三峡工程对汉江中下游“水华”的影响分析

5. 结论和建议
5.1 结论
由计算结果可以得出如下结论： （1）在假定调水前后水质条件不变的情况下，调水前汉江发生“水华”的年份是 13 年。调水后丹江口水库补偿下泄，不考虑引江济汉工程，汉江发生“水华”的年份是 11 年， 这说明丹江口水库补偿下泄，有利于缓解汉江“水华”。 （2）调水后通过丹江口水库补偿下泄，兴建引江济汉工程，不考虑三峡工程枯季加大 下泄，基本解决汉江中下游“水华”现象。这说明引江济汉工程的兴建能有效地补偿汉江脆 弱的水环境容量，极大地减少“水华”的发生概率，减免南水北调中线工程对汉江中下游带 来的不利影响。 （3）调水后，考虑三峡大坝建成发电，在枯水期增加下泄流量，使长江武汉关水位抬 高，对汉江河口形成较强的顶托作用，汉江发生“水华”的年份是 8 年。因此，必须加大丹 江口下泄和增加引江济汉流量，共同减小汉江“水华”发生的概率。
0
由表 1 可见，丰、平、枯三种典型年，枯水期 1～4 月份汉口站平均流量与天然情况相 比，下泄量增加，对水位有一定影响。“水华”发生月份（2 月份）与天然情况相比，丰、 平、枯三种典型年，汉口站下泄流量分别增加 9.3%、7.8%、20.7%。可见枯水期下泄量增加， 以枯水年最为显著。
根据以上对径流情势影响的分析结果，选取最恶劣的情况，枯水年 1～4 月份汉口站三
到目前为止，尚未有确切定义“水华”发生的藻类总细胞密度数量标准，本文依据相关 参考文献中的富营养化判别标准，并结合汉江历次发生“水华”的实际情况取藻类总细胞密 度 500 万个/L 作为判断“水华”发生的标准。将各水质、水文、水温条件进行随机组合， 并以此作为水动力学模型和富营养化动力学模型的输入。
0
平 建坝前 水 建坝后 年 变化率
11600 12316 +6.2%
11000 11857 +7.8%
13900 15211 +9.4%
17200 16126 -6.2%
24400 30570 +25.3%
基本 不变
38500 31240 -18.3%
23100 21973 -4.9%
17800 17800
11 月
12 月
9月
丰 建坝前 水 建坝后 年 变化率
11400 12018 +5.4%
11600 12678 +9.3%
13800 15106 +9.5%
24500 24971 +1.9%
24500 29169 +19.1%
基本 不变
51600 43237 -16.2%
35700 35700
0
18600 18600
4.3 计算结果
通过计算各断面水质变化过程，并根据“水华”判别标准计算出三峡工程运行前后汉江
“水华”发生的年份，其成果如表 2 所示。 表 2 各工程条件下“水华”可能出现的时间分布
工程条件
年数
年份
1
调水前
13
1958、1960、1962、1967、1968、1970、1973、 1977、1978、1979、1980、1987、1992
2
调水 97 亿
11
1958、1960、1962、1967、1977、1978、1979、 1987、1992、1995、1996
3
调水 97 亿，有引江济 汉工程，无三峡工程
0
调水 97 亿，有引江济
4 汉工程，有三峡工程
8
1958、1967、1970、1974、1979、1980、1982、1983
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1958-1997 年的多年调节计算系列丹江口水库补偿下泄过程，演算至仙桃站，演算中考虑了 区间来水，中下游河道内外用水及回归水；取 1958-1997 年汉口站（有三峡工程）水位变化 过程；④水质边界浓度：取 1992-1998 年各水质指标的实测污染负荷值；⑤水温资料:取 1992-2004 年实测水温变化过程。
3. 三峡工程对汉江中下游“水华”影响的定性分析
三峡工程三期将于 2009 年建成，在枯水期的下泄流量将有所增加，长江武汉关水位将 会提高，那时长江对汉江的顶托作用将更加强烈。
三峡工程设计调度方式为：汛期 6 月中旬～9 月底为防洪控制时段，水库一般维持防洪 限制水位 145 m 运行，遇大洪水，则按照防洪调度方案蓄泄；10 月份水库由 145 m 均匀充 蓄至 175 m；11 月一般维持在正常蓄水位 175 m 运行，以后如果来水不满足电站发电保证出
