引江济淮工程对派河水环境的影响<sup>*</sup>

引江济淮是以城乡供水、发展江淮航运为主，结合农业灌溉补水，兼顾改善巢湖及淮河水生态环境等综合利用的具有多目标开发任务的大型跨流域调水工程[1]，其总体布局是从长江北岸取水，通过引江济巢、江淮沟通、江水北送三大输水段落向淮河流域调水[2]，输水线路可分为5部分：长江-菜子湖线-巢湖、凤凰颈-西兆河线-巢湖、派河段、江淮沟通段及江水北送段。江淮沟通段引水线路起点在巢湖西北角派河入巢湖口，通过派河口泵站枢纽与巢湖相接，引江水向淮河输送[3]。通水后，流经派河的水量在2030年和2040年将分别达到235，295 m3/s。引江济淮工程(巢湖-派河段)路线见图1。

按照引江济淮工程规划，需要对河道进行整治，疏浚派河下游段18 km和新挖派河上游段13.5 km，派河的河底高程加深到3.7 m，河底宽度扩大至60 m。根据丰、枯水期进行输水设计，旱季从长江向淮河输水，输水方向与现状水流方向相反；雨季不输水，派河水仍向下游汇入巢湖。因此，工程实施及运营都将对派河水文、水质等带来一定的影响。派河目前水质现状为GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类水，按照引江济淮工程规划的要求，到2020年派河水质需达到GB 3838—2002 Ⅲ类水标准。

根据《引江济淮工程治污规划实施方案及2017年度实施计划》《派河水体达标方案》《肥西县生态环境保护“十三五”规划》和《肥西县水资源综合规划》，派河流域肥西县27个水质改善工程项目及“引江济淮工程”肥西段综合治污前期工程目前正按计划全面开展，主要包括再生水补充生态基流工程、污水处理厂扩建和管网布设工程、农村面源综合治理工程、支流环境综合治理工程、干流疏浚和修复工程及干流湿地净化工程。

1.2 派河流域简介

派河为巢湖流域主要入湖支流之一，发源于合肥市肥西县江淮分水岭枣林岗及紫蓬山脉北麓，东南向流，自枣林岗经城西桥、三官庙、上派镇、中派河后，于下派河注入巢湖，河道全长67 km(石头咀-下派河)，流域面积为584.6 km2，上派镇金寨南路桥至入巢湖口，河道经整治后，河道宽阔，河底宽约40 m，河底高程约3 m，河线也较为平顺。派河主要分布在肥西县境内，部分属于合肥市经济技术开发区和包河区，共有10条支流，分别是：苦驴河、梳头河、岳小河、斑鸠堰河、五老堰河、卞小河、祁小河、王建沟(古埂河)、潭冲河、光明大堰河。派河流域主要水系见图2。

根据《派河水体达标方案》，派河流域的污染源包括工业废水、污水厂尾水、城镇生活直排、农村生活污水、农业污染源、城市面源等，污染物入河污染负荷以农村生活污水、城镇生活污水及污水厂直排为主。在派河流域自上而下设置12个监测断面，实时监测流域范围内COD、NH3-N和TP的含量。

2 引江济淮工程对派河水文的影响

2.1 派河径流量

派河流域现无流量观测数据，需采用水文计算方法或者采用类比法计算得到。具体计算方法为：年(月)径流量=汇水面积×年(月)降雨量×径流系数[4]，派河的汇水面积取311.04 km2，肥西县陆地综合径流系数取0.25。不同保证率下派河降雨量和派河口逐月径流量变化趋势见图3。

由图3可知：不同保证率下派河月降雨量为1～640 mm，年平均为51～183 mm，最高月份降雨量出现在平水期3月，最低出现在1月。派河流域洪水的季节特点、时空变化与本地区的暴雨一致，4—9月均有可能出现洪水，其他月份出现洪水的概率极小。不同保证率下派河口径流量为0.04～19.19 m3/s，年平均值为1.53～5.48 m3/s。径流量与降雨量变化趋势基本一致，随季节、气候变化，水位、流量和水量均呈现明显的丰、枯交替的周期性变化。

