南水北調中線工程運行的環(huán)境問題及風險分析

1、南水北調中線工程運行的環(huán)境問題及風險分析黃繩;農翕智;梁建奎;邵東國;鐘華【摘 要】為使南水北調中線工程更為優(yōu)質、合理地發(fā)揮作用并預防工程所帶來的 不利環(huán)境影響,分析討論了中線工程水源地、總干渠以及因調水引起的漢江中下游 的主要生態(tài)環(huán)境問題及潛在風險.工程水源地丹江口水庫主要面臨農業(yè)面源污染、 重金屬污染和庫區(qū)消落帶生態(tài)脆弱等環(huán)境問題.中線總干渠面臨的主要環(huán)境問題包 括藻類、貝類異常增殖和跨渠橋梁交通運輸事故風險性污染,另外還存在地表水漫 溢、地下水滲透和大氣污染物沉降等帶來的水質污染潛在風險.工程本身所引起的 生態(tài)環(huán)境問題,是漢江流域中下游地區(qū)水量減少所導致的局部區(qū)域富營養(yǎng)化和水華. 針對上

2、述不同的環(huán)境問題,提出了應對策略和規(guī)避風險的建議.期刊名稱】人民長江年(卷),期】2019(050)008【總頁數(shù)】6頁(P46-51) 【關鍵詞】 水環(huán)境;水華;潛在風險;工程運行;總干渠;南水北調中線工程【作 者】 黃繩;農翕智;梁建奎;邵東國;鐘華【作者單位】 武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室,湖北 武漢430072; 武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室,湖北 武漢430072;南水北調中線 干線工程建設管理局,北京100038;武漢大學 水資源與水電工程科學國家重點實驗 室,湖北武漢430072;武漢大學 水資源與水電工程科學國家重點實驗室,湖北武漢430072正文語

3、種】中文【中圖分類】X321南水北調中線工程是為緩解我國黃淮海平原水資源嚴重短缺、實現(xiàn)我國南北方水資 源優(yōu)化配置的重大戰(zhàn)略性基礎設施。 截至2018年10月16日，中線工程已累計 向京津冀豫四?。ㄊ校┱{水175億m3，從根本上改變了受水區(qū)的供水格局，改善了 受水區(qū)城市用水水質，提高了受水區(qū)多座城市的供水保證率，受水區(qū)地下水位開始 回升，南水北調中線工程在社會、經濟、生態(tài)等方面的效益日益凸顯。然而，分析研究南水北調中線工程日常運營情況和輸水調度過程發(fā)現(xiàn)，中線工程水 源地、中線總干渠和漢江中下游都存在一定的生態(tài)環(huán)境問題和潛在風險。雷沛等1 討論了中線水源地丹江口水庫可能面臨的支流沉積物重金屬污染及

4、生態(tài)風險；張乃 群等2對南水北調中線水源區(qū)水體浮游植物進行了調查，討論了浮游植物對中線 水質的影響；左海鳳等3對南水北調中線沿線劣質地下水對輸水水質的潛在風險 進行了分析，并建立了典型渠段數(shù)值模型；劉丙軍等4從水資源可持續(xù)利用的角 度,系統(tǒng)地分析了南水北調中線工程和漢江中下游地區(qū)水資源利用相互關系；鐘華 平等5研究了合理的地下水生態(tài)水位對南水北調受水區(qū)內地下水污染防治的必要 性；任仲宇等6對南水北調中線干渠水污染途徑進行了研究，討論了中線總干渠 沿線地下水的水質保護對總干渠水質的影響；王光謙等7以南水北調中線工程水 源區(qū)老鸛河流域為研究對象，建立了農業(yè)非點源污染的識別模型，對中線水源區(qū)的 農業(yè)

