陕西省石河水库水浑浊度超标成因分析及防治对策

陕西省石河水库水浑浊度超标成因分析及防治对策

1调节水量总库容及调节水容量陕西省石头河水库枢纽工程位于梅县斜峪关村南1.5公里处。水库控制流域面积673km2,总库容1.47亿m3,有效库容1.2亿m3,多年平均调节水量2.7亿m3。是一座以城市供水为主、兼有农业灌溉、发电、防洪、水产养殖等多种功能的大(2)型水库。2库水浑浊度超标引发洪水石头河水库自1996年6月开始向西安供水,为解除西安水荒做出了突出贡献。水库水量充沛,水质良好,其水质达到了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅱ类标准。但在汛期,若中下游或全流域遭遇暴雨,洪水携带大量泥沙进入水库,造成库水浑浊度大大超过国家《生活饮用水卫生标准》(GB5748-2006)(以下简称生活用水标准)规定的指标“1-3”,当水库在中低水位运行且洪水流量大于出库流量时,洪水中的泥沙在库水中逐渐扩散,造成库水浑浊度陡然升高,并且在短时间内难以达到《生活用水标准》。水库浑浊度过高的主要危害有三点:一是当库水浑浊度指标大于“3”、小于“6”时,造成库水不能直接向城市供给,必须采取“参清减浊”措施,即在所供浑水中参入一定水量的清水,使其浑浊度达到《生活用水标准》。当库水浑浊度指标超过“6”时,参清减浊就难以奏效,将直接导致库水停供;二是库水浑浊度指标超过“6”以上时,会对用库水开展养殖的水产业造成较大影响,使产量明显减少,降低了经济效益;三是大量泥沙及推移质被洪水带入库内,沿库底抵达坝前,导致水库淤积量增大,减小了有效库容,影响水库寿命,甚至可能会影响输水洞正常引水。1998年8月21日石头河发生洪水,7时30分,洪峰流量达到1079m3/s,超过10年一遇洪水标准(1020m3/s)。洪水来临前的库水位为779.64m,在汛限水位798.00m以下。当时,为拦蓄洪水,没有泄洪,仅用发电尾水给西安供水,出库流量13.6m3/s(含城市供水)。8月22日6:45泄洪洞开始泄洪(流量463m3/s),9:00泄洪洞加大泄洪(流量639m3/s)。在此期间,大部分洪水存蓄库内,其携带的大量泥沙在库水中扩散,浑浊度指标严重超标,达到“15.8”以上。8月22日,西安黑河供水处为保证城市供水水质,及时采取了“参清减浊”措施,石头河水库供水由5.5m3/s减小到2.5m3/s,由石砭峪水库(备用水源)与石头河联合供水。9月11日因浑浊度严重超标,石头河向西安供水被迫停止,西安黑河供水处被迫启动了石砭峪水库和已关闭的部分地下水源联合供水的供水预案。这场洪水给城市供水造成了严重影响,导致石头河水库给西安市供水停供45天,尽管最终靠应急预案解决了供水问题,但一定程度上加剧了供需矛盾,加大了供水成本,影响了城市居民的生产生活。这次库水浑浊度超标,也给石头河水库水产站造成一定损失。该站引进饲养的名贵鱼种虹鳟鱼鱼苗一半被呛死,成鱼10日内不进食,1个月内进食偏少,错过了虹鳟鱼生长黄金期,减少了产量,降低了经济效益。洪水携带大量泥沙进入水库的过程中也带动了水库上游河道的砾石、石碴等推移质进入库内,形成了一定的淤积。目前,石头河向咸阳供水的“引石过渭”工程正在建设,预计明年可以建成供水,设计近期年供水量6000万m3,远期年供水量1.2亿m3。向宝鸡市供水的前期工作也在加紧进行。宝鸡市政府已经成立了石头河引水工程办公室,基本完成了项目可研工作。石头河水库未来的城市供水的任务十分繁重。与西安供水不同的是,将来要用石头河水的咸阳市和宝鸡市的陈仓区、蔡家坡经济技术开发区等并无可靠的地表备用水源,这就对石头河水库的供水保证率及水质提出了更高的要求。