豐滿水電站對下游水環(huán)境容量的增益補(bǔ)償效用分析

路振剛，周家飛，劉志國，魏 浪

(1.國網(wǎng)新源控股有限公司，北京100053；2.中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州貴陽550081；3.豐滿大壩重建工程建設(shè)局，吉林吉林132108)

豐滿水電站對下游水環(huán)境容量的增益補(bǔ)償效用分析

路振剛1,3，周家飛2，劉志國3，魏 浪2

(1.國網(wǎng)新源控股有限公司，北京100053；2.中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州貴陽550081；3.豐滿大壩重建工程建設(shè)局，吉林吉林132108)

以豐滿水電站壩下至九站河段作為研究對象，量化評價(jià)其對下游吉林市區(qū)河段水環(huán)境質(zhì)量的增益補(bǔ)償作用，論證壩下江段工業(yè)發(fā)展空間，為從根本上解決壩址下游水環(huán)境治理問題提供理論依據(jù)，也為豐滿水電站重建后環(huán)境影響綜合效應(yīng)、累積效應(yīng)及變化趨勢研究打下基礎(chǔ)。

水環(huán)境容量；污染源；增益補(bǔ)償效用；豐滿水電站

0 引 言

水環(huán)境容量是環(huán)境容量的重要組成部分[1]，是容量總量技術(shù)體系的核心內(nèi)容之一。隨著中國水環(huán)境管理體系從濃度控制、目標(biāo)總量控制向容量總量控制的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)流域水質(zhì)目標(biāo)管理[2]與水功能區(qū)限制納污紅線管理[3]的重要性更加凸顯。

豐滿水電站是我國最早建成的大型流域控制型水電工程[4-6]，壩下松花江吉林市區(qū)河段是流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及畜牧養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，污染物排放量幾乎為豐滿電站以上江段污染物排放總量的數(shù)十倍。水庫調(diào)蓄使得枯期流量增加，提高了下游水體的自凈能力和環(huán)境稀釋容量，減緩了下游吉林市區(qū)高負(fù)荷排放的工業(yè)污染對松花江水質(zhì)的影響。

1 污染源分析

豐滿水電站下游的吉林市是我國重要的化學(xué)工業(yè)基地之一，電站以下江段受吉林市工業(yè)生產(chǎn)排放的石油化工、造紙、金屬冶煉、電鍍、酸洗等工業(yè)廢水污染影響較為嚴(yán)重，使松花江在歷史上成為了我國主要江河中受污染最為嚴(yán)重的水域。1984年～1990年，吉林市區(qū)廢污水平均年排放量3.46億t，其中主要污染物排放量COD78 347 t、揮發(fā)酚58.6 t、石油類601.7 t、氰化物20.37 t、鎘0.53 t、六價(jià)鉻1.32 t、鉛1.55 t、汞0.01 t。2006年～2009年吉林市平均年廢水排放總量為27 471萬t、COD排放量151 632 t。

2 研究方法

自1985年以來，吉林市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站每年定期對豐滿電站下游吉林市江段進(jìn)行水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測工作，本研究選取1985年～2010年期間該河段的枯水期(2月)水環(huán)境容量、水質(zhì)進(jìn)行還原計(jì)算。

2.1 監(jiān)測斷面及監(jiān)測指標(biāo)

分析因子選擇有較完整記錄的COD、氨氮，逐年豐滿壩下、九站斷面監(jiān)測值，監(jiān)測斷面為豐滿壩下斷面和九站斷面。

豐滿水電站大壩下游約50 km范圍為松花江吉林市區(qū)河段，除清源橋以上約20 km河段基本屬于飲用水源保護(hù)區(qū)范圍外，松江大橋以下至九站河段為吉林市的主要納污水體，為水功能Ⅳ類區(qū)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

本次水質(zhì)、水環(huán)境容量還原計(jì)算以實(shí)測水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)期間的枯水期(2月)豐滿水庫實(shí)際下泄流量為基礎(chǔ)，采用零維水環(huán)境容量計(jì)算模型，不考慮區(qū)間污染物降解影響，根據(jù)豐滿壩下斷面～九站斷面水質(zhì)監(jiān)測成果，計(jì)算區(qū)間污染物匯入量、河道剩余水環(huán)境容量。此外，為比較有無豐滿水庫調(diào)蓄作用下對下游水環(huán)境的影響，采用相同時(shí)段內(nèi)還原壩址天然流量，進(jìn)行水環(huán)境容量、水質(zhì)還原計(jì)算。