5、非點源污染進行了風險評價和污染源區(qū)的識別。另有許多學者從外界環(huán)境因子 對水質的影響8-10、水質時空變化規(guī)律11-13和水質風險分析14-17等角度， 討論了南水北調中線工程可能存在的部分生態(tài)環(huán)境問題和潛在風險。這些問題直接 影響著中線工程的水質安全、生態(tài)系統(tǒng)健康和運行穩(wěn)定，及時發(fā)現(xiàn)并解決以上問題 具有重要的工程、生態(tài)和社會意義。由于南水北調中線工程的特殊性、區(qū)域性和封 閉性，目前對南水北調中線工程運營的環(huán)境問題及風險分析的研究成果較少，還需 要對中線工程水源地、總干渠以及因調水引起的漢江中下游的主要生態(tài)環(huán)境問題及 潛在風險進行更為深入的研究。1 水源地主要生態(tài)環(huán)境問題 丹江口水庫是南水北調中

6、線工程的水源地，為國家一級水源保護區(qū)。近年來，國家 和地方政府采取了多項針對性措施，嚴格控制水源保護區(qū)內工業(yè)、生活污水等點源 污染物排放，丹江口水庫水質目前較穩(wěn)定保持在國家地表水口類及以上標準。但參 考丹江口市飲用水水源地水質狀況報告（2018年第一季度）的監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該季 度監(jiān)測點的水質狀況比去年同期有所下降，說明水質存在惡化趨勢。整體而言，水 源地當前面臨的主要生態(tài)環(huán)境問題有以下幾個方面。農業(yè)面源污染 南水北調中線工程水源地丹江口水庫位于湖北、河南、陜西三省交界處，周邊大部 分是農業(yè)生產區(qū)，農業(yè)面源污染問題日益凸顯，已成為水源區(qū)水體氮、磷污染的主 要來源。2017年實施的丹江口庫區(qū)及上游

7、水污染防治和水土保持“十三五”規(guī) 劃指出：農業(yè)和農村的污染已成為庫區(qū)主要污染源，對主要污染物化學需氧量、 氨氮和總氮排放量的貢獻比例分別達到49%、43%、74%。丹江口庫區(qū)農業(yè)面源 污染主要包括水產畜禽養(yǎng)殖、區(qū)域水土流失和化肥污染以及農村生活污水排放等 18-20。孟令廣等21采用輸出系數(shù)法計算得出，畜禽養(yǎng)殖業(yè)、耕地和農村生活 污水導致的氮磷排放占水源區(qū)氮磷面源排放總量的70%以上。 2017年中央環(huán)保督 察整改，加大了水產畜禽養(yǎng)殖污染整治力度，采取關閉搬遷養(yǎng)殖欄舍、取締網箱養(yǎng)殖等措施，但庫區(qū)仍有水產有效養(yǎng)殖面積約6.2萬hm2，且存在部分水域投餌性網箱密度設置過大、未充分考慮水體合理承載力

8、等問題22。水土流失和化肥污染 是庫區(qū)面源污染的另一重要來源?！笆濉币?guī)劃期間丹江口水庫及其上游地區(qū)開 展了一定的水土保持工作，但問題仍然突出。據(jù)統(tǒng)計，2017年丹江口庫區(qū)水土流 失面積為12 000 km2左右，占總土地面積40%以上，庫濱緩沖帶的水土流失比 例高達69%23。由于庫區(qū)所在流域的地形以山地丘陵為主，多數(shù)耕地位于坡面 處，化肥容易隨地表徑流進入庫區(qū)，坡地的水土流失增加了耕地農藥化肥污染水質 的風險。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2002-2014年水源地化肥施用明顯過量且逐年增加，施 用強度是我國生態(tài)縣建設化肥施用符合標準的2.47倍24。另外庫區(qū)內耕地施用 方法不夠科學合理，多為拋灑淺施，

9、導致保肥性差25，如丹江口市化肥利用率只 有30%-40%左右。重金屬污染丹江口水源地的重金屬污染風險主要來自3個方面。淹沒區(qū)土壤中的重金屬釋放。丹江口大壩加高后，水庫正常蓄水位從157 m 提高到170 m，新增淹沒區(qū)面積305 km226。被淹沒的土地成為新的水庫底質， 其中包含的重金屬元素在一定條件下可以釋放到上覆水體中造成水環(huán)境二次污染 27-29。水庫沉積物中，Cd,Hg,As,Zn,Cu, Pb等重金屬均有一定程度的 富集，尤其是Cd元素，快速解吸釋放的風險較大30-31。水庫流域內的污水排放。由于工業(yè)廢水和生活污水的直接排放或間接性匯入， 漢江流域和丹江流域的入庫支流受到了不同程

