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三峡工程的运行对洞庭湖水环境容量的影响 ＊ 卢宏玮 曾光明 张硕辅 湖南大学环境科学与工程系, 长沙 410082 摘要 以COD、TN、TP 为例, 讨论了三峡工程运行前后洞庭湖水环境容量的变化, 并对其产生原因进行了分析, 结果表 明, 三峡工程的运行增加了洞庭湖枯水期的水环境容量, 而在丰水期有小范围的降低。 总体来看, 在全年的大部分月 份中三峡工程的运行在一定程度上提高了洞庭湖的水环境容量, 对洞庭湖水体状况的改善起到了积极的促进作用。 关键词 水环境容量 洞庭湖 三峡工程 ＊国家自然科学基金资助项目 70171055、50179011 , 高等学校优秀 青年教师科研奖励计划项目。 1 引言 三峡工程建成后由于水库调度 ,将改变坝下河段 水沙情势 ,也将使洞庭湖水环境容量发生变化 。其主 要特点是 流量经水库调节后, 仍保持坝下及入海年 径流量不变。 2 水环境容量数学模型 与河流相比较 ,湖泊具有水体流速小 、 停留时间 长等特征,是相对比较封闭的水生生态系统。因此, 湖泊有机物和营养物质的水环境容量变化就成为研 究的主要内容。 2. 1 有机物水环境容量数学模型 洞庭湖是一个面积较大的浅水湖泊 ,其湖区蒸发 量与降水量大致相等、进出水量相近, 因此有机物水 环境容量采用进 、 出湖水量相等均匀混合易降解的水 质数学模型进行计算 ,其质量平衡方程为 V dC dt Q Ci-C-K1VC 1 经变换后得水环境容量的数学式 WsCs K1V Q 2 式中 V 湖泊容积 m 3 ; C 污染物浓度 mg L; Ci 河流入湖污染物浓度 mg L ; Q 入湖泊流量 m 3 a; K1 自净系数 L d; Ws 水环境容量 t a ; Cs 水质标准 目标值 mg L。 自净系数 K1用1996～ 2000 年有关的水质 、 水量 及污染物资料代入模型率定而得,K10. 015 L d 。 2. 2 营养物质水环境容量数学模型 湖泊中总磷 、 总氮等营养物的浓度随时间的变化 率是输入、输出和在湖泊内沉积的该营养物质量的函 数, 因 此 营 养 物 质 容 量 计 算 采 用 沃 伦 威 得 尔 Vollenwelder 模型 ,其平衡方程为 V dC dt Ws-K1CV -QC 3 当时间足够长 ,湖内营养物浓度达到平衡时, 则 上式可变为 WsC Q K1V 4 3 三峡工程运行后洞庭湖水环境容量变化 三峡水库运行后, 水库下泄沙量减少 ,坝下游河 床冲刷,“三口”分流进入洞庭湖的沙量和水量将大幅 度减少 ,洞庭湖的水量 、湖泊面积及平均水深都会发 生相应的改变, 其水环境容量将会发生相应的变化 。 根据洞庭湖污染特性分析 ,枯水期其敏感性参数 为COD、 TP 、 TN 等,因此选定这 3 个参数, 就三峡水库 运行前后运用模型对典型年枯水期的 11 月 ～ 5 月的 水环境容量进行计算分析 ,并选择几个典型洪水年进 行了容量计算。 根据可持续发展战略及水资源保护规划对洞庭 湖水环境质量的要求 ,以防止湖泊受有机物污染和水 体富营养化的发生, 洞庭湖水体要维持现状水质, COD、 TP 、 TN 的水质保护目标为 Ⅲ类水质 , 其标准分 别为 15. 0 、 0. 025 和 0. 3 mg L。 利用水环境容量模型 ,不考虑三峡工程运行后长 江干流的冲淤变化对荆江三口洪道所引起的冲淤影 响,对三峡工程运行后洞庭湖的水环境容量进行计 算。从总体来看 ,枯水期水位抬高、水量的增加,使得 湖泊的水环境容量增加, 但增加的幅度各月不同。 3. 1 对枯水期水环境容量影响分析 61 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 选取 11 月作为枯水期的典型月份 , 选取 1968、 1974、 1966和 1998年作为典型年, 运用模型计算三峡 工程运行后洞庭湖的 TN 、 TP 及 COD 容量, 计算结果 详见表1 。 由表 1 可知 除 1998 年外 ,三峡工程运行前后洞 庭湖枯水期的 COD、TN、TP 环境容量均有所升高。 COD环境容量升高最多的年份是 1996 年, 运行前后 差值达到 67 522. 9 t 月 ,占运行前总容量的 40. 78; TN 、 TP 环境容量升高最多的年份也都在 1996 年, 运 行前后差值分别为 542. 9 t 月和 45. 3 t 月, 占运行前 总量的7. 6和 0. 74; 而 COD 环境容量在 1998 年 降低了 32. 3 t 月 , 占运行前总容量的 0. 03; TN 、 TP 环境容量升高最少的年份在 1968 年, 运行前后差值 分别为 24. 6 t 月和 2. 1 t 月 , 均占运行前总量的 0. 03。 3. 2 对丰水期水环境容量影响分析 三峡工程运行后 ,不仅对枯水期水位流量有影响 外,还对洞庭湖丰水期水位流量也有一定的影响。三 峡工程运行后城陵矶水位不同的典型年具有不同程 度降低,水位流量的变化势必影响洞庭湖水环境容量 发生相应的改变。现就典型年最高水位变化时洞庭 湖水环境容量的演变进行了研究。 近 50 a, 洞庭水系主要大水年有 1954、1969、 1980、 1988、 1995、1996、1998、 1999 共 8 个典型年。