戚卫伟

(营口市水文局，辽宁 营口 115000)



石佛寺水库生态需水量分析及富营养化控制研究

戚卫伟

(营口市水文局，辽宁 营口 115000)

随着社会发展，水资源被过度开发，我国水生态环境遭到严重破坏并且在持续恶化，对居民的用水安全造成巨大威胁。本文基于辽河石佛寺水库生态建设工程，根据生态需水的基本理论，对水库生态需水量进行了分析，并对库区富营养化问题进行了研究，采取了控制措施，保证了库区生态安全。

石佛寺；水库生态；环境安全；需水量；富营养化

近年来我国水利水电工程建设迅速，然而也造成了生态环境的逐渐恶化。例如：河流生态系统不同程度退化，生物多样性减少，地下水位持续下降等。水利工程建设产生的社会经济效益巨大，而且随着环保压力的逐步增大，加强水利枢纽建设已是大趋势。面对这种情况，我们应该权衡利弊，对工程建设进行合理规划设计，寻求采取多种工程措施、生态措施及管理措施，缓解或改善水环境和生态系统恶化程度。

1　工程概况

石佛寺水库位于辽宁省沈阳市，属于辽河下游干流上的大型水利枢纽工程，水库总库容1.85亿m3，坝址以上集水面积16.48万km2。该水库是典型的河道型平原水库，2005年其主体基本完工，主要部分有主坝、副坝、泄洪闸以及穿坝建筑物等。闸坝全长42.6 km，其中主坝长12.4 km，副坝长29.9 km，泄洪闸16孔，总宽度248.5 m。坝型为均质土坝，最大坝高12.1 m，坝顶宽6 m。

为了提高辽河流域的生态自我恢复能力，相关部门于2009—2011年对石佛寺水库实施了生态工程建设项目。具体内容包括：主副坝林台建设、人工岛建设、库区平整、水生植物栽植、野生柳树保护等项目。种植芦苇176.75 hm2，荷花108.38 hm2，蒲草124.06 hm2，各种乔、灌木19.28万株。通过该项目，辽河中下游水域的生态环境得到了极大恢复，水质得到了净化，水中繁衍栖息了多种鱼类和禽类，初步建成了物种丰富的辽河石佛寺水库生态系统[1]。

2　生态需水量分析

2.1生态环境需水量介绍

在20世纪90年代后期，我国实施了“西北地区水资源合理利用与生态环境保护”科技攻关项目，真正开始研究生态环境用水。进入21世纪，中国工程院可持续发展水资源战略研究确定了生态环境用水的概念及分类，标志着我国生态环境需水研究全面展开。

广义生态环境需水量是指能够维持区域内生物地理生态系统水分平衡所需要的水，具体包括生物平衡、水热平衡、水盐平衡、水沙平衡所需水量都是生态环境用水。狭义生态环境需水量是指保证生态环境不再恶化，并逐步改善所需要的水量[2]。

生态环境需水量主要包括以下几部分：①维持天然植被生长所需水量，如：森林、草地、湿地植被等；②当地保持水土需水量及水土保持生态工程建设所需要的水量，如绿洲和生态防护林建设等；③保障水生生物栖息环境需要的水量，如湖泊、河流中鱼类浮游生物产卵、洄游等生存、繁殖所需的水量。

2.2水库生态需水量的计算分析

按水库需水的生态功能分类，主要分为：生物栖息地需水量Wh、蒸散发渗漏需水量Wc、净化污染物需水量Wp、维持水盐水沙平衡需水量Ws、维持水库下游生态需水量Wx。由于以上各部分中有相互重叠部分(例如水生生物栖息需水也具有净化污染物作用，排沙需水也可以维持下游河段生态)，计算时对两部分进行比较后取较大者。生态需水量W计算公式如式(1)所示。

(1)

2.3水库生物栖息地需水量分析

水库面积的大小直接影响库区水生生物栖息地质量。所以水库形态分析法以库区面积直接作为了栖息地质量指标。选择水库水位—面积曲线低水位附近的拐点作为具有生态价值的最低水位，对应生物栖息地需水量。各参数的具体关系变化如图1所示[3]。

图1　水库形态分析法示意图

2.4水库污染物自净需水量计算分析

对于面积不是很大的水库，库区周边的点污染源或面污染源排入水库后，在水流和风浪的作用下，经一段时间后在库中基本扩散分布均匀。根据物质平衡原理，使用以下混合水质模型即零维水质模型分析其所需水量，具体计算如式(2)。

(2)