10、度的重金屬污染，直接增加了庫區(qū)重 金屬含量32-33。尹煒等34利用主成分分析法研究了16條主要入庫支流，發(fā)現(xiàn) 老灌河、泗河、天河的重金屬污染相對最為嚴重。流域內尾礦的淋濾和重金屬的釋放。丹江口水庫及其上游地區(qū)多座尾礦庫對水 源地水質安全構成了較大威脅。據(jù)統(tǒng)計，水源區(qū)內有尾礦庫300余座，且大部分 建設時間較早，建設標準低，安全基礎差，環(huán)保設施缺乏，尾礦廢水可以通過滲流 進入水體和土壤，這種污染不僅危害性大，而且作用時間長、不易被人察覺35。另外潰壩更能引起地表水體大范圍的污染。欒川縣近年來就發(fā)生了多次尾礦潰壩事 件36。繼洛鉬集團大東坡三道溝尾礦庫塌方事故后，2017年2月14日龍宇鉬 業(yè)有

11、限公司尾礦庫6號溢流井發(fā)生坍塌，造成庫內循環(huán)水流入河道引起污染。消落帶生態(tài)問題 消落帶處于水陸生態(tài)系統(tǒng)的過渡區(qū)，是周圍泥沙、有機物和化肥農藥等進入庫區(qū)的 最后一道生態(tài)屏障，是水庫脆弱敏感、易污染、易破壞的地帶37。因季節(jié)變化和 運行調度的需要，丹江口水庫水位漲落使庫區(qū)周圍土地在淹沒和出露兩種狀態(tài)間交 替38，其中145 170 m區(qū)域為主要消落帶，估算面積約540 km2。消落帶的 主要覆被類型即為耕地，淹沒時土壤中氮磷和重金屬等物質進入水體引起水質污染， 出露時庫區(qū)周圍農戶的無序開墾造成水土流失、土壤退化，同時水位變動也影響了 土壤中黑炭對微量污染物的吸收39-40。調水人為地改變水庫水文變

12、化規(guī)律，消 落帶內諸如細葉水芹、狗牙根等物種受水淹影響較大，物種多樣性受到破壞，生態(tài) 系統(tǒng)的結構和功能也變得簡單化41。目前丹江口水庫的消落帶尚未穩(wěn)定形成，生 物群落還沒適應環(huán)境變化，消落帶植被群落的恢復和構建也正在研究之中42。由 于庫區(qū)消落帶具有狹長、橫向延伸小等自然條件和干濕交替的水文條件，難以從群 落尺度進行遙感監(jiān)測43，同時消落區(qū)諸多生態(tài)環(huán)境的演變過程還不能為人們所認 識44，因此對丹江口水庫建立生態(tài)監(jiān)測網絡以長期關注其消落帶演變方式是十分 必要的。2 總干渠環(huán)境問題和風險 南水北調中線工程總干渠溝通長江、淮河、黃河、海河四大流域，全線利用地形高 差，基本為自流輸水形式。由于輸水距離

13、長，總干渠在運行過程中受到很多不確定 性因素的影響45。為保障總干渠正常運行，必須重視以下環(huán)境問題和潛在風險。2.1 藻類貝類增殖風險 南水北調中線干渠水深較小，光照條件好，生物群落多樣性相對簡單，以菌-藻-小 型水生動物為主。出現(xiàn)氮、磷等污染源擾動情況時，干渠生境容易改變，會使生物 群落結構和優(yōu)勢種群發(fā)生變化，尤其是藻類、貝類等低等水生生物，在適宜條件下 可能快速生長繁殖。由于干渠的營養(yǎng)元素、水溫、光照、流速等條件均較適宜， 2015年以來干渠硅藻、金藻等藻密度呈現(xiàn)自南向北沿程升高的趨勢，也發(fā)現(xiàn)了淡 水殼菜等貝類大量增殖的風險。藻類異常增殖不僅增加“水華”爆發(fā)風險，其殘體 沉降還導致底泥營養(yǎng)

