东北地区某水源湖库特征及控制策略研究

书给水排水Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．４２０１４３１东北地区某水源湖库特征及控制策略研究许铁夫崔崇威李妍姜旭任新（哈尔滨工业大学市政环境工程学院，哈尔滨１５００９０）摘要哈尔滨Ｍ水库是城市的水源水库，其成库时间短，水中天然有机物含量较高，ＤＯＣ为５～６ｍｇ／Ｌ，属于典型的富营养湖泊，冰封期具有低温低浊特点，汛期具有高色特点；Ｍ水库属短滞留水库，具有稳定分层特点，在汛期将出现临时混合，水质受上游来水影响较大，水中污染物人为污染仅占３．３６％，其余多为腐殖酸（Ｅｘ／Ｅｍ：３３０／４５０ｎｍ）和富里酸（Ｅｘ／Ｅｍ：２６０／４５０ｎｍ）等天然有机污染物，输入的悬移质中９３％将沉积形成底泥，为保证水库供水安全，应控制汛期污染物的输入以及入冬前库内的水位和污染物总量，由于冰封期水位持续下降，为保证最低水位高于３０７．５ｍ这一最佳取水断面，建议入冬前库内水位高于３１２．６５ｍ。关键词高色低浊水源水腐殖酸污染物平衡水源保护由于我国河流的污染加剧及地下水源的不断枯竭，越来越多的城市选择湖库水作为城市水源，２００１年我国湖库占水源水比例已经超过２５％［１］，东北地区很多大中城市正逐步使用湖库作为城市水源，其中哈尔滨地区以Ｍ水库作为主城区的唯一水源，其供水安全问题受到广泛重视。Ｍ水库是以城市供水为主，兼顾下游防洪、农田灌溉、环境用水等综合利用的大（Ⅱ）型水利枢纽工程，是典型的河道型水库。库区地形东南高西北低，呈不对称的Ｕ字型。正常蓄水位３１８ｍ，相应库容３．５６亿ｍ３，死水位３０４．５ｍ，水库总库容可达５２．３亿ｍ３［２］。由于汇水区域内植被茂盛，土壤中腐殖质含量较高，原水浊度较低，但水中天然有机物含量高，表现出高色低浊的水质特点，其水体变化特征通过数值模拟并不准确［３～５］，因此对Ｍ水库水力特征、污染物特征及典型水质断面变化规律进行了分析研究，并提出了相关防控要求。１试验方法１．１监测采样方法由于Ｍ水库成库时间短，为掌握Ｍ水库水质变化情况，根据其库区范围、水文特征等条件，在上游河流汇水区、库区周边区域、取水口位置以及湖库中心位置进行了长期监测，监测点的设置同时考虑了不同深度断面水质指标的变化，其监测点的分布图１Ｍ水库水质监测点分布如图１所示。在所设置的测点中，２、４、５监测点分别为上游河流入库点，通过对其表层和中下层的检测，可以确定其污染物输入情况，得出不同河流对于库区内污染物质的贡献度。监测点１是目前哈尔滨市水源取水口所在位置，在各个深度断面上可以获得其污染物浓度变化梯度，确定最佳取水高度。监测点３反映湖库中心区域的水质变化情况，其基本代表库区内污染物的平均浓度。１．２试验检测方法试验主要监测湖库各个测点的常规指标，如浊度、色度、水温、溶解氧、ＣＯＤ、总有机碳以及ｐＨ等指标，相关监测手段见表１。DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2014.0084３２给水排水Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．４２０１４图３２０１２年进出库流量及水位变化（枯水年）图４２０１３年进出库流量及水位变化（丰水年）表１各检测项目的分析仪器和方法检测项目分析仪器及方法生产厂家ｐＨＨＱ４０ｄ双通道多参数分析仪ＨＡＣＨ，美国水温ＨＱ４０ｄ双通道多参数分析仪ＨＡＣＨ，美国溶解氧ＨＱ３０ｄ单通道多参数分析仪ＨＡＣＨ，美国浊度２１００Ｑ便携式浊度仪ＨＡＣＨ，美国色度（ＧＢ１１９０３－８９）铂钴比色法ＣＯＤ（ＧＢ１１９１４－８９）重铬酸盐法荧光光谱ＪａｓｃｏＦＰ－６５００荧光光谱仪Ｊａｓｃｏ，日本ＴＯＣＴＯＣ－ＶＣＰＮ岛津，日本２水库水质特点及变化规律２．１水库水力特征２．１．１Ｍ水库水文特征根据水库近年来的变化情况，湖库平均容积处于１．１５亿～３．６亿ｍ３，图２表示库区水位与库容之间的关系，由图２可知，在３０７．５ｍ以下水位与库容之间斜率较小，说明底部水库截面相对均匀，该断面水库调蓄作用能力有限，水质稳定性较差，３０７．５～３１５ｍ断面曲线斜率增加说明在相关断面上截面面积增加，在这一断面区域库区蓄水能力更强，水体水质相对稳定，适合设置取水构筑物，而大于３１５ｍ水位以后随着水位增加库容增加非常明显，具有较强的洪水调蓄功能。Ｍ水库多年平均年径流量５．６１亿ｍ３／ａ，来水主要是依靠３条入库河流及汇水区域的地表径流，受自然降水影响较大，出库流量中作为水源供水量３．３７亿ｍ３／ａ（目前实际供水约２．９亿ｍ３／ａ），环境供水量年均为０．１３亿ｍ３／ａ，其余为灌区农业补偿供水量，环境用水及灌溉用水，这部分流量主要集中于每年５～９月，研究选择２０１２年（枯水年，入库流量４．２亿ｍ３／ａ）和２０１３年（丰水年，入库流量７．９亿ｍ３／ａ）为对象。从其进出库流量及库区水位变化情况可以发现（见图３和图４），水库每年４月下旬开始入库流量加大，水库逐步解冻，随着春汛到来，水库水位开始逐步增加，而出库流量稳定，以城市