北大港水库蓄水水质的影响因素及水质改善措施
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摘要 天津市北大港水库作为规划中南水北调东线的调蓄水库，为保证天津市城市生活用水和工业用水发挥了很大的作用。利用马圈闸和十号口门的氯化物等物质的动态监测数据，描述了北大港水库水质变化情况，详细分析了水库水质变化主要的影响因素，并具有针对性地提出了改善水库水质的控制措施，对今后保障北大港水库水质、改善城市用水质量具有重大的意义。
关键词 北大港水库；水质；影响因素；措施
中图分类号 X524 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）24-0230-02
Influence Factors and Improvement Measures of Water Quality in North Port Water Diversion Reservoir
YANG Wei-dong 1 CHENG Hong 1 ZHU Qing-chuan 2
（1 North Port Water Diversion Reservoir Management Office of Tianjin City，Tianjin 300270； 2 Tianjin Ground Subsidence Control Work Office）
Abstract Tianjin North Port Water Diversion Reservoir as planning the regulating reservoir，plays a significant role in ensuring the Tianjin municipal and industrial water.Using the dynamic monitoring data of chloride and other substances in Maquan gate and the 10 th gate to describe water quality change of North port water Diversion Reservoir，influence factors of the water quality in North Port Water Diversion Reservoir were analyzed. Improvement measures of water quality were put forward，which had great significance on the future protection of water quality in North Port Water Diversion Reservoir and improvement of urban water quality.
Key words North Port Water Diversion Reservoir；water quality；influence factors；measures
1 天津市北大港水库基本情况
1.1 水库工程基本概况
天津市北大港水库位于天津市东南部的大港区境内，地处海河流域的大清河水系独流减河下游右侧。水库占地面积164 km2，蓄水面积150 km2，围堤总长54.511 km，设计库容5亿m3，兴利库容4.41亿m3。以蓄供水为主，兼有防洪、灌溉、养殖等综合效益的大（2）型平原水库，是引黄济津的唯一蓄水水库，同时作为规划中南水北调东线的调蓄水库，为保证天津市城市生活用水和工业用水发挥了很大的作用。
1.2 工程水文地质
由海岸和退海岸成陆低平淤泥组成，为以河砾黏土为主的盐碱地貌。库区地质构造上位于沧东海河断裂带和渤海构造的三角地带，约在1 km深的范围内均为新生代第四纪全新世Q4的松散沉积物。表层深约30 m为滨海相最新沉积，主要为第一陆相层、第一海相层、第二陆相层，岩性主要为黏土、淤泥质黏土、淤泥质砂壤土及粉土。
库区地层水文地质深度180 m以上为河相沉积，地下水属于潜水，矿化度1 500～2 000 mg/L。180 m以下，矿化度1 300～1 800 mg/L，属微咸水。浅层地下水深埋1.5～2.0 m，地下水矿化度较高，近海区为高浓度盐水。浅层地下水主要补给源为大气降水、独流减河河水侧补给和库水的入渗补给，主要以蒸发形式排泄，渤海沿岸附近地下水易受潮水影响[1-2]。
1.3 气候特点
属北温带半湿润大陆性季风气候，主要在7—9月降水，多年平均降水量、平均蒸发量分别为533.3、1 235.9 mm，多年平均气温11.1～12.3 ℃，年平均日照2 294 h，无霜期205～209 d，最大风速23 m/s，6级风以上风速日数多年平均97 d。