14、鹽和有機物蓄積量增加，一旦釋放將會產生二次污染。而貝類 在輸水管渠和水工建筑上附著生長，不僅增加糙率系數(shù)，降低輸水效率，還可能堵 塞管道，腐蝕結構，威脅工程安全46-47。2.2 路橋運輸事故和施工污染總干渠沿線跨渠橋梁超過1 200座，運送危險化學品、石油和其他液體的車輛經 過時，存在傾覆和化學品入渠的風險，導致突發(fā)性事故48。例如，2016年張石 高速易縣境內一輛拉運甲醇的車輛被貨車追尾，使甲醇泄漏到下方中線干渠造成污 染，由于干渠建有排水溝等防護設施且工作人員及時處理，事故未對輸水水質造成 嚴重影響。Wang等49基于貝葉斯網絡進行風險評估，北京-石家莊段跨渠橋梁 發(fā)生危險品運輸事故的概

15、率為0.08%，并且在最不利路況下事故最高可能性可以 達到0.17%,并且事故發(fā)生后，往往造成輸水干渠的大范圍退水和斷流，同時污染 退水區(qū)，因此此類運輸事故可能造成的污染問題不容忽視。另外，跨渠橋梁在施工 時存在泥漿、油污、廢水、廢渣等污染物質50。橋面的粉塵、油污等污染物被雨 水沖刷后，也可能通過伸縮縫等結構破損處進入干渠，造成潛伏性、長期性的污染地表水及地下水污染 中線總干渠沿線穿越上千條大小河流，河水水質較渠水往往差很多，有的甚至是黑 臭水體，另外部分渠段所在位置是地表匯流聚集區(qū)，受到區(qū)域農業(yè)面源污染和垃圾 堆放點等點源污染的威脅。工程設計時利用渡槽、倒虹吸、涵洞三大類交叉建筑物 使河流

16、與干渠不發(fā)生水交換，另外還布置截流溝攔截排污口和地面匯流51。盡管 建筑物防洪等級較高，但長時間運行后，起初洪水計算的地形等條件變化較大，暴 雨下污水漫溢風險仍然存在，如保定段西側大清河淺山區(qū)就曾出現(xiàn)洪水漫溢串流。 勘查發(fā)現(xiàn)，主要風險點包括個別低位渡槽、阻塞的截流溝、交叉穿越的排污廊道和 建筑物等52。此外，工程設計時為防止地下水壓力破壞，干渠附近地下水水質不 滿足皿類標準時通過自流或抽水的形式外排到相鄰水系，以減小對渠道的壓力；地 下水水質滿足皿類標準則通過單向逆止閥內排減壓。但在運行過程中，逆止閥損壞 或者強排井判斷失誤都可能引起水質不達標的地下水入渠的問題。即便是當時符合 標準的內排水，

17、由于沿線污染型企業(yè)廢水滴漏和垃圾場淋濾液下滲，水質可能已經 劣于IV類甚至更差，例如河北段就有40 km地段地下水水質超IV類53。大氣干濕沉降污染 我國大氣污染比較嚴重，特別是華北地區(qū)已成為全球大氣污染物沉降量最高區(qū)域之 一54。大氣中的污染物質以酸雨或降塵的形式落入渠中，成為總干渠水體污染的 來源之一。黃河以北的中線總干渠沿岸分布著大量的燃煤發(fā)電、化工、制藥、冶金 等企業(yè)，大氣干濕沉降帶入氮、磷、重金屬等污染物對中線總干渠輸水水質的影響 不容忽視。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)和相關研究成果換算污染負荷，按照最不利情況估算， 頂寬取130 m，明渠長度按1 156 km計，加權平均過水量取47.5億m3

18、，則大 氣干濕沉降共引起干渠SS濃度增加1.440 0 mg/L , TN濃度增加0.209 0 mg/L , 氨氮增加 0.088 0 mg/L , TP 增加 0.001 3 mg/L54。3工程運行引起的生態(tài)環(huán)境問題 南水北調中線工程調水后，漢江流域中下游地區(qū)水量減少，水文情勢發(fā)生變化，由 此帶來了漢江中下游的生態(tài)環(huán)境問題。近10 a來，漢江中下游爆發(fā)了多次硅藻水 華事件。據(jù)調查，漢江下游東荊河幾乎每年春季都會出現(xiàn)不同程度的硅藻水華問題 55。根據(jù)以往學者的研究成果，丹江口水庫下泄流量不足導致漢江中下游流量減 小、流速減慢是水華在枯水期爆發(fā)的重要原因。謝平等56通過定量計算（不考慮 引江