2.2 派河现状水文特征值

派河现状水文特征值见表1。

2.3 引江济淮工程对派河水文的影响

根据工程规划和《派河流域防洪规划报告》，派河河口至蜀山枢纽疏浚河段长31.35 km，输水设计流量为295 m3/s，百年一遇防洪水位为11.46～13.50 m。引江济淮工程实施后，对派河水文的影响主要表现为水位、流量、流速、流向等的变化，此外还会对径流年内分配和年际分配、对输水河道和调蓄水体水文情势产生影响。

据引江济淮工程总体方案布局，再结合派河段所属流域情况、水文地质条件和输水运行方式，采用一级明渠开挖方案为开挖河道，近似采用水力学中明槽恒定均匀流公式，进行河道过水能力复核[6]，计算公式如下：

式中：v为流速，m/s；C为谢才系数；R为水力半径,m；i为河道底坡,m；Q为流量，m3/s；A为过水断面面积,m2。

采用曼宁公式计算：

对于渠化的河道，过水断面面积A：A=(b+mh)·h，过水断面见图4。水力半径

将水力半径R和过水断面面积A带入明槽恒定均匀流公式，则可以得到水深与流量之间的关系式，即：

式中：b为河道底宽,m；h为水深,m；n为糙率，反映河道断面粗糙程度；m为边坡系数。

根据引江济淮工程规划，结合水力学中明槽恒定均匀流计算公式，得出输水设计断面底宽60 m，底高程1.8 m，其中，河道糙率按照符合大河断面较规则取为0.025，水面比降为1/42000，最大坡比为1∶2。利用以上公式对工程建成后派河口断面水位、流量、流速等进行预测，预测结果见图5—6。

由表1和图5—6对比可知：50%保证率下规划年2030年和2040年输水期派河口水位将分别达到7.61～8.62，7.61～8.77 m，年均值高出现状水位1.47～1.59 m；75%保证率下相应值分别达到7.91～8.65，7.79～8.92 m，年均值高出现状水位1.70～1.86 m；95%保证率下相应值分别达到7.95～8.65，8.11～8.92 m，年均值高出现状水位1.51～2.32 m。50%保证率下规划年2030年和2040年输水期派河口流量将分别达到128～149，128～152 m3/s，年均值高出现状流量85～88 m3/s；75%保证率下相应值分别达到134～150，139～155 m3/s，年均值高出现状流量90～94 m3/s；95%保证率下相应值分别达到135～150，138～155 m3/s，年均值高出现状流量95～99 m3/s。根据水文情势影响分析，在输水期河道水位高于现状水位，低于设计防洪水位。仅50%规划水平年调水主要集中于非汛期，汛期5—10月基本不调水，75%中等干旱年份和95%特枯年份调水时间明显增多。调水期河流的输水方向与天然流向相反，在一般年份汛期由于淮河不需调水，汛期河道洪水仍由派河注入巢湖，与现状一致。

综上，在工程实施后，调水期间河道输水方向与现状水流方向相反，河道水位、流量均与现状变化较大，同时人为调控影响加大，对派河的水生生境影响明显，河道现状连通性将降低；非调水期间派河仍然是天然降雨的输水通道，但为维持一定航运水深，派河河道内常年平均水位将升高，河道内水文节律将弱化。

3 引江济淮工程对派河水质的影响

3.1 水质现状

水质现状引用肥西县生态环境局例行监测数据。其中，派河干流共有5个考核断面：派河泗州路桥、文山路桥、肥西化肥厂(国控断面)、中派韩院及入巢湖口；7个主要支流的考核断面：苦驴河入派河口、白圩桥、唐大桥、汤口路桥、桥湾路桥、卞小河入派河口及潭冲河入派河口。丰、平、枯水期均值评价结果均为Ⅴ类和劣Ⅴ类，主要污染指标为NH3-N、TP和COD，2017年全年所有测次中超Ⅲ类水质标准限值的最大超标倍数分别为17.30、9.15和6.30(详见表2)。

