水利工程論文-洞庭湖環(huán)境疏浚與生態(tài)修復.doc

水利工程論文-洞庭湖環(huán)境疏浚與生態(tài)修復摘要：由于泥沙淤積，洞庭湖洪水位不斷抬高，在造成嚴重的洪澇災害的同時，降低湖泊水體的稀釋自凈能力和水環(huán)境承載能力，湖區(qū)生態(tài)環(huán)境的惡化。根據洞庭湖環(huán)境疏浚規(guī)劃，通過對典型河段疏浚前后水情、水環(huán)境質量及承載能力變化等的對比，定量與定性相結合對洞庭湖疏浚后的水環(huán)境修復和生態(tài)系統恢復效益等進行研究。關鍵詞：洞庭湖疏浚水環(huán)境修復生態(tài)恢復1前言洞庭湖接納湘、資、沅、澧四水和長江的松滋河、虎渡河、藕池河三口，每年大量泥沙進入洞庭湖，其中約四分之一左右的泥沙由城陵磯注入長江，四分之三淤積在洞庭湖。由于泥沙淤積，造成四口洪道多呈淤積萎縮態(tài)勢，湖內洲灘滋長、蘆柳叢生、滯流阻水嚴重，而且湖泊萎縮使得水系紊亂，相互頂托干擾。從而導致洞庭湖區(qū)調蓄容積減少、洪水位不斷抬升、江湖關系改變，在加重湖區(qū)的防洪負擔、造成嚴重的洪澇災害的同時，降低湖泊水體對各種污染物的稀釋自凈能力和水環(huán)境承載能力，造成湖區(qū)生態(tài)環(huán)境的惡化1。根據國家地面水環(huán)境質量標準（GB38382002），按單因子法評價全湖平均類別為IV類，磊石、城陵磯、茅草街、目平湖、萬子湖水質達V類，君山水質達超V類。按綜合污染指數法評價全湖平均綜合污染指數0.433，屬于輕度污染。洞庭湖全湖主要污染物的分擔率從大到小依次排前五位的參數為：總磷、總氮、總汞、揮發(fā)酚、高錳酸鹽指數。因此，實施洞庭湖環(huán)保疏浚工程，調整部分河段的河勢、改善水流條件是增加水體納污、自凈能力，改善環(huán)境條件，維護生態(tài)平衡重大戰(zhàn)略舉措。目前洞庭湖環(huán)保疏浚規(guī)劃已經完成，本文通過對典型河段環(huán)境疏浚前后水情、水環(huán)境質量及承載能力的變化深入分析，定量分析與定性研究相結合對洞庭湖環(huán)境疏浚的水環(huán)境修復效益和生態(tài)系統恢復效應進行了研究。2洞庭湖環(huán)保疏浚前后的水情變化洞庭湖環(huán)境疏浚改變了河道湖泊的過水斷面，縱坡比降及糙率等水力因素，這些水力因素的改變對洪水水位產生影響，尤其在河道上由于水力因素的改變值的比重較高，影響更為顯著。分析中首先使用二個典型河段，運用水力學模型分析法和水文學資料分析法分析這些典型河段在疏浚前后對洞庭湖洪水水位的影響，并以為此基礎研究根據環(huán)境疏浚方案對洞庭湖各疏浚河段的水位降低效應進行分析。2.1環(huán)境疏浚對典型河段的洪水水位影響分析本研究洪水演算采用SMS（地表水模擬系統）水力學模型，區(qū)間的產流計算采用SSARR（河流綜合預報與水庫調度模型）水文學模型2。典型年主要選擇近期的主要大水年1996、1998、1999年。其中1996年洪水為四水遭遇型洪水，1998年洪水為1954年后長江流域全流域大洪水，1999年洪水為湖區(qū)區(qū)間及長江干流遭遇的惡劣組合型洪水。對3個典型年，分別選擇疏浚前后的地形資料計算三個典型河段影響區(qū)的水位，在疏浚區(qū)每隔500m，模型輸出一個水位值。計算的結果為：澧水洪道洪水水位降低0.20.3m；南洞庭湖洪水水位0.090.17m。2.2洞庭湖環(huán)境疏浚規(guī)劃對洞庭湖洪水水位影響預測根據洞庭湖環(huán)境疏浚規(guī)劃，疏挖總土石方量達33876.5104m3。而且由于增加了行洪斷面的面積和湖泊容量，相應增加了洪道的行洪能力，增強了湖泊的調蓄能力，對降低湖區(qū)高洪水位起積極作用。整個疏浚工程土石方量也就相當于洞庭湖增加了約3.4108m3容積，約占洞庭湖總容積（城陵磯水位33.5米時容積167108m3采用前面已經建立的水力學模型（1）四水尾閭及淞滋河、藕池河及汨羅江疏浚段附近洪水水位的降低較明顯。水位降低的程度與開挖的斷面面積占總斷面面積的比例及洪水級別有關。比例越大，水位降低愈明顯。洪水級別越大，水位降低越小。在計算河段中澧水尾閭可降低高洪水位0.150.35m，其余河段一般可降低0.10.25m，但在擴卡的局部區(qū)域，有時可降低水位0.3m以上。（2）東洞庭湖洪水水位可降低0.080.14m，南洞庭湖可降低0.10.18m。湖區(qū)水位降低幅度仍然少于河道，這種趨勢同典型河段的計算結果一致。