汉口
龙王庙
引江济汉
江
图 1 汉江水文断面分布示意图 根据河流动力学原理，水文因素中流量、流速、水位之间存在着函数关系。这种关系可 以用图 2 表示。
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流量
长江汉口水位
http://www.paper.edu.cn 河床特性
断面流速
断面水位
4.1 计算所用水文资料
图 2 河流水文因素关系图
4.1.1 汉口水位
正常供水区(350m3/s)
受水区降低供水 (300m3/s),水源区
按需供水
160 调度线
155
受水区降低供水 (260m3/s),水源区
按需供水
受水区降低供 水(135m3/s)
150 150m以下为保证 最小生态用水区
145 战略储备（应 急供水）区
140 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月 4月
4. 三峡工程对汉江中下游“水华”影响的定量计算分析
汉江“水华”与水文因素直接相关，在 7 次“水华”发生期间，汉江下游流量、流速均 较未发生“水华”的年份明显小，且长江较高水位的顶托是造成流速缓慢地重要原因[2]。本 模型中各断面之间的关系见图 1。
南水北调中线
长
丹江口水库
汉
碾盘山 兴隆
江
潜江
仙桃 汉川
4.2 模型的计算
考虑到未来可能发生的各种情况，三峡工程对汉江中下游“水华”影响的模拟分析按如 下资料系列进行组合：①调水规模：丹江口水库调水 97 亿m3；②调水前水文边界条件：取 1958-1997 年仙桃站实测流量变化过程，取 1958-1997 年汉口站实测水位变化过程；③调水 后水文边界条件(有引江济汉工程)：直接采用长江水利委员会规划处 97 亿m3方案下，
1. 引 言
20 世纪 90 年代以来，随着汉江中下游水体富营养化的发展，在汉江中下游发生了 7 次 大范围的“水华”。南水北调中线工程实施后，近期又从丹江口水库向北方调水 97 亿m3, 这对汉江中下游生态环境的影响更加引人关注。
南水北调中线工程水源区调度按照发电服从调水、调水服从生态、生态服从防洪安全及 水资源优化配置的原则,拟定了丹江口水利枢纽的调度规则，其总体目标是在不降低汉江中 下游生态环境质量的前提下实施调水。由此可见,生态已经被提到及其重要的地位。
由上可知，在枯水期长江流量增加 800～2800 m3/s左右，水位将抬高 1 m左右。同时根 据长江水利委员会规划处分析的调水 97 亿m3的方案，对丹江口水库下泄流量系列分析发现： 丹江口水库大坝加高蓄水后，进行年径流调节再分配，对枯水期的流量给予一定的补偿，而 平水期和丰水期的流量却有较大减少。从总体上看调水后多数年份的 2、3 月平均流量在 450～550 m3/s之间，而该范围却是易发生“水华”的敏感区。如果不采取有效措施，汉江中 下游水华发生概率将有所增加。
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力（499 万 kW）需要，则水库逐步削落；1～4 月为泄水时段，5 月份使水库水位保持低水 位状态，为留出防洪库容，5 月底，水库应维持水位不低于 155 m；6 月 10 号，水库水位应 降至 145 m。
三峡工程的主要任务是防洪、发电和航运。按照这些任务的要求，运用其水库对长江来 水进行调节，改变了大坝以下的径流情势。其改变主要在三个时段：一是在 10 月份（少数 年份延至 11 月份），由于要从 145 m蓄水至 175 m，蓄水量 221.5 亿m3，相当于减少了月平 均流量 8400 m3/s；二是在 1～3 月份，这时长江处于最枯水期，宜昌流量一般为 3000～5000 m3/s，而三峡电站发保证出力一般需要流量 5800 m3/s左右，故需从水库中放水 1000～2000 m3/s左右（具体数视当年来水流量确定），也就是说，1～3 月宜昌以下的流量要较天然情况 增加 1000～2000 m3/s左右；三是在 5、6 份，这时三峡工程放水较多，使长江中下游流量增 加。
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三峡工程对汉江中下游“水华”的影响分析
