāo)體系》，現(xiàn)狀年及規(guī)劃年長(zhǎng)河灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)分別取0.5063和0.6，農(nóng)作物耗水系數(shù)取0.5，根據(jù)《灌區(qū)規(guī)劃規(guī)范》(GB/T 50509-2009)所規(guī)定的方法，灌區(qū)現(xiàn)狀年退水量在灌區(qū)總引水量中的占比為(1-0.5063)+(1-0.5063)×0.5%=0.74%，所以，現(xiàn)狀年及規(guī)劃年灌區(qū)退水在灌區(qū)總引水量中的占比較大。量化計(jì)算結(jié)果顯示，現(xiàn)狀年灌溉用水保證率分別為50%和90%時(shí)，灌區(qū)退水總量分別取2725.7×104m3和2378.7×104m3；規(guī)劃水平年取用水次序?yàn)楝F(xiàn)已取得許可的人飲用水、暫未取得許可人飲用水、灌溉用水。

3 武水干流水質(zhì)參數(shù)變動(dòng)趨勢(shì)

3.1 主要污染物年變化趨勢(shì)

長(zhǎng)河灌區(qū)退水引入武水干流后從1993年開(kāi)始干流實(shí)施水質(zhì)監(jiān)測(cè)，以從1993年開(kāi)始有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)年份的水質(zhì)參數(shù)為研究樣本。通過(guò)分析看出，從長(zhǎng)河灌區(qū)退水引入武水干流開(kāi)始，干流中多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)總磷、總氮、高錳酸鉀指數(shù)(CODmn)等污染物濃度表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，其中總磷、總氮等主要污染物指標(biāo)年變動(dòng)趨勢(shì)具體見(jiàn)圖1。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，武水干流環(huán)境承載能力有限，農(nóng)藥、化肥等污染物質(zhì)隨同灌區(qū)退水一同排入干流河道后，會(huì)造成干流河道水體內(nèi)化學(xué)需氧量以及總磷TP、總氮TN濃度的不斷累積。但圖中實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，武水干流水體內(nèi)主要污染物總磷、總氮及高錳酸鉀指數(shù)均呈逐漸降低趨勢(shì)，這說(shuō)明長(zhǎng)河灌區(qū)退水對(duì)武水干流水質(zhì)并未造成不利影響。

圖1 水體中總磷、總氮含量年變動(dòng)趨勢(shì)

3.2 富營(yíng)養(yǎng)化程度年變化趨勢(shì)

應(yīng)用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)所提出的綜合指數(shù)法，根據(jù)所收集到的武水干流水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行以TN、TP、chl-a、SDD、CODmn為基準(zhǔn)參數(shù)的干流水體富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的逐年計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)圖2。根據(jù)圖中監(jiān)測(cè)結(jié)果，自1993年取得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，武水干流水體綜合富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)呈逐年下降趨勢(shì)，目前處于中營(yíng)養(yǎng)化階段，由此可以認(rèn)為，灌區(qū)退水對(duì)武水干流水體富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的降低存在有利影響。當(dāng)前，武水干流水體TN達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化水平，且在其帶動(dòng)下水體綜合富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)升高；chl-a指數(shù)水平較低，TP指數(shù)和SDD指數(shù)均處于中-富營(yíng)養(yǎng)化之間，CODmn指數(shù)則位于富營(yíng)養(yǎng)化邊緣。

圖2 水體富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)(5參數(shù))逐年變動(dòng)趨勢(shì)

3.3 水化學(xué)參數(shù)變化趨勢(shì)

水體中溶解氧濃度的大小及pH值的高低對(duì)水質(zhì)參數(shù)變化具有制約作用，同時(shí)也是水環(huán)境因素綜合作用的結(jié)果。武水干流多年pH值變動(dòng)趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，自長(zhǎng)河灌區(qū)退水引入武水干流且有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，雖然每年都從灌區(qū)引入高pH值洗堿水，但武水干流水體pH值變化幅度并不大，且呈現(xiàn)出逐年降低的趨勢(shì)，水體整體表現(xiàn)出明顯的中性化傾向。對(duì)于武水河干流這種鹽堿地區(qū)河流而言，水體中性化傾向有利有弊。有利之處主要在于可以將水體堿性程度控制在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，使水體總磷增加，氮磷比降低，為浮游生物及微生物生長(zhǎng)提供適宜環(huán)境，使污染物分解及轉(zhuǎn)化能力增強(qiáng)，生物多樣性和水體生產(chǎn)力明顯提升[1]。弊端則在于會(huì)加速固定沉降的有害金屬釋放。

