珠海市竹银水库健康评价研究

郭 川，代晓炫，饶伟民，黄文达，王旭伟

(1.中水珠江规划勘测设计有限公司，广东 广州 510611；2.水利部珠江水利委员会水生态工程中心，广东 广州 510611)

河湖(库)是地球表面水循环、碳循环、营养物循环和泥沙循环的载体，河湖(库)生态系统则是地球上生物和非生物之间复杂关系相互作用的载体，是自然界最重要的生态系统之一[1]。水库属于从人类开发和利用需求出发，人工改变区域自然现状形成的水体。水库型饮用水源地是中国集中式饮用水源地的主要类型之一，在保障水质安全、支撑流域内外的经济社会发展及维持区域生态平衡发挥着重要作用[2]。

水库健康评价与天然河湖健康评价相比，评价指标、标准和方法均存在一定的差异。珠海市已开展的关于水库的评价如水库安全评价、水环境质量监测评价、水华监测评价等均为针对单项因素的评价工作，可反映水库某一个方面的状态，但难以准确描述河湖健康—环境压力的响应关系，无法全面识别河湖健康状况的主要影响因素。为落实新形势下最严格水资源管理制度的要求，响应珠海市“河长制”与“湖长制”的工作要求，深入了解珠海市竹银水库健康状况，识别水库健康问题及病因，特开展本次水库健康评价工作，同时对典型南方河口地区抽水型水库的运行管理和生态保护提出合理建议。

1 水库概况

竹银水库位于珠海市斗门区六乡镇银潭新村边竹高坑内，是保障珠海、澳门两地供水安全的重大工程，主要建筑物包括1座主坝、2座副坝、溢洪道及排洪渠，于2011年竣工并投入使用。水库功能为供水，但集水面积较小，集水范围内地表径流较少，水库水源主要来自竹洲头泵站和平岗泵站引水(磨刀门水道)，近年来引水量约为4 200万m3/a，是典型的河道抽水型水库，下游溢洪道无生态流量下放需求。根据历年遭遇咸潮时间及供水要求，竹银水库在汛期保持低水位运行，汛末(8月底)开始抽水充库，枯水期前(10月底)蓄满，当供水系统中的河道取水口受咸潮影响无法取水时，由竹银水库联合其他水源保障城市供水。

2 健康评价指标体系

水库健康评价采用分级指标评分法，逐级加权，综合评分，因此健康评价指标体系包括指标和权重两大部分。指标为能够较为全面、准确地描述和反映水库健康程度的特征参数；指标权重是各个指标对评价总目标的贡献率大小的表达，对水库存在问题有所侧重反映[3]。

2.1 指标的选取

本文在参考相关标准规范[3-5]和研究结论[6-11]的基础上，结合水库实际情况进行评价指标筛选，提出了涵盖1个目标层、2个亚目标层、5个准则层和12个指标层的竹银水库健康评价指标体系(见表1)，力求尽可能完整地体现竹银水库健康程度，系统地表征与水库健康状况有关的各类要素的健康水平。其中，目标层指水库健康状况；2个亚目标层为生态健康和功能健康，分别对应了水库的自然生态状况和服务功能状况；准则层包括水文水资源、物理结构、水质状况、水生生物和社会服务功能，符合行业内河湖(库)健康评价的规程规范及技术指引，有利于水库健康病因诊断和预测。选取的评价指标是基于现有的科学认知可以基本判断其变化驱动成因的、基于现有成熟或易于接受的方法可以制定相对严谨的评价标准的、相对独立的、在现有监测统计成果基础上采用合理的补充监测手段可以获取的指标。

2.2 权重的赋值

指标权重是各个指标对评价总目标的贡献率大小的表达，它一方面体现出了指标本身在系统中的作用和指标价值的可靠程度，另一方面又体现出决策者对该指标的重视程度。本文参考相关标准规范、并结合水库特点和实际情况进行权重赋值。

2.3 健康分级

根据上述指标体系进行评分，得到的水库健康得分按照表2进行健康等级划分。水库健康分为5级: 理想状况、健康、亚健康、不健康、病态。水库健康等级、类型、颜色代码设计见表2。

表1 竹银水库健康评价指标体系

表2 竹银水库健康状况分级

3 水库健康分析及评价

3.1 水文水资源评价

竹银水库周边生态环境良好，植被覆盖率良好，无明显水土流失情况，且库区集水范围内均划定为饮用水源保护区，严格禁止违法砍伐林木、开挖山体等行为，因此，水土流失治理程度指标赋分100分。