19、濟漢工程）認為，南水北調中線工程調水后漢江水華發(fā)生概率高達13.6%。為 改善漢江中下游河段生態(tài)、灌溉、航運等用水條件，建設實施了引江濟漢工程，于 2014年9月正式通水。但根據(jù)報道，2015年2月下旬和2016年3月上旬，漢 江中下游干流仍然出現(xiàn)了一定程度的水華污染，采取水利調度措施下泄流量后才得 以控制。謝敏等57采用觀察流量法分析漢江得出結論，水華發(fā)生的臨界流量約為500 m3/s，與南水北調中線工程生態(tài)與環(huán)境影響研究專題報告的成果基本一 致。因此，丹江口水庫以下河段如何進行聯(lián)合調度以控制水華的爆發(fā)，是南水北調 中線工程當前面臨的重要問題。此外，由于丹江口水庫下泄水量減少而導致水環(huán)境 容

20、量不足，漢江沿岸的排污引起的中下游水環(huán)境問題變得更為突出，應引起重視。4 應對問題的建議對于丹江口水庫水源區(qū)，首先要解決農業(yè)面源污染問題，升級和轉化農業(yè)生產 方式，提高農藥化肥的利用率，大力開展水土保持工作。全面貫徹落實河長制，禁 止生活污水和工業(yè)廢水未經處理排入水源區(qū)，提高流域內尾礦庫的安全性；構建水 庫的水質監(jiān)測網絡，加強各部門協(xié)調配合，嚴格把關入庫支流水質，尤其是總氮和 重金屬含量。同時出臺相關政策法規(guī)和保障制度，指導農民有序合理開墾，保護水 陸交錯帶生態(tài)。對于輸水總干渠，最重要的是構建水質預警及應急調控管理平臺，實現(xiàn)中線總 干渠全線水質監(jiān)測，提高對突發(fā)性水污染事件的應急處置能力，研制渠

21、道內快速高 效去除污染物和藻類的技術設備，及時充分地應對藻類貝類異常增殖、化工品運輸 事故等污染事件。另外，既要提高跨渠建筑物施工技術，減少施工污染物進入干渠， 又要完善跨區(qū)域多部門水質管理協(xié)作機制及數(shù)據(jù)共享平臺，定期巡查并規(guī)范化管理 周邊垃圾堆放場、企業(yè)廢氣廢水等污染源，防止地表水、地下水和大氣沉降的污染 物長期累積。對于漢江中下游，要加強監(jiān)視漢江水量水情變化，聯(lián)合調度漢江梯級樞紐，研 究面向生態(tài)補水的最優(yōu)調度方案，緩解工程引起的漢江水量減少問題，確保中下游 水量滿足生態(tài)環(huán)境需求，同時積極開展?jié)h江中下游水污染防治工作。5結語 綜上所述，南水北調中線工程在運營過程中還面臨很多環(huán)境方面的問題和潛

22、在風險。 流域內農業(yè)面源污染、因排污和尾礦所引起的重金屬污染以及丹江口水庫消落帶的 脆弱性是南水北調中線水源地所面臨的主要環(huán)境問題。而總干渠輸水過程所面臨的 環(huán)境問題，主要來自于跨渠路橋事故中污染物的排放風險及建筑物施工帶來的污染， 另外，因地表水地下水侵入、大氣沉降等原因造成的污染物輸入及渠道內藻類貝類 增殖和水華風險也不可忽視。工程運行所引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題主要是漢江中下游流 量變小所引起的富營養(yǎng)化和水質問題。對于這些問題，應當結合當前形勢與政策， 迅速有效地采取一系列針對性措施，切實保障南水北調中線工程的穩(wěn)定運營。 參考文獻：【相關文獻】雷沛,張洪,單保慶丹江口水庫典型庫灣及支流沉積物重金

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