选 择其中 1998 年 、 1995 年 、1988 年分别代表特大洪水 年、 大洪水年和较大洪水年 ,进行水环境容量变化趋 势分析。三峡水库运行后 ,流量的调节致使城陵矶水 位在丰水期有所下降, 1998 年、1988 年、1995 年的最 高水位分别为 35. 94、 33. 80、 33. 67 m ,3 个典型年份最 高水位的下降值见表 2。运用模型计算三峡工程运 行后, 洪水典型年洞庭湖的 TN 、 TP 及 COD 月平均容 量变化,计算结果详见表 2。 表 1 三峡工程运行前后典型年月平均水环境容量统计表t 月 时间 COD 容量 运行前运行后前后差值 TN 容量 运行前运行后前后差值 TP 容量 运行前运行后前后差值 1968 年 11 月235 599 . 6236 285. 4-685. 872 633. 972 658 . 5-24 . 66 052. 86 054. 9-2. 1 1974 年 11 月111 093 . 5119 648. 6-8 555. 669 909. 670 062 . 8- 153 . 25 825. 85 838. 6- 12. 8 1996 年 11 月165 598 . 3233 121. 2- 67 522. 973 225. 573 768 . 4- 542 . 96 102. 16 147. 4- 45. 3 1998 年 11 月103 258 . 4103 226. 132 . 370 128. 170 358 . 2- 230 . 15 844. 05 863. 2- 19. 2 表 2 三峡工程运行后典型年份最高水位下降值及洞庭湖水环境容量统计表 年份 COD 容量 水环境容量 t月- 1减少率 TN 容量 水环境容量 t月- 1减少率 TP 容量 水环境容量 t月- 1减少率 水位下降值 m 1998年1 921 6454. 6487 845. 50. 337 320. 50 . 330. 66 1988年1 560 4293. 2286 582. 60. 327 215. 20 . 350. 17 1995年1 518 9995. 5086 114. 20. 597 176. 20 . 590. 28 由表 2 可知 运行前后洞庭湖丰水期的 COD、 TN 、 TP 环境容量有小范围的下降。COD 环境容量下 降最多的年份是 1995 年 , 减小率为 5. 50 ; TN 、 TP 环境容量下降最多的年份也都在 1995 年, 减小率均 为0. 59 ; COD、TN 环境容量下降最小的年份都是 在1988 年,减小率分别为 3. 22 和 0. 32 ; TP 环境 容量下降最少年份则在 1998 年, 减小率为 0. 33 。 水位下降最大的是在 1998 年 ,而下降最小的则是在 1988年 ,这与这 2 a 洪水的灾度不同有关, 同时这也 说明 ,三峡工程的运行对降低洞庭湖流域的洪涝灾情 有相当大的作用 。 3. 3 运行前后多年月平均水环境容量影响分析 根据模型的计算 ,将三峡工程运行前后洞庭湖多 年月平均COD容量的差值绘制图1,将TN 和 TP 的多 年月平均容量差值绘制图 2。由图 1 和图 2 可知, 三 峡工程的运行对洞庭湖水环境容量产生了一定的影 响,除个别月份外, 三峡工程的运行在一定程度上增 大了洞庭湖的水环境容量, 容量增加最多的是在 1964年 4、 5 月 , 由于 1964 年为丰水年份, 水量猛增, 城陵矶水位为 25. 15 m 、27. 59 m, 三峡工程运行后水 62 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 位抬升加多 ,分别增加0. 09 m 、 0. 14 m ,流量也相应增 加。容量增加次之的是 1997 年 5 月 ,三峡工程运行 后水位上升0. 90 m,流量增加近 1 900 m 3 s, 从而水环 境容量也增加较快 。增加较多的是 1996 年 11 月 ～ 1997年 5 月, 三峡工程运行后不仅各月水位增加较 多,流量也大辐度的增多 。 图 1 三峡工程运行前后洞庭湖 COD 容量差值变化图 图 2 三峡工程运行前后 TN、TP 容量差值变化图 除1996～ 1997 年外 , 运行后较运行前水环境容 量都增加较少, 是由于 11 月进入枯水期以来, 水位普 遍降低,水量减少,加上运行后水位抬高不多 ,因而容 量增加也就较少 。1996 年夏季是少见的丰水年份, 洪水持续的时间较长 ,到 11 月水位为 24. 59 m ,12 月 才降到一般的枯水位 ,而到 2 月水位又有所回升, 上 涨到 21. 42 m 。三峡工程运行后, 典型年 1996～ 1997 年7 个月份的水位上升值也比其它的要大 ,因而水环 境容量增加也就较多 。 再将 5 个典型年 11 月 ～ 5 月的水环境容量进行 计算并求取平均值绘制图 3。从多年月平均的变化 来看 ,11 月份的水环境容量较运行前有所减少 ,由于 三峡水库运行后 11 月份开始蓄水, 经“三口”分流进 入到洞庭湖水量减少, 水位较运行前下降了 0. 13 m, 水环境容量相应减少 ,COD、 TN 、 TP 的多年月平均水 环境容量分别减少8 963. 9、240. 93 和 20. 08 t 。由于 水库 12月份的下泄流量变化在运行前后不明显, 12 月份城陵矶多年月平均水位与运行前基本相等,因而 水环境容量也没有变化。