2 北大港水库的水质存在的问题
从调查结果可以看出，该水库在引黄期间蓄水初期，水库水质较优，但是随着蓄存时间的不断增长，水中的CODMn、氯化物含量逐渐增大，且随时间的增长趋势越明显，水质状况逐渐变差。经过一个蓄水周期，水库蓄水水质变化很大。北大港水库进出水口一个周期水质监测结果见表1。
3 主要影响因素
3.1 蒸发的影响
北大港水库蓄水面积达150 km2，水库蓄水为最大5亿m3时，水库平均蓄水深度为3.5 m，属浅阔性平原水库，所处地区年平均陆地蒸发量在1 900 mm以上，根据多年运行资料统计，推算水面蒸发量约0.93亿m3，水量损失巨大，蒸发引起水体污染物浓度增大[3]。
3.2 底泥释放严重
北大港水库富存着浅层空隙咸水，土壤中盐分最大值达3%，有机质含量达5%；库区土样含盐量为3 000～18 000 mg/kg，有的区域甚至高达30 000 mg/kg。就COD来说，假设底泥释放率按照50 mg/d·m2计算，一年内底泥释放的COD就达2 737.5 t/年。底泥释放对水质的影响起到决定性作用。
3.3 蓄水深度对水质的影响
水库蓄水为最大5亿m3时，设计蓄水位为7.0 m（大沽高程），平均蓄水深度为3.5 m。蓄水较浅的时候，可以使其能够充分接受光照，风浪对其的扰动明显，易升温，还可以促进水生植物的生长和植物的腐烂。因此，蓄水的深度对水质的影响不容忽视。
3.4 水库蓄供水流场不合理对水质的影响
水库自流蓄水入库口——马圈闸位于水库西围堤28+200处，供水出口——十号口门过船调节闸位于北围堤中部45+970处，马圈闸入流且十号口门过船调节闸出流时，库区西北和东南部水域流速很小。如当马圈闸入流、十号口门过船调节闸出流均为90 m3/s，流场稳定后姚塘子扬水站和排咸闸处流速均为零，其临近水域平均流速为0.25 cm/s，为水库平均流速的1/2。水库库区大面积区域水体流通置换速度慢，势必影响蓄水水质。
4 改善北大港水库蓄水水质的对策
4.1 实施分库方案，加大水源库蓄水深度
为减小水库蓄水面积，对水库修建隔堤，一库分为两库，对水源库增设防浪墙，使蓄水深度得到加大。水库蓄水深度的增加，可以有效减小因蒸发过大对水质造成的影响，同时，长期的深水能抑制水生植物的生长，减少植物遗体腐烂对水质的影响。
4.2 结合隔堤建设，对库底进行清理
修建水库隔堤以水源库库底土作为土源，库底土的清出可以改善水库库区底泥状况，原底泥中过多的氯化物、腐烂物以及地上植物等影响水库水质的因素即随之消除[4-5]。
4.3 合理设置水库进出水口
根据库区地形实际情况，合理设置水库进出水口，在水库隔堤的适当位置（如库区较低洼处）建东、西库连通闸，实现东、西之间水源的调配，使水库蓄供水流场通畅，减少或消除库区蓄水死水区域。
4.4 完善排咸工程
水库蓄水期长，水质会咸化。库区地形总趋势是西北高，东南低，最低洼的库底分布于库区的中部偏东地带，因此自流排咸可利用十号口门过船调节闸。水库死水位以下的水体很难自流排出，可清理平整库底，将低洼区相互连通，并在十号口门过船调节闸前开挖南北向排咸沟，水库管理单位可根据运用和水质变化情况制定库水储放周期，适时排咸以改善水质[6]。
4.5 加强库区管理
杜绝水库渔业养殖户在库区挖沟堵埝，以保障水库水流的通畅和余水外排。加强巡查和管理，防止库区渔业生产和生活垃圾滞留库内，干库期间防止周边村民在库区种植农作物以及其他可能影响蓄水水质的情况发生[7-8]。
5 结语
北大港水库作为天津市引黄应急蓄供水和规划中南水北调东线的调蓄水库，对天津市城市居民和工业用水的供给，乃至社会经济的发展起着重要作用。采取措施保证北大港水库的蓄供水质量，意义重大。
6 参考文献
[1] 赵玉明，冯平.北大港水库水质管理运行问题的研究[D].天津：天津大学建筑工程学院，2004.
[2] 赵文玉.天津滨海地区水库水质咸化机理分析及实验研究[D].天津：南开大学，2006.
[3] 朱慧芳，高学平.北大港水库水质安全研究[D].天津：天津大学建筑工程学院，2009.
[4] 彭焱梅，姜翠玲，张鹏，等.北大港水库分库后底泥盐渍化程度分析[J].水电能源科学，2013，31（7）：133-135.
[5] 王斌，曹喆，张震.北大港湿地自然保护区生态环境质量评价[J].环境科学与管理，2008，33（2）：181-184.
[6] 苏向前，刘康和.面波法与单孔检层法波速测试的工程应用[J].长江工程职业技术学院学报，2006，23（3）：1-5.
[7] 刘康和.土石坝老化病害无损探测技术及应用[J].江淮水利科技，2007（1）：17-19.
[8] 赵文玉，王启山，赵玉明，等.“引黄水”在北大港水库蓄存期水质咸化机理分析及防治措施[J].南水北调与水利科技，2004，2（6）：24-26.