淺談利用水利工程保障生態流量改善水環境的思考

劉長榮，趙漢哲，王瀚琦

（1.黑龍江省農村水利水電保障中心，哈爾濱 150040；2.哈爾濱工業大學，哈爾濱 150006；3.吉林大學，長春 130015）

黑龍江省地處高寒地區，冬季時間長，內地河流松花江冰封期長達近5 個月，冰封期，松花江流速減緩，污染物講解能力減弱，有毒有機物污染濃度加大，如何能夠有效改善水環境，是高寒地區需要在水環境治理中特別值得研究的一項工作。

1 水質變化情況

盡管枯水期與豐水期水量變化大，但是松花江水中的COD 和氨氮濃度并未出現較大變化，但水中溶解氧濃度隨季節的變化表現出不同對氯，冰封枯水期，濃度較低，見圖1。

圖1 松花江哈爾濱段全年溶解氧變化情況

松花江冰封枯水期溶解氧含量處于全年最虧值，水期松花江干流及主要支流河口嚴重虧氧，表現出嚴重的污染特征。同時由于流量減小流速降低，有機污染物濃度加大，致使水體水質污染加劇[1]。

2 冰封枯水期污染物特性

冰封枯水期有機污染物質的降解影響水中溶解氧含量。以松花江哈爾濱一通河江段（哈通江段）水體自凈降解規律為例分析冰封枯水期污染物削減規律。

哈一通江段屬平原河流，河床變化小，其間有幾條支流（只在夏季有水，冬季枯水期近乎干竭斷流)匯入。哈一通江段冰封期為140d 左右，冰層厚度達0.8～1.0m，冰面雪層覆蓋厚度約為0.1m左右。冰下水溫0～0.2℃。

以大頂子山這一基本混合斷面作為研究江水自凈的起始斷面，在大頂子山斷面至通河江段主航道上布設采樣點，采用江上水團追蹤實測，進行溶解氧和生化需氧量分析，建立冰封期有機物生化自凈的數學模式，流經時間為6d 的自凈過程如圖2 所示。

圖2 水體生化需氧量與溶解氧變化

由圖2 可知，生化需氧量隨著時間的延長而呈指數規律降低，同時伴隨著溶解氧的降低，說明水體存在字凈作用。

3 冰封枯水期對水環境的影響

3.1 耗氧需氧影響水生態環境系統平衡

在冬季，松花江由于冰雪覆蓋，最大冰層厚度達1.0m。雖在個別地方因急流不成冰，成為清溝，但其面積與整個江面相比甚小，冰封期大氣復氧幾乎完全停止，光合作用減弱。隨著有機物的降解，消耗水體中的溶解氧，破壞了水體中耗氧、復氧過程的平衡。加之冬季長達五個多月的冰封期，江水復氧過程受阻，致使水體中溶解氧含量低于魚類越冬期間正常生命活動所需的溶解氧，造成魚類窒息死亡，使多種水生生物賴以生存的生態與環境遭到不同程度的破壞。

3.2 冰封期河流水質對漁業具有較大影響

松花江哈爾濱段監測斷面DO 值變化情況，見圖3。

圖3 松花江哈爾濱段監測斷面DO 值變化情況

由圖3 可知，松花江哈爾濱段溶解氧數值呈遞減趨勢。冬季冰封期間，溶解氧數值遠遠低于漁業水質標準要求，使漁業資源和漁業生態與環境遭到破壞[2-3]。

3.3 冰封枯水期有機毒物污染較大

松花江每年約有5 個月的冰封期，此期間冰層厚度可達1.0m 左右，水溫0～1℃。在松花江的冰封期，水溫低，不易于有機污染物的微生物降解，有機污染物的降解作用十分緩慢，江水中溶解氧含量很低，幾乎沒有氧參與有機污染物的降解作用，且由于冰封期流量較小，使有機毒物濃度相對增高。