表1 武水干流多年pH值統(tǒng)計(jì)結(jié)果

武水河干流水體多年溶解氧的多年變化趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。該干流上游多為高山峽谷，中下游多為石灰?guī)r地區(qū)，影響溶解氧濃度的因素眾多。從理論角度分析，長(zhǎng)河灌區(qū)退水匯入干流河道后存在退水所攜帶的灌區(qū)殘留農(nóng)藥等化學(xué)物質(zhì)分解消耗水體溶解氧的可能性[2]。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的變動(dòng)趨勢(shì)來(lái)看，水體內(nèi)溶解氧濃度呈略微降低趨勢(shì)，但是表征殘留農(nóng)藥耗氧的CODmn指數(shù)卻逐年降低，所以，長(zhǎng)河灌區(qū)退水?dāng)y帶殘留農(nóng)藥以稀釋、溶解和降低溶解氧濃度的可能性并不大。武水干流水質(zhì)均在Ⅲ類及其以上，說(shuō)明灌區(qū)退水對(duì)下游河道水質(zhì)影響較小。

表2 武水河干流水體多年CODmn指數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4 與毗鄰流域水質(zhì)對(duì)比

武水河為珠江流域北江水系一級(jí)支流，南花溪(樂(lè)水河)及無(wú)利河則屬于北江水系二級(jí)支流，其中，長(zhǎng)河灌區(qū)退水主要排入武水河干流河道，南花溪(樂(lè)水河)及無(wú)利河則無(wú)灌區(qū)退水排入。為進(jìn)行長(zhǎng)河灌區(qū)退水對(duì)武水河干流水質(zhì)的影響分析，還應(yīng)該進(jìn)行武水河干流水質(zhì)和南花溪(樂(lè)水河)及無(wú)利河等毗鄰流域水質(zhì)的比較。比較結(jié)果具體見(jiàn)表3。根據(jù)表中水質(zhì)比較結(jié)果，武水干流因受到長(zhǎng)河灌區(qū)退水影響后水質(zhì)明顯比毗鄰流域改善。

表3 毗鄰流域水質(zhì)的比較

5 區(qū)間水質(zhì)變化

通過(guò)監(jiān)測(cè)長(zhǎng)河灌區(qū)排水渠與武水干流河道之間區(qū)間水體多個(gè)污染物參數(shù)并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，排水干渠水體內(nèi)包括CODmn、CODcr、BOD5、氟化物、硫化物、pH值、碳酸鹽、硫酸鹽、電導(dǎo)率、葉綠素等在內(nèi)的各類污染物均表現(xiàn)出明顯的上游低、下游高，排水干渠低、武水干流河道高的趨勢(shì)特征。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，造成這一趨勢(shì)的主要原因在于長(zhǎng)河灌區(qū)近年來(lái)退水中水質(zhì)較好的地下潛水在總退水量中的占比大幅增加，地下潛水中上述污染物參數(shù)取值均優(yōu)于排水干渠，故退水匯入排水干渠后，會(huì)稀釋原河道水體內(nèi)污染物濃度。

與此同時(shí)，包括氨氮、總氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、可溶性有機(jī)氮、總磷、重碳酸鹽等在內(nèi)的污染物參數(shù)均表現(xiàn)出沿程削減的趨勢(shì)。通過(guò)分析原因發(fā)現(xiàn)，排水干渠兩側(cè)水生植物群落對(duì)于灌區(qū)退水中可溶性有機(jī)氮、氨氮等污染物具有沉降、吸收、利用作用，使沿程水體中污染物削弱；越是接近下游pH值較高的水域，灌區(qū)退水中鋁、鐵等陽(yáng)離子交換能力較強(qiáng)的金屬元素沉降的可能性越大，也表現(xiàn)出沿程削弱趨勢(shì)[3]。

6 結(jié) 論

綜上所述，長(zhǎng)河灌區(qū)排水干渠內(nèi)退水水質(zhì)整體比武水河干流河道水質(zhì)優(yōu)，排水干渠沿程對(duì)污染物的削減能力強(qiáng)，故長(zhǎng)河灌區(qū)自運(yùn)行后1993年實(shí)施水質(zhì)監(jiān)測(cè)以來(lái)，灌區(qū)退水并未對(duì)武水河干流河道水質(zhì)及富營(yíng)養(yǎng)化造成不利影響，反而具有持續(xù)改善效果。文章的分析結(jié)果徹底顛覆了人們長(zhǎng)期以來(lái)一貫認(rèn)為長(zhǎng)河灌區(qū)退水會(huì)污染武水河干流水質(zhì)的觀念，對(duì)于灌區(qū)退水排入河道后是否會(huì)造成河道水體水質(zhì)污染的問(wèn)題，必須區(qū)分具體情況，以得到較為客觀準(zhǔn)確的結(jié)論；同時(shí)也說(shuō)明大型灌區(qū)節(jié)水灌溉工程的實(shí)施對(duì)于減少地表徑流入河水量以及遏制農(nóng)田面源污染具有積極意義。