3洞庭湖疏竣的水環(huán)境修復效應洞庭湖河湖疏竣的水環(huán)境修復效應主要體現在對水環(huán)境承載力的影響。水環(huán)境承載力是指在一定的水域，其水體能夠被繼續(xù)利用并仍保持良好生態(tài)系統時所能容納污水及污染物的最大能力3。簡單地說，水環(huán)境承載能力也就是我們通常所說的“水環(huán)境容量”或“水環(huán)境（水體）納污能力”，即滿足水環(huán)境質量標準要求的最大允許污染負荷量、或納污能力。對于河流、湖泊而言，流量和水質及污染物質的背景濃度也是經常變化的，向河、湖排放污染物也大多是通過水流進入的，因此，其污染物的凈化和環(huán)境容量的計算比較復雜。常用的水環(huán)境容量計算模型有：一維模型、二維模型、非均勻混合模型和湖(庫)均勻混合模型4。根據洞庭湖污染物排放現狀，造紙業(yè)排放的CODMn是影響洞庭湖區(qū)水質的主要污染物，故在水環(huán)境容量計算中，選擇反映水質污染的綜合指標CODMn，研究計算典型河段和整個洞庭湖疏挖前后水環(huán)境容量變化情況，分析疏竣對洞庭湖水環(huán)境質量的影響。（1）疏浚對典型河段水環(huán)境容量影響分析。典型河段選擇澧水洪道石龜山至沙河口（全長20000m）、南洞庭湖茅草街至沅江（全長22000m）二個河段。由于疏竣工程改變了洞庭湖的水力學條件，使湖泊水流歸槽，水位降低，流速增大，污染物擴散與自凈能力增強，湖泊的水環(huán)境容量增加。水環(huán)境容量的計算結果澧水洪道由144g/s增加到160g/s，南洞庭湖由378g/s增加到398g/s。同樣在起始斷面水質狀況相同，區(qū)間內疏竣前后污染物排放情況不變的情況下，區(qū)間出口在疏竣后的污染物濃度要比疏竣前小，水質比疏竣前好。澧水洪道出口處污染物濃度由疏浚前的6.0mg/l降為疏浚后的5.9mg/l，南洞庭湖由4.5mg/l降為4.4mg/l。（2）疏浚工程對洞庭湖水環(huán)境容量影響預測。對于洞庭湖，考慮整個疏浚工程相當于洞庭湖增加了約3.4108m3的容積，選擇參數CODMn，采用湖（庫）均勻混合易降解的水質數學模型，計算結果:CODMn的水環(huán)境容量疏浚后可增加2361g/s，即74460t/a；污染物濃度疏浚后可降低0.3mg/L。表明洞庭湖河湖疏竣對洞庭湖水環(huán)境的影響主要體現在：疏竣后河流水位降低，水流歸槽，流速加快，污染物稀釋自凈能力增強，水環(huán)境容量及水環(huán)境承載能力增大，水環(huán)境質量有所改善。（3）疏竣對洞庭湖富營養(yǎng)化的影響分析。洞庭湖經多年淤積，不僅大大縮小了湖容，而且淤積底泥中含有大量的營養(yǎng)物質，這些營養(yǎng)物質中的一部分又會重新溶解進入水體，增加水體的營養(yǎng)負荷，加快湖泊的富營養(yǎng)化進程。對洞庭湖區(qū)進行疏竣，將淤泥疏挖出水，將大大減少底泥中營養(yǎng)物質的釋放，降低水體營養(yǎng)物質的濃度。根據洞庭湖區(qū)河道疏竣工程總體設計方案，南洞庭湖底泥疏挖量1595.17104m3,黃土包河疏挖工程底泥疏挖量1841.44104m3,澧水疏挖工程底泥疏挖量3828.40104m3,以上典型河段共計7265.01104m3。經估算相當于清除磷13513t、氮678551t。根據洞庭湖營養(yǎng)物質平衡計算結果，洞庭湖總氮、總磷年滯留量分別為107003噸、7780噸，而典型河段疏挖減少的氮、磷量分別相當于全湖6.34年、1.74年的淤積量，如果全湖疏挖按設計完成，其效益當更加巨大。可見疏挖工程對減少洞庭湖的營養(yǎng)負荷、減緩富營養(yǎng)化進程作用顯著。（4）環(huán)境疏浚的經濟、社會及環(huán)境效益。洞庭湖環(huán)境疏浚工程實施后，將改善湖泊水環(huán)境質量，提高湖泊水環(huán)境容量，既可影響“一湖四水”，還將影響到整個長江中下游，對維護長江流域生態(tài)平衡，促進區(qū)內經濟與環(huán)境協調發(fā)展將起到積極作用，其經濟、社會和生態(tài)環(huán)境等方面的效益十分顯著。而且其直接經濟效益也相當可觀的，如CODMn的水環(huán)境容量可增加2361g/s，即74460t/a，在保護洞庭湖水功能不受破壞的情況下，可年增加容納248200t化學需氧量（COD）。根據湖南省“一湖四水”水污染防治規(guī)劃，建設城市污水處理廠年削減COD7.3104t，約需投資27.7944108元,若建設