3.2 工程实施对派河水质的影响

对于非持久性污染物COD、TP和NH3-N，利用一维稳态稀释、降解综合模式对工程实施后的派河国控断面水质进行影响预测。公式如下：

式中：C为污染物浓度，mg/L；C0为上游来水的背景浓度值，mg/L；k为水质降解系数，参考《派河水体达标方案》，COD、NH3-N、TP的降解系数分别取0.08，0.09，0.04 d-1；L为河道沿程距离，m，取67 km；u为河道水流流速，m/s。

上游来水背景值的确定，为避免水环境现状调查中随机因素的影响，从河流水质的现状监测资料中选取近期连续24个月，进行背景浓度样本的频率分析。

将河流监测断面连续序列的水质实测资料，按地表水环境影响预测与评价中所选某种污染物的月平均浓度由小到大排序，其序号为i(=1，2，3，…，n)，最大序号为n，即样本容量。选择水文学上通常采用的累积频率计算公式：

因为只有文山路桥、中派韩院、苦驴河入派河口、唐大桥、汤口路桥、卞小河入派河口及潭冲河入派河口7个断面的监测数据完整，所以以7个断面2016—2017年24个月的实测月平均COD、TP和NH3-N浓度为例，按照7个监测断面的月平均COD、TP和NH3-N浓度由小到大排序，样本容量均为n=24，分别进行累积频率计算。然后，作出水质保证率曲线，见图7。

苦驴河入派河口、汤口路桥、文山路桥、唐大桥、卞小河入派河口、潭冲河入派河口及中派韩院7个监测断面的样本COD浓度平均值依次为28.96，26.00，25.48，31.87，30.78，53.17，30.80 mg/L；各个断面的NH3-N浓度平均值依次为2.48，2.01，2.11，2.45，5.10，9.19，4.00 mg/L；TP浓度平均值依次为0.20，0.12，0.16，0.35，0.48，0.90，0.34 mg/L。

由图7可知：河流监测断面的水质频率曲线呈现上升的变化特征，即水质类别越低，水质的保证率越高。苦驴河入派河口、汤口路桥、文山路桥和中派韩院4个监测断面的水质总体较好；唐大桥、卞小河入派河口和潭冲河入派河口3个监测断面的水质总体较差。在约92%保证率下，唐大桥、卞小河入派河口和潭冲河入派河口的污染物浓度普遍高于苦驴河入派河口、汤口路桥、文山路桥和中派韩院，但在约80%保证率时，后者高于前者，出现水质保证率曲线交叉现象。

在我国经济发展的大背景下，大部分城镇河流、小型河流很难实现所有检测样本达到水功能区标准限制，水质样品容量为24个月，宜采用75%保证率为背景浓度。为提高75%保证率时累积频率曲线拟合方程的计算精度，对累积频率为60%～90%的部分频率分布采用二次曲线进行拟合[7]，COD对应的相关系数R2=0.901～0.997；NH3-N对应的相关系数R2=0.996～0.998；TP对应的相关系数R2=0.999。按照75%保证率确定的原则，苦驴河入派河口、汤口路桥、文山路桥、唐大桥、卞小河入派河口、潭冲河入派河口及中派韩院7个监测断面的样本COD背景浓度值依次为33.86，31.31，30.78，40.42，36.80，80.13，36.02 mg/L；各个断面的NH3-N背景浓度值依次为3.58，2.94，2.91，3.75，7.87，14.58，5.24 mg/L；TP背景浓度值依次为0.31，0.18，0.22，0.60，0.78，1.47，0.50 mg/L。

值得注意的，引江济淮派河段是按照丰枯水期进行输水设计，枯水期从长江向淮河输水，输水方向与现状水流方向相反，雨季不输水，派河水仍向下游流进巢湖，所以枯水期的派河污染物背景浓度值与丰水期差别较大。但是由于缺少派河干流和派河支流的实测流速数据，只能通过派河口断面的流速进行预测，结合上面分析的监测断面的背景浓度值，计算结果如表3所示。