解决水库汛期可能出现的浑浊度超标问题已经成为现实而又紧迫的一项任务。3流域水土流失程度库水浑浊度是由暴雨形成洪水,造成水土流失产生的。水土流失与地面坡度、降水、土壤、植被等有密切的关系,在不同的自然条件下,流失程度有别。经调查,流域内海拔高程1800m以上地区,虽山大坡陡,但森林覆盖率高达80%以上,水土流失轻微;海拔高程1800m以下地区,虽坡度较缓,但天然植被差,坡耕地多,水土流失最为严重,大多地区已属中度水土流失区,部分地区甚至达到强度水土流失区,是流域水土流失的主要源区。库水浑浊度的主要成因可以归结为以下几点:3.1时空分布不均石头河流域分水岭(秦岭山脉)为北方与南方冷暖气流交会带,是局部暴雨高值高频区,降雨强度大,时空分布不均。据实测资料记载,该流域最大24小时降雨量154.6mm,最大1小时降雨量68mm,暴雨主要集中在7月~9月,洪水频繁,来势凶猛,极易造成水土流失,大量泥沙涌入水库,在库水中扩散,使库水浑浊度迅速增大。3.2片蚀、沟蚀、泥石流流域内水土流失类型以水力侵蚀为主,兼有重力侵蚀。水力侵蚀方式主要为面蚀、片蚀、沟蚀等。面蚀发生在坡耕地、轮歇地、荒坡地上,据资料显示,面蚀年侵蚀深度一般在0.3cm~0.5cm;片蚀、沟蚀主要分布在水库岸坡及沟壑区,易引发崩塌、泻溜、滑坡等,多发生于水库岸坡和一些地形较陡、岩体破碎、堆积物较厚、植被稀疏的支沟。据水文资料记载,石头河多年平均输沙量16.37万t,实测最大输沙量84万t,平均输沙模数243t/km2·a,最大输沙模数1248t/km2·a。从石头河流域水土流失面积统计表中可看出,中下游坡耕地多,土壤为黄土性疏松土壤,坡度陡,若遇暴雨,将大面积发生水力侵蚀(即面蚀或片蚀、沟蚀),极易引发土壤沙砾化和泻溜、滑塌,水土流失严重。3.3废渣、粉尘土流失成灾的原因据调查,在库区两岸采石、开矿的企业就有5家,其采石、开矿点基本上均设在沟道中下游,在开采过程中,破坏了原地貌,并产生了大量的弃渣和粉尘,这些弃渣、粉尘均堆放在沟道下游,沟道比降大,高差悬殊,立地条件极差,使水土流失有恶化趋势,据资料显示,石头河输沙量总体呈上升趋势,若遇暴雨,洪水汇流时间短,洪量集中,采石场极易形成滑坡,堆放的弃渣、粉尘随之滑塌,产生泥石流,使大量泥渣进入水库,增大了库水浑浊度。3.4植被破坏严重,水土流失严重近年来,随着人口增长,库区两岸的洋槐林及其他灌木林,因遭人为破坏,现所剩无几,同时,干流两岸的毁林毁草及陡坡耕种现象比较普遍,整个地区植被退化较为严重,由于这一区域为土石山区,生态结构脆弱,环境容量有限,植被破坏后较难恢复,若遇暴雨,极易发生面蚀或片蚀,加剧了水土流失。4减少灾害水库的浑浊供水措施4.1立地条件的保护生态保护和生物治理是防止水土流失的基础工程。首先,地方政府和水库管理单位要切实负起库区生态保护的责任,大力宣传并严格执行《中华人民共和国森林法》、《中华人民共和国水土保持法》、《中华人民共和国环境保护法》等法律法规,宣传、表彰、鼓励库区保护生态环境的人和事,严厉打击盗伐、肆意破坏等不法行为,营造保护库区生态的良好环境。其次,要加大退耕还林还草,加快坡耕地改造,防止水土流失。根据国家制定的“退耕还林(草),封山育林,以粮代赈,个体承包”的政策,结合生物、工程、农艺等措施,因地制宜,植树种草,改善生态环境,搞好水土保持。