根据水库水华相关科研成果[12]，选择与竹银水库地理位置、气候等条件相近的水库作为参考，确定0.075 m/s为竹银水库藻类生长的临界流速，小于该流速有水华暴发的潜在风险。采用MIKE21软件对竹银水库2018年水动力条件数值进行模拟，在模型运行后生成的结果文件中提取竹银水库2018年13个流速评价点模拟流速，其中12个评价点流速全年小于水华发生临界流速，只有输水隧洞出口位置在蓄水期受抽水入库影响(见图1)，水动力条件相对较好，但持续时间仅22 d。经计算，竹银水库2018年水动力条件指标得分为0.46分。

图1 抽水入库工况下库区流场分布情况示意

竹银水库水文水资源准则层得分为50.23分，主要原因是竹银水库与外界水体交换方式单一，日常仅在汛末期通过输水隧洞补水及供水，水库换水周期约为1.1次/a，周期较长，不利于水体流动。

3.2 物理结构评价

经实地调查，竹银水库岸带多为山体，坡度较大，库岸带为岩土土质，无明显冲刷痕迹；库周岸带植被覆盖度较高，由于二期引水隧洞施工的原因，造成部分植被破坏，存在一定的山体裸露情况；封闭管理，未发现其库岸带存在与水库安全、水库管理和保护水源无关的人为干扰活动。综合3个亚指标层分值，竹银水库库岸带状况指标得分为68.38分。

竹银水库正常蓄水位为49.4 m，死水位为7.4 m，总库容为4 018万m3，5个采样断面底泥厚度为9～30 cm，库容淤积损失率为0.2%～0.7%，均小于10%。因此，竹银水库库容淤积状况指标赋分为100分，属于理想状态。

竹银水库物理结构准则层得分为77.86分，施工造成水库坝前岸坡稳定性和植被覆盖度下降，是影响竹银水库物理结构健康现状的主要因素。

3.3 水质评价

竹银水库建成以后，即划定了集中式饮用水源地保护区域，实行封闭管理，无入库排污口分布，入库排污口布局合理程度指标得分为100分，属于理想状态。

竹银水库水体无异常嗅和味，实行封闭管理，水库大坝附近有极少量漂浮垃圾，水体整洁程度得分为92分，属于理想状态。

根据《地表水水质评价办法(试行)》(环办[2011]22号文件)，评价指标选取《地表水环境质量标准(GB 3838—2002)》表1基本项目中除水温、总氮、粪大肠菌群以外的21项指标，按Ⅰ类到劣Ⅴ类6个类别进行评价，总氮、粪大肠菌群作为参考指标。竹银水库各监测断面水质均达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ 类，且满足饮用水源地标准，水质优劣程度指标得分为100分，属于理想状态。

通过计算竹银水库总磷(TN)、总氮(TP)、叶绿素(α)和透明度(SD)4项指标的营养状态指数[13]，营养状态指标得分为86.49分，属于理想状态。

综上，竹银水库水质准则层得分为94.35分，其中营养状态指标是水质状态的主要制约因素。由于水库通过竹洲头泵站及平岗泵站从磨刀门水道直接调水入库，两泵站处抽调的江水总氮和总磷浓度较高，抽调江水入库的过程向水库内输入了氮、磷营养盐，导致水库呈现营养化趋势。

3.4 水生生物评价

水库蓝藻水华，是水华蓝藻达到一定丰度或生物量而呈现出聚集的、肉眼可见的团块状漂浮物。本次评价调查期间，竹银水库水体中的水华蓝藻种类主要为微囊藻、假鱼腥藻和长胞藻，密度在0～5.6×105cells/L之间，以硅藻和绿藻为优势类群，优势种类为小环藻和胶网藻。调查期内，竹银水库水华蓝藻种类丰度指标得分为94.70分，水生生物准则层指标得分也为94.70分，发生蓝藻水华的风险较低。

在水生动物方面，竹银水库检出的浮游动物有35种，各断面平均生物量为891 μg/L，以桡足类为绝对优势类群，优势种为右突新镖水蚤和温中剑水蚤，缺乏对浮游植物具有较高牧食能力的大型枝角类(如溞属)。竹银水库检出3种底栖动物，分别是长足摇蚊属、直突摇蚊属和钩虾属。通过计算底栖动物指数(BI)[14]，发现竹银水库有机污染程度为轻—中污染。

3.5 社会服务功能评价

本次评价过程中，对水库相关管理单位和周边居民进行了公众满意度调查，回收填写完毕的调查问卷100份，竹银水库周边村民(水库岸以外1 km范围以内)占30%，水库管理者占10%，水库周边从事生产活动者占17%，休闲经常来者占3%，休闲偶尔来者占40%。根据调查结果，公众满意度指标赋分值为76分，说明公众对竹银水库基本满意。