3.4 冰封枯水期污染處理

冰封枯水期有毒有機物的污染松花江流域的冰封枯水期，冰層覆蓋使有毒有機物隔斷了揮發遷移途徑，有毒有機物的光解能力差，水量小，致使水體污染呈有毒有機物特征。

如何使用污水處理廠進行處理。冬季冰封期與非冰封期進出水去除效率隨溫度變化，黑龍江省污水處理廠以活性污泥法為主的生化處理工藝，溫度對污水生物處理工藝的運行狀況有影響，表現在較低溫度下污水處理效率低。要適應冬季污水處理要求，采用提高污水溫度的方法，提高污水處理效率。要注意適應水質和溫度的變化，污水進水濃度較低時，可以采用傳統活性污泥工藝；進水濃度較高或水質變化大時，要采用強化的生物處理工藝或生物膜工藝；需脫氮除磷時，應選擇相應的工藝和參數。通過不斷提高污水處理能力降低污水排放強度，加強水體納污能力。

4 利用水利工程對冰封枯水期生態流量調解改善水環境

松花江流域冰封期，江水溫度低，加劇了流域環境污染程度，表現在流量小、復氧能力差、水中溶解氧含量低，產生了一系列環境問題。同時松花江流域還面臨季節性洪水和季節性枯水交替出現的問題。松花江流域發生的洪水主要是由降雨造成的，而不是由融雪造成的。流域內幾乎全部的暴雨(84%)通常都發生在7 月和8 月，而且降雨時間長、強度大。這樣，一方面大量的水資源短期內隨洪水流失，一方面流域性缺水每年都要發生。水利調控措施的建設對于緩解流域性缺水、改善冰封枯水期水環境質量具有重要作用[4-5]。

4.1 水利工程的調控作用

1）豐滿水庫水利工程對松花江哈爾濱段水文調控作用松花江上游豐滿水庫建設對哈爾濱段水文環境的影響說明，水利工程對水文環境的改善起著極為重要的作用。豐滿水庫的建設大大提高了松花江最小流量，年最小流量最小值建庫后比建庫前明顯增大6.3 倍。豐滿水庫提高了枯水期所占年徑流量的百分數，減少了最豐水年與最枯水年徑流量年平均值之比?？梢?，豐滿水庫對松花江哈爾濱江段豐、枯水量具有很好的調蓄作用，大幅度提高了枯水期流量，對于松花江哈爾濱江段水環境的改善起到了很好作用。

2）尼爾基水庫對哈爾濱江段的調控作用尼爾基水庫投入運行之后，流域內工農業用水和生態與環境用水量將大幅度提高。城市用水狀況將好于現狀水平并解決下游濕地生態與環境用水問題，保護下游濕地和解決漁葦養殖業用水，對松花江流域生態流量保障起到很好作用。

3）大頂山航電樞紐工程，對改善哈爾濱市水環境起到重要作用，大頂子山航電樞紐工程的建立，大大改善了哈爾濱段水生態環境，對保證冰封枯水期生態流量起到至關重要的作用。

4.2 利用水利工程調解流域及區域生態需水量

水利樞紐進入正常運營期后，使江水從自然流淌狀態變成有序控制狀態。在保證下游工農業用水的同時，確保下游城市和濕地的環境用水，應當控制壩下最小放流量，即優化配置控制壩下最小放流。隨著新的治水思路的實施，更加重視生態與環境的保護，在新的水利工程建設中將更多地考慮生態與環境的用水需求。隨著水利樞紐工程的建成，干流及支流具備一定的調節能力。針對松花江水量調節能力低的特點，可以利用水利工程，通過補水控制枯水期、冰封期松花江，加大枯水期的稀釋水量，補充下游生態與環境用水，保證枯水期一定的徑流量。松花江冰封期低溫條件下水體污染加劇，但是豐水期水量充沛。也可考慮通過“枯儲豐排”的方式減少枯水期的環境污染危害，充分利用豐水期的環境容量，降低污染物含量。未來水資源配置、水資源開發利用，將首先滿足河道內最小生態流量需求，通過滿足河道最小生態流量來調解生態環境，只有可持續發展才能有效提升制生態環境的良性發展，“綠水青山”也是可實行的夢想[6-7]。

松花江是一個復雜的生態系統，松花江冰封期長達五個月，冰封枯水期松花江水質差，復氧能力低，溶解氧數值處于全年最低值，冰封枯水期松花江具有有機污染，物降解作用，同時消耗水中溶解氧。改善松花江流域水環境質量，應采取水污染防治與水利調控并舉措施，保證生態用水和有效控制水污染，建立多元化的生態修復途徑與技術體系，通過工程技術相結合，有效改善松花江流域水生態環境。