1～ 3 月份由于三峡水库运 行后下泄流量增加幅度较大, 因此分流给洞庭湖的流 量增加较大 ,对洞庭湖水环境容量也有较大的影响。 4 月份由于水库下泄流量较均匀, 因此洞庭湖多年月 平均水位较运行前抬高不多 ,只有 0. 02 m ,因而水环 境容量也就增加不多 。5 月份, 三峡工程运行后增加 下泄流量, 水位增加了 0. 53 m ,宜昌站较天然流量增 加3 200 m 3 s 左右,水环境容量增加较快 。 图 3 三峡工程运行前后洞庭湖多年月平均水环境容量对照 总体来看,枯水期多年月平均水环境容量中, 11 月份减少 ,12 月份变化较小 ,1 ～ 5 月有所增加; 1963 年～ 1964 年 、1968 年 ～ 1969 年 、1974 年 ～ 1975 年、 1996年 ～ 1997 年、1998 年 ～ 1999 年各典型年枯水期 月平均水环境容量都有所增加 ; 1988 年、1995 年、 1998年洪水典型年水位的下降 ,导致 TN 、 TP 及 COD 月平均容量都有不同程度地减少。 4 结论 通过模型对三峡工程运行前后洞庭湖水环境容 量进行预测 ,结果表明 三峡工程的运行对洞庭湖水 环境容量产生了一定程度的影响,主要体现在其对洞 庭湖水位的影响方面。 运行前后洞庭湖枯水期的 COD、 TN、 TP 环境容量均有一定程度的抬升, 而丰水 期的 COD、 TN、 TP 环境容量有小范围的下降。水环境 容量在 11 月份减少 ,12 月份变化较小 ,而 1～ 5 月有 所增加 。综合来看 ,在全年的大部分月份中 ,三峡工 程的运行在一定程度上提高了洞庭湖的水环境容量, 对洞庭湖水体状况的改善起到了积极的促进作用 。 参考文献 1 夏青, 孙艳, 贺珍等. 水污染物总量控制实用计算方法概要. 环境 科学研究专辑,1989. 3. 2 张永良, 洪继华, 夏青等. 我国水环境容量研究与展望. 环境科学 论文集. 北京 中国环境科学出版社, 1990. 165～ 175. 3 方子云. 水资源保护工作手册. 南京 河海大学出版社, 1988. 4 金相灿. 中国湖泊环境. 北京 海洋出版社, 1995. 作者通讯处 卢宏玮 410082 湖南大学环境科学与工程系 电话 0731 8822754 2003- 03-16 收稿 63 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 Abstract In this paper, the chemical and physical properties, the lithology and mineral components of gangues and bone coals were mentioned. The mechanisms of chemical and physical adsorption of the materials were discussed. Meanwhile, the authors studied the roasting temperature of activation of gangue, the activator and its making conditions; and the factors influencing the adsorptive efficiency of activatedgangue for CODCrand metal ions in wastewater were also researched. This study will be a new path for further process and utilization of gangue. Keywords gangue, activated and adsorptive material ADSORPTIVE CATALYSTIC WAVE OF SILVER -AMMINO COMPLEX AND ITS ANALYTICAL APPLICATIONCao Liancheng et al 57 Abstract It is reported in this paper that a base solution containing 4 mol L NH3H2O -1. 2 mol L NH4Cl-2 Na2SO3and 0. 2mol L NaNO2, silver -ammino complex gives a sensitive adsorptive catlaytic wave at -0. 05 V. The linear range of silver is 0. 5～ 20μ g mL. The detection limit is 0. 