结果显示，在丰水期，派河的COD、NH3-N和TP 浓度值分别降低了4.64～4.74，0.75～0.77，0.03 mg/L；在枯水期，引水后使得派河的COD、NH3-N和TP 浓度值分别降低了4.31～4.48，0.68～0.71，0.03 mg/L；说明引江济淮工程能缓解水污染物程度，引水后，派河下游国控断面的水质有一定程度的改善，但按照引江济淮对河流水质Ⅲ类标准要求进行评价，COD、NH3-N和TP均不能满足引水的要求，最主要的原因：1)目前派河流域污染物的背景浓度值高；2)受实测的流速数据影响；3)未考虑河道疏通和流域综合治理工程对水体的治理效果；4)模型预测结果存在一定误差。

4 结论

引江济淮工程引水后，派河河道水位、流量均将发生较大变化，常年平均水位将升高1.01～2.32 mm，流速将增大0.24～0.33 m/s，流量将增多76～103 m3/s，输水时水流向上引入淮河，不输水时水流向下进入巢湖，河道内水文情势将变得更加复杂，需要制订合理的调配计划；另外，现状派河流域中COD、NH3-N和TP的背景浓度很高，引江济淮工程输水过程会带来河道径流量的变化，河流水质将会得到较大改善，尤其体现在枯水年，但是与Ⅲ类水质目标还是存在很大距离，需进一步在污染物治理，特别是农业面源治理、流域综合治理等方面加大力度，尽快使派河水质满足Ⅲ类水质目标。建议在派河流域采取建设人工湿地工程、生态拦截工程、植被缓冲区工程等水污染综合治理措施，以保障引江济淮工程的顺利实施和下游巢湖水质安全。

感谢安徽省环境科学研究院和肥西县环境监测站给予野外调查工作和提供水质监测数据的支持。

[1] 张虎,陈一明.引江济淮工程水源区论证分析[J].人民长江, 2017，48(19):57-60.

[2] 李林娟.引江济淮工程对区域水资源影响初步研究[J].中国水运(下半月),2016，16(9):183-185.

[3] 李涛.引江济淮工程跨越江淮分水岭方案比较研究[J].治淮, 2018, 477(5):24-26.

[4] 安徽省环境科学研究院.派河水体达标方案[Z].2017.

[5] 长江水资源保护科学研究所.引江济淮工程环境影响报告书[Z].2016.

[6] 卢建宇.引江济淮工程派河段多功能河道断面优化分析[D].合肥：合肥工业大学, 2018.

[7] 武周虎, 张洁, 牟天瑜, 等.水环境影响预测中背景浓度与允许浓度升高值的确定方法[J].环境工程学报, 2016, 10(5):2214-2220.

引江济淮工程对派河水环境的影响*

1 工程概况

1.1 引江济淮工程简介

1.2 派河流域简介

2 引江济淮工程对派河水文的影响

2.1 派河径流量

2.2 派河现状水文特征值

2.3 引江济淮工程对派河水文的影响

3 引江济淮工程对派河水质的影响

3.1 水质现状

3.2 工程实施对派河水质的影响

4 结论

INFLUENCE OF RIVER DIVERSION PROJECT ON THE ENVIRONMENT OF PAIHE RIVER

引江济淮工程对派河水环境的影响*

1 工程概况

1.1 引江济淮工程简介

1.2 派河流域简介

2 引江济淮工程对派河水文的影响

2.1 派河径流量

2.2 派河现状水文特征值

2.3 引江济淮工程对派河水文的影响

3 引江济淮工程对派河水质的影响

3.1 水质现状

3.2 工程实施对派河水质的影响

4 结 论

INFLUENCE OF RIVER DIVERSION PROJECT ON THE ENVIRONMENT OF PAIHE RIVER

4 结论