水库管理单位应通过上级主管部门与当地政府协商、沟通,督促加快坡耕地退耕还林以及坡耕地改造的步伐,即对大于25°的坡耕地逐步退耕还林、还草,政府或水库管理单位无偿提供苗木树种、籽种,并给以适当补助,群众栽植,群众管护,坚持“谁造林种草,谁所有,谁受益”,“谁破坏,谁补偿”;对小于25°的坡耕地坚持不懈地开展农田水利基本建设,加快坡耕地改造,修筑梯田;对库区两岸公路以下至水库正常水位间未植树种草的区域,水库管理单位应加大植树种草力度,提高植被覆盖率,逐步实现山绿、水清。第三,对已成林草地采取适当的工程措施予以保护。近年来,石头河水库管理局用铁丝网对库区一级保护范围予以隔离,以自然修复为主,辅以人工哺育,促进了植被的恢复,效果比较明显。水库二级保护范围内也可以采取此类方法来防止和减少人畜破坏,巩固水保治理的成效。4.2尽快建立健全水库保护管理体系库区内工程建设、采石开矿等行为加剧了水库的水土流失,但现有水法规对这些行为并不能严格加以限制,使水库管理部门难以实施有效管理。建议省政府尽快制订《石头河水工程管理条例》,对库区特别是水库二级保护范围内的人为活动做出约束性的规定,进一步防止人为破坏。目前,水库两岸经当地政府批准且仍在生产的矿山企业有四家,还有一部分未经批准的个体采石、采矿点。建议省上责成地方政府对这些采石、采矿企业予以综合治理。对无证开采的坚决予以取缔;对有证开采的企业提出水保治理要求并定期不定期组织检查督促,水保措施不到位的,坚决予以关停。4.3控制白水扩散,增大库水浑浊度改变水库调度方式,主要是为了解决水库拦蓄洪水过程中,洪水携带大量的泥沙在库水中不断扩散,导致清水变为浑水并增大库水浑浊度这一问题。为保证城市居民生活用水水质,建议现阶段(未设置分层取水设施)水库调度采取以下方式:4.3.1开启泄洪洞门诊或采用两洞联合洪水洪水洪峰流量不大(小于或等于输水洞泄洪能力)、但泥沙含量较大或浑浊度超过《生活用水标准》时,及时开启输水洞闸门,泄弃泥沙含量较大的洪水主流,待洪水泥沙含量较小且浑浊度低于《生活用水标准》时,关闭输水洞闸门,开始蓄水;洪水洪量较大(超过输水洞泄洪能力或小于、等于泄洪洞泄洪能力)且泥沙含量大时,应及时开启泄洪洞闸门或采取两洞联合泄洪,泄弃高泥沙洪水主流,待洪水泥沙含量较小且浑浊度低于《生活用水标准》时,关闭泄洪洞或两洞闸门蓄水;当遇洪水洪峰流量很大(超过泄洪洞泄洪能力)且泥沙含量很高时,采用输水洞与泄洪洞联合泄洪(其最大泄洪流量应不超过下游河道的安全泄量),泄弃高泥沙洪水主流,待洪水泥沙含量较低且浑浊度低于《生活用水标准》时,关闭泄洪洞及输水洞闸门蓄水。4.3.2关闭或同时关闭两洞门门支出工作当遇上述前两种洪水情况时,应分别开启输水洞、泄洪洞闸门或同时开启两洞闸门联合泄洪,泄弃高泥沙洪水,采用来多少、泄多少的原则,待洪水浑浊度低于《生活用水标准》时,分别关闭或同时关闭两洞闸门蓄水;当遇上述第三种洪水情况时,若省防办无要求水库为渭河洪水错峰时,则采取两洞联合泄洪(其最大泄流量应不超过下游河道的安全泄量),同时开启两洞闸门,泄弃高泥沙洪水主流,待洪水浑浊度低于《生活用水标准》时,关闭两洞闸门蓄水。若省防办要求水库为渭河洪水错峰时,则应以省防办核定的泄流量泄弃高泥沙洪水,错峰任务完成后再加大泄流量,待洪水浑度低于《生活用水标准》时,关闭两洞闸门蓄水。4.4分层取水,满足城市供热水质标准石头河水库的城市供水以及农业灌溉、发电、水产养殖等均由输水洞供水,而城市供水的保证率在95%以上,库水通过输水洞几乎常年供水,汛期,常常会发生前面所提到的三种洪水,由于洪水入库后,其主流沿库底向输水洞推移并通过输水洞流出水库直接供向城市,由于该洪水中的浑浊度超过《生活用水标准》,将会给市民的身体健康带来严重影响,因此,只能停止城市供水,这样又给城市居民及工业企业等生产生活用水乃至城市经济发展造成一定的影响。为此,水库