25μ g mL. Based on this phenomenon, a for the determination of silver in water is proposed. Keywords silver, silver -ammino complex, adsorptive catlaytic wave and determination of silver DETERMINATION OFBUTYLBENZYL PHTHALATEIN WASTEWATER OFPLASTICS INDUSTRY BY MICELLLAR ELECTRIC CAPILLARY CHROMATOGRAPHYLi Haiyan et al 59 Abstract Micellar electric capillary chromatography MECCwas used to quantitatively determine the contents of butly benzyl phthalate in wastewater of plastics of industry. Peak area was used for quantitative analysis. The results showed the correlation between peak area and concentration was good. The correlation coefficientwas better than 0. 999. The relative standard deviationwaswithin2. 6. The recovery range for the spiked samples was from 104 to 109. Keywords micellar electric capillary chromatography, butyl benzyl phthalated and waste water THEEFFECTOFOPERATIONOFCHANGJIANGGORGESPROJECTONWATER ENVIRONMENTAL CAPACITY OF DONGTING LAKELu Hongwei et al 61 Abstract The changes in water environmental capacity of Dongting Lake before and after running of Changjiang Gorges Project are discussed, and the reasons have been analyzed. It was found that the running of Changjiang Gorges Project enhanced the water environmental capacity of Dongtig Lake in drought periodwhile contrary in flood period. The running of Changjiang Gorges Project is helpful for raising the water environmental capacity and improving the water body of Dongting Lake. Keywords water environmental capacity, Dongting Lake and Changjiang Gorges Project S ANDANALYSES OF WATER POLLUTIONCOMPREHENSIVE INDEX ASSESSMENT Xue Qiaoying et al 64 Abstract The paper has described the present status and several major index s of river water quality assessment. As well as, the authors applies instantiation to calculate comprehensive index by different s. The results shows that comprehensive weighing system agrees better with reality and it is apparent. Keywords water pollution, water environment quality and comprehensive index EXPLORATION OF CARBONACEOUS ORGANIC MATTER DETERMINATION ITS IN THE ACTIVATED SLUDGE MODEL NO. 1Cheng Lirong et al 67 Abstract Experimental s for determination of ASM1 s seven carbonanceous organic matters were studied and summarized. The characteristics of wastewater in XI an Beishiqiao and Dianzicun were determined with these analytical s. According to the results of experiments, the analytical s of SSby intermittent-experiment and XSby BOD5were operated simply and precisely. The analytical s 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 22,No. 1, February , 2004