珠海市水质监测中心在竹银水库范围内设置了3个长期水质监测断面，分别位于主坝、一号副坝和二号副坝，每月监测1次富营养化相关指标，每半年监测1次水质全指标，同时库岸上布设有多个视频监控设备。竹银水库对饮用水源保护区实行封闭管理，依法设置界碑和宣传牌等标识，保护区范围内无居民，不存在与水源利用、保护无关的建设活动。自建库以来，相关管理单位陆续委托专业技术团队，开展了水库水资源保护和利用方面的研究，制定了保护水资源、保障水安全、防治水污染、治理水环境、修复水生态、管理水域岸线和强化巡查监管等一系列治理措施，也制定了水库安全管理应急预案。基于竹银水库水源地环境保护状况调查结果，计算得到水源地环境保护状况指标得分为81分。

结合水源地保护要求[15-16]，对竹银水库水质监测数据进行分析，水库饮用水水源地水质达标率为100%，饮用水水源地水质达标率指标得分为100分。

基于竹银水库的公众满意度、饮用水源地水质达标率和饮用水源地规范化建设程度指标赋分结果，计算得到竹银水库的社会服务功能准则层得分为87分。

3.6 水库健康状况综合评价

现状调查年内，竹银水库健康状况目标层得分为77分，等级为二级，表征竹银水库处于健康状态，水库生态状况较好，对水资源开发和保护有较好的促进作用(见图2所示)。

图2 竹银水库健康综合评价结果示意

4 主要问题

从评价结果来看(见图2)，竹银水库健康压力主要为水动力条件差、河道抽水引起污染输入、潜在水华风险和公众满意度较低等。

1) 水动力条件较差，与外界水体交换方式单一

水库无供水任务和补水需求时，水体静置，无明显径流汇入；汛末蓄水期，仅开启1#输水隧洞进行补水及供水，此时1#输水隧洞周边水体流动性较好，但影响范围较小；2#输水隧洞极少开启，水库南侧库湾内水体流动性较差。

2) 入库江水营养盐超标水质

竹银水库集水面积较小，且不存在排污口入库，水库通过竹洲头泵站及平岗泵站从磨刀门水道直接调水入库。对比同期竹银水库与竹洲头泵站、平岗泵站水质监测断面的监测数据，发现竹洲头泵站、平岗泵站的总氮、总磷浓度较高；另一方面，竹洲头泵站处底泥氮磷释放浓度也较水库断面的底泥氮磷释放浓度高。可以发现，抽调江水入库的过程向水库内输入了大量的氮和磷营养，成为竹银水库营养盐的主要来源。

3) 存在水华发生的潜在风险

评价期竹银水库为Ⅳ级水华警报预警，属低风险。但竹银水库库中含有部分水华蓝藻优势种(如假鱼腥藻)，且浮游动物生物量偏低，对浮游植物的牧食能力弱，大大增加了水华发生的风险。

4) 公众满意度不高

由于竹银水库主要功能为蓄淡调咸，仅在咸潮上溯影响磨刀门水道时，配合现有供水系统保障澳门和香洲区用水，导致水库周边民众对竹银水库缺乏切实利益感。水库封闭管理，副坝维修施工运输影响周边居民生活出行也是影响部分公众满意度的重要原因。

5 水库健康保护及修复建议

建议按照“不降低健康现状、开发中优先保护”的原则，结合珠海市“河长制”与“湖长制”工作，积极推进竹银水库健康保护与修复工作，主要包括以下几点。

1) 优化水库运行调度

在保证安全的前提下，竹银水库2#输水隧洞可适当开启，改善库区水动力条件，降低水华爆发风险。

2) 完善水库环境监测体系

综合考虑竹银水库的水动力条件、水库面积与库容、水库出入水口等因素，增设竹银水库水质断面，并且与竹洲头泵站、平岗泵站水质监测保持同步，以便分析水体中营养盐分布及调水后营养盐迁移转化过程，为优化水库水位控制和调度运行提供数据基础。

3) 开展水生生物操纵技术研究

开展适宜竹银水库的生物操纵技术研究，探究竹银水库投放藻类滤食性鱼类的可行性及鱼类科学捕捞机制，利用生物操纵理论和技术控制藻类密度。

4) 建立水生生物长效监测评价机制

以本次监测结果为本底值，通过后续长期监测，实现对水生生物动态变化的评价分析，使结果更加具有连续性和可比性，使评价结果能更全面有效地反映水库的水生生物健康状态，为提高竹银水库的水生生物健康管理水平提供数据支撑。

6 结语

竹银水库的健康状态直接关系其饮用水水源地功能的发挥，进而影响珠海、澳门两地供水安全保障。本文在资料收集和现场调查的基础上，构建合理的健康评价指标体系，对水库健康评价状况进行评价，识别水库健康压力因素和主要问题，并提出了针对性的水库健康保护与修复工作建议，可以为相似水库的健康评价、运行管理和生态保护提供参考。