3 結(jié)果與分析

3.1 監(jiān)測結(jié)果

壩下河段歷年COD及氨氮監(jiān)測情況見圖1。從圖1可以看出，歷年豐滿壩下斷面COD濃度在10.71～29.55 mg/L之間，歷年九站斷面COD濃度在9.75～21.72 mg/L之間，壩下斷面COD濃度整體高于九站斷面COD濃度。歷年豐滿壩下斷面氨氮濃度在0.001～0.433 mg/L之間，歷年九站斷面COD濃度在0.153～3.117 mg/L之間，壩下斷面氨氮濃度整體高于九站斷面COD濃度。

壩下至九站斷面河段COD和氨氮呈逐年下降趨勢。壩下河段COD和九站斷面COD分別由1985年的20.16 mg/L和28.95 mg/L降至2010年的10.89 mg/L和12.54 mg/L。九站斷面氨氮由1985年的1.837 mg/L降至2010年的0.239 mg/L，壩下河段氨氮在歷年變幅較小，但整體上也呈降低趨勢。

圖1 枯水期壩下河段歷年COD及氨氮監(jiān)測情況

3.2 枯水期水環(huán)境容量還原比較

豐滿水電站下游吉林江段枯水期COD及氨氮水環(huán)境容量還原比較見圖2。從圖2可以看出，在枯水期對下游河道環(huán)境用水的補(bǔ)償作用非常明顯，其中COD的水環(huán)境容量平均提高230.16 t/d，最大提高575.43 t/d；氨氮的水環(huán)境容量平均提高18.78 t/d，最大提高35.27 t/d，平均提高了約2倍。

圖2 枯水期壩下河段水環(huán)境容量還原比較

3.3 標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)還原比較

根據(jù)以上對水環(huán)境容量及污染負(fù)荷的還原計(jì)算成果，在以豐滿水電站壩下斷面水質(zhì)監(jiān)測成果為背景值的基礎(chǔ)上，采用標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法對天然還原流量情況下九站斷面的水質(zhì)進(jìn)行還原計(jì)算，分析及比較結(jié)果見圖3。

圖3 豐滿下游九站斷面水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)還原計(jì)算

根據(jù)對豐滿電站下游九站斷面水質(zhì)還原計(jì)算的分析比較可知，在豐滿水電站調(diào)節(jié)運(yùn)行的情況下，1985年～2010年期間九站斷面僅有5年出現(xiàn)氨氮超標(biāo)情況，而且在1994年以后基本沒有出現(xiàn)超標(biāo)情況，水質(zhì)能夠滿足其所在的功能區(qū)要求；而在天然徑流還原的情況下，研究時(shí)段內(nèi)九站斷面COD有10年出現(xiàn)超標(biāo)，氨氮有14年出現(xiàn)超標(biāo)，最近的超標(biāo)年份為2006年。

4 討 論

4.1 污染治理成效

豐滿水電站下游的吉林市是我國重要的化學(xué)工業(yè)基地之一，隨著豐滿大壩的建成，依托豐滿水電站充足的水源及電力供應(yīng)，在下游吉林市建成了以吉林化學(xué)工業(yè)公司為主體的大型化工基地，成為了對松花江干流水環(huán)境影響最為重大、深遠(yuǎn)的城市工業(yè)集中污染源。

為恢復(fù)改善松花江不斷惡化的水質(zhì)環(huán)境，從20世紀(jì)80年代開始，國家、地方政府、企業(yè)投入了大量的精力進(jìn)行治理，并取得了顯著成效。松花江汞污染物排放量最大的吉林電石廠、吉林染料廠通過自建汞廢水處理廠、更新生產(chǎn)設(shè)施、改善生產(chǎn)工藝，大大降低了污染物的排放，其他吉林市的污染企業(yè)也通過采取各類措施，有效控制了有毒有害污染物對河流的影響。松花江流域歷史上較為嚴(yán)重的污染情況已經(jīng)得到有效控制。雖然近年來吉林市污水排放量仍然呈一定的增長趨勢，但因?yàn)槲鬯幚砺省⑦_(dá)標(biāo)排放率不斷提高，實(shí)際進(jìn)入河段的污染物數(shù)量較早期已有明顯降低，有毒污染物的排放也得到了有效控制。

4.2 枯水期流量補(bǔ)償作用

根據(jù)水環(huán)境容量還原評價(jià)，豐滿水電站在枯水期對下游河道環(huán)境用水的補(bǔ)償作用非常明顯，不僅增大了下游水環(huán)境容量，流量補(bǔ)償作用還對保障下游河道水質(zhì)達(dá)標(biāo)發(fā)揮著重要作用，使相同的污染負(fù)荷條件下，下游吉林市納污江段的納污能力提高2～4倍。豐滿水電站的運(yùn)行，為下游吉林市主要納污河段在枯水期提供了充足的環(huán)境稀釋流量，保障了其所在的松花江干流下游水環(huán)境功能要求得以實(shí)現(xiàn)，為吉林市重要的化學(xué)工業(yè)、重工業(yè)提供了發(fā)展空間。