式中：Wd为库区允许污染物排放量,g/d；Cg为水库污染区水质达标标准,mg/L；Qout为水库出库流量,m3/d；K为水库污染物降解系数,L/d。

2.5水库水沙平衡需水计算

水库水沙平衡的保持主要采用泄流调沙和淘沙调沙方式。由于本库区水量丰富，在汛期时借助洪水泄流排沙，维持库内水沙平衡。在一定时间内，排沙量若为Wp s，汛期水流挟沙能力设为Cxs，则可求得水沙生态平衡需水量Ws=Wps/Cxs。

2.6水库耗水量计算分析

水库耗水量主要包括三个部分，分别是：水面蒸发量、库区植被蒸腾作用散发水量及水库渗漏水量。水面蒸发量的大小与库区水面面积、温度以及降水量有关；蒸腾水量与植被覆盖情况有关。计算时库区面积取水库在月平均水位时的水库面积[4]。

(3)

式中：Wc为水库耗水量,m3；F1为水库正常水位时的水面面积,m2；F2为水库正常水位时的植被面积,m2；E1(t)为月平均温度下的水面蒸发能力,mm；E2(t)为月平均温度下的植被蒸腾能力,mm；P(t)为月平均降水量，mm;K为库区土壤渗透系数；I(t)为水力坡降；F0为库区正常水位时的渗漏面面积。

综上所述：石佛寺水库水质要求为II类以上，以氨氮含量作为污染物指标，水库允许排入量为500 t/a。经计算得出其自净用水量为0.8亿m3。当地实施了生态建设工程后，植被覆盖率较高，水土流失小，基本满足水沙平衡要求，无需计算排沙水量。水库面积较大，植被丰富，蒸散发水量较大，取库区面积35 km2，植被覆盖面积12 km2计算。水库各月份生态需水量相差较大，夏季多，冬季少，年总生态需水量约为8.6亿m3。

3　水质富营养化的控制

3.1水库富营养化及成因

水体的富营养化是指水库、湖泊等封闭或半封闭水体中植物营养成分(如氮、磷)过量聚集而导致水藻类微生物极速增殖，使水生态环境恶化的现象。

富营养化一般分为自然原因和人为原因两种，营养的自然富集因过程漫长而不予考虑。经过分析，石佛寺水库富营养化主要是因为人为排放工业废水和生活污水所致[5]。

3.2水库富营养化控制

通过现场调研，针对石佛寺水库的富营养化问题，主要采取以下措施进行控制：①控制点源和面源污染。减少周边工业废水、旅游餐馆、居民生活污水的排放，或对废水进行处理后再排放，限制洗涤用品的含磷量；②完善水库水质监测网点，制定水库富营养化管理标准，对库区实时监测控制；③合理规划水库功能区，如规划网箱养鱼、水产养殖区；④水中营养物质富集于深部，泄水时可采用中低孔泄流，也可适当清淤；⑤强化水库管理，做到水资源的科学合理调配[6]。

4　结　论

水资源生态环境的治理和保持在现代水利工程中应引起足够的重视，这些水利工程在造福社会的同时，应使其能够维持自身的生态平衡，实现可持续发展的理念。本文以石佛寺水库生态治理工程为背景，对水库生态需水量的概念、分类以及计算方法进行了简要说明，同时分析解决了水库富营养化控制的问题，对以后的水利工程建设具有参考意义。

[1]朱旭萍，唐德善.石佛寺水库对生态环境的影响及防治对策[J].水利学报，2007(S1)：52-55.

[2]崔国韬，左其亭.生态调度研究现状与展望[J].南水北调与水利科技，2011(6)：67-69.

[3]赵鑫.石佛寺水库生态修复若干问题及对策[J].水利规划与设计，2015(11)：32-35.

[4]肖华，邵东国.一种水库生态与环境需水量的计算与调控方法[J].人民长江，2011(23)：73-75.

[5]周林飞，钟倩.石佛寺人工湿地水体富营养化评价与分析[J].水土保持研究，2015(1)：46-48.

[6]晓金凤，梁宏.水库生态影响研究和生态调度对策探讨[J].河南水利与南水北调，2008(2)：24-26.

Sutdy of ecological water requirement analysis and eutrophication control of Stone Buddha Temple Reservoir

QI Weiwei

(HydrologybureauofYingkou，Yingkou115000,China)

With the development of the society, the water ecological environment of our country destruct seriously and continue to evolve by excessive development of water which poses a great threat to residents’ water security. Based on the ecological construction project of the Stone Buddha Temple reservoir of Liaohe River, the paper analysis the ecological water demand of reservoir and study the problem of the reservoir eutrophication according to the basic theory of ecological water demand, and the control measures has been taken to ensure the reservoir area ecological security.

Stone Buddha Temple; reservoir ecological; environmental safety; water demand; eutrophication

戚卫伟(1983-)，女，工程师，主要从事水质监测工作。

X524

A

2096-0506(2016)03-0009-03