谢敏，祁书文
河海大学水利水电工程学院（210098）
E-mail（shuwenqi@126.com）
摘 要：为了分析三峡工程对汉江中下游“水华”的影响，根据汉江“水华”发生的成因和 关键因子的分析结果，应用水动力学模型和富营养化动力学模型以及随机模拟法对汉江“水 华”发生的概率进行了定量计算，并提出了相应的建议。结果表明，三峡工程运行后将增加 汉江“水华”发生的概率，汉江自身的水污染治理是减少“水华”发生概率的最根本措施。 关键词：三峡工程，汉江中下游，“水华”，水动力学模型
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5.2 建议
（1）实施南水北调中线工程，必须高度重视对水源区的生态环境保护。通过治理点源 污染，减少进入汉江的污染；加强水土综合治理，控制面源污染。严格执行污染物总量控制 和排污许可制度，加强支流污染治理。汉江自身的水污染治理是减少“水华”发生概率的最 根本措施。
为了具体分析三峡工程水库调节对汉江中下游“水华”的实际影响，选择 1954 年代表 丰水年，1970 年代表平水年，1957 年代表枯水年进行研究[3]。长江下游的控制水文站—— 汉口站径流受影响的情况见表 1。
表 1 三峡建坝后汉口站流量变化
典 型 项目 年
1月
2月
6月
3月
4月
5月
中 旬～
10 月
图 3 丹江口水库综合调度图 由上图可以看出：受水区供水调度，在优先满足水源区用水要求前提下，以枯水年调水 量最大为目标，采取按库水位高低，分区进行供水调度方式向北方供水； 水源区供水调度，在充分考虑水库上游未来发展用水要求基础上，在汛限水位以下、死 水位 150 m以上区域按需进行补偿调节，满足水源区用水要求。水库死水位 150 m至极限消 落水位 145 m区域为生态安全供水区，拟定最小下泄控制流量 490 m3/s，特殊枯水年最小下 泄控制流量 400 m3/s，并与引江济汉工程联合调度，满足汉江下游生态安全用水要求； 特殊情况应急供水调度，在极限消落水位 145 m至 140 m水位之间为战略储备水源区（预 留 23.5 亿m3水量），以作为遭遇设计系列以外的特殊枯水年的应急供水，确保水源区生态 安全和受水区有水可供。 根据上述丹江口水库考虑生态环境的综合调度图，选用 1958-1997 年丹江口水库实际入 流和 2010 水平年丹江口水库下游需水，按照丹江口水库调度原则调度，得出 1958-1997 年 的多年调节计算系列丹江口水库补偿下泄过程，带入模型计算。
因此，考虑生态安全要求，研究三峡工程对汉江中下游“水华”的影响，可以为丹江口 水库和汉江中下游引江济汉工程及沿江其他水利工程的联合调度提供依据，以消除和减少汉 江中下游“水华”的发生，这对保护汉江中下游的生态环境具有重要的意义。
2. 汉江中下游“水华”
“水华”亦称水花，通常发生在湖泊、水库水体中，而暴发在一个流动水体中，国内外 尚属罕见。汉江“水华”不同与多数湖泊出现的蓝藻、绿藻水华，为硅藻水华，属硅藻类小 环藻，发生在冬末春初的汉江枯水期。研究表明[1]，汉江“水华”的成因与一般湖泊水华并 没有区别，其中主要原因是在汉江枯水期长江武汉关水位相对较高，对汉江河口的顶托一直 影响到岳口，使汉江下游水体流速缓慢，形成湖泊状水体，由此引发汉江潜江～汉口段“水 华”的发生。
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峡建坝前后流量及其对应的水位，带入模型计算。
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4.1.2 丹江口下泄流量 根据长江水利委员会长江勘测规划设计研究院编制的《汉江丹江口水库可调水量研究》，
经多目标综合集成，考虑生态环境的丹江口水库综合调度图如图 3 所示。
170 防洪区
加大供水区
165
0
枯 建坝前 8770 9400 12000 22900 水 建坝后 10136 11342 14341 24123 年 变化率 +15.6% +20.7% +19.5% +5.3%
45600 46993 +3.1%
基本 不变
25900 18399 -29.0%
18800 17810wenku.baidu.com-5.3%
14100 14100