4.3 研究意義

(1)豐滿水電站為下游沿岸工業(yè)排污量的增加提供了接納空間，但未從根本上改善水環(huán)境質(zhì)量。本研究通過監(jiān)測與還原對比，量化了豐滿水電站對下游水環(huán)境容量的增益補(bǔ)償效用，為政府部門水環(huán)境管理工作以及從根本上解決壩址下游水環(huán)境治理問題提供依據(jù)。

(2)豐滿水電站重建工程是國內(nèi)首例對大壩進(jìn)行部分拆除并重建的大型水電站案例，重建方案將對流域環(huán)境產(chǎn)生新增影響。本研究選擇大壩重建前的2010年作為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，針對性研究重建前豐滿水電站對下游水環(huán)境容量的增補(bǔ)效用，為重建后環(huán)境影響綜合效應(yīng)、累積效應(yīng)及變化趨勢研究打下基礎(chǔ)。

5 結(jié) 論

(1)在豐滿水電站重建后的運(yùn)行過程中，應(yīng)結(jié)合流域水資源綜合規(guī)劃要求，優(yōu)化水庫調(diào)度過程，充分利用汛期水資源，補(bǔ)償平、枯水時(shí)段的水資源量減小影響，加強(qiáng)對重建后電站下游水質(zhì)監(jiān)測力度，進(jìn)一步對大壩重建后環(huán)境影響綜合效應(yīng)、累積效應(yīng)及變化趨勢展開研究。

(2)松江大橋以下至九站河段為吉林市的主要納污水體，沿岸工廠多，主要排污企業(yè)包括水泥、制藥、化工、機(jī)電、建材等行業(yè)。各企業(yè)工業(yè)廢水必須在廠區(qū)內(nèi)收集，進(jìn)入企業(yè)自建的污水處理設(shè)施或其他污水處理廠，達(dá)到GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)后，在盡可能綜合利用，提高循環(huán)使用率的前提下，達(dá)標(biāo)排放。

(3)地方政府要加強(qiáng)執(zhí)法監(jiān)督和管理，促進(jìn)這些企業(yè)改變落后的生產(chǎn)方式，引進(jìn)國外先進(jìn)的清潔生產(chǎn)工藝和理念，把污染物化害為利，綜合利用，減少排放，從根本上改善流域水環(huán)境現(xiàn)狀。

[1]張永良. 水環(huán)境容量基本概念的發(fā)展[J]. 環(huán)境科學(xué)研究， 1992， 5(3)： 59-61.

[2]孟偉， 張楠， 張遠(yuǎn)， 等. 流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)研究(I)——控制單元的總量控制技術(shù)[J]. 環(huán)境科學(xué)研究， 2007， 20(4)： 1-8.

[3]彭文啟. 水功能區(qū)限制納污紅線指標(biāo)體系[J]. 中國水利， 2012(7)： 19-22．

[4]路振剛， 張正平， 范永思， 等. 豐滿大壩全面治理方案選擇研究[J]. 水力發(fā)電， 2010， 36(1)： 60-62．

[5]朱成章. 豐滿水電站的50年[J]. 中國水利， 1987(9)．

[6]趙再興， 魏浪， 常理. 豐滿水電站重建工程環(huán)評工作關(guān)鍵技術(shù)研究與創(chuàng)新[J]. 水利水電技術(shù)， 2013， 44(8)：57-59．

(責(zé)任編輯 焦雪梅)

Gain Compensation Analysis of Fengman Hydropower Station on Downstream Water Environment Capacity

LU Zhengang1,3, ZHOU Jiafei2, LIU Zhiguo3, WEI Lang2

(1. State Grid Xinyuan Company Limited, Beijing 10053, China;2. PowerChina Guiyang Engineering Corporation Limited, Guiyang 550081, Guizhou, China;3. Fengman Dam Reconstruction and Project Construction Bureau, Jilin 132108, Jilin, China)

Taking the river section from the downstream of Fengman Dam to Jiuzhan as research object, the gain compensation on water environment quality of river section in Jilin City downtown area is quantitatively evaluated, and the industrial development space in downstream river area of Fengman Dam is demonstrated. This evaluation will provide a theoretical basis to fundamentally solve water environment issues of downstream river section of Fengman Dam, and provide a foundation for the researches of combined effect, cumulative effect and change trend of environment impact after the reconstruction of Fengman Hydropower Station．

water environment capacity; pollution source; gain compensation; Fengman Hydropower Station

2016-01-17

路振剛(1964—)，男，遼寧沈陽人，教授級高工，博士，國網(wǎng)新源控股有限公司副總經(jīng)理兼豐滿大壩重建工程建設(shè)局局長，主要從事水利水電建設(shè)管理工作．

X820；TV741(234)

A

0559-9342(2016)11-0001-03