豐滿水電站對下游水環境容量的增益補償效用分析

路振剛，周家飛，劉志國，魏 浪

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

豐滿水電站對下游水環境容量的增益補償效用分析

路振剛1,3，周家飛2，劉志國3，魏 浪2

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

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

水環境容量；污染源；增益補償效用；豐滿水電站

0 引 言

水環境容量是環境容量的重要組成部分[1]，是容量總量技術體系的核心內容之一。隨著中國水環境管理體系從濃度控制、目標總量控制向容量總量控制的轉變，實現流域水質目標管理[2]與水功能區限制納污紅線管理[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河段是流域內工農業生產及畜牧養殖業發達地區，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十倍。水庫調蓄使得枯期流量增加，提高了下游水體的自凈能力和環境稀釋容量，減緩了下游吉林市區高負荷排放的工業污染對松花江水質的影響。

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工業基地之一，電站以下江段受吉林市工業生產排放的石油化工、造紙、金屬冶煉、電鍍、酸洗等工業廢水污染影響較為嚴重，使松花江在歷史上成為了我國主要江河中受污染最為嚴重的水域。1984年～1990年，吉林市區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、揮發酚58.6 t、石油類601.7 t、氰化物20.37 t、鎘0.53 t、六價鉻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，吉林市環境保護監測站每年定期對豐滿電站下游吉林市江段進行水環境質量監測工作，本研究選取1985年～2010年期間該河段的枯水期(2月)水環境容量、水質進行還原計算。

2.1 監測斷面及監測指標

分析因子選擇有較完整記錄的COD、氨氮，逐年豐滿壩下、九站斷面監測值，監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河段，除清源橋以上約20 km河段基本屬于飲用水源保護區范圍外，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。

2.2 數據處理

本次水質、水環境容量還原計算以實測水質監測數據期間的枯水期(2月)豐滿水庫實際下泄流量為基礎，采用零維水環境容量計算模型，不考慮區間污染物降解影響，根據豐滿壩下斷面～九站斷面水質監測成果，計算區間污染物匯入量、河道剩余水環境容量。此外，為比較有無豐滿水庫調蓄作用下對下游水環境的影響，采用相同時段內還原壩址天然流量，進行水環境容量、水質還原計算。

3 結果與分析

3.1 監測結果

壩下河段歷年COD及氨氮監測情況見圖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及氨氮監測情況

3.2 枯水期水環境容量還原比較

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境用水的補償作用非常明顯，其中COD的水環境容量平均提高230.16 t/d，最大提高575.43 t/d；氨氮的水環境容量平均提高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境容量還原比較

3.3 標準指數還原比較

根據以上對水環境容量及污染負荷的還原計算成果，在以豐滿水電站壩下斷面水質監測成果為背景值的基礎上，采用標準指數法對天然還原流量情況下九站斷面的水質進行還原計算，分析及比較結果見圖3。

圖3 豐滿下游九站斷面水質標準指數還原計算

根據對豐滿電站下游九站斷面水質還原計算的分析比較可知，在豐滿水電站調節運行的情況下，1985年～2010年期間九站斷面僅有5年出現氨氮超標情況，而且在1994年以后基本沒有出現超標情況，水質能夠滿足其所在的功能區要求；而在天然徑流還原的情況下，研究時段內九站斷面COD有10年出現超標，氨氮有14年出現超標，最近的超標年份為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工業基地之一，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，在下游吉林市建成了以吉林化學工業公司為主體的大型化工基地，成為了對松花江干流水環境影響最為重大、深遠的城市工業集中污染源。

為恢復改善松花江不斷惡化的水質環境，從20世紀80年代開始，國家、地方政府、企業投入了大量的精力進行治理，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、更新生產設施、改善生產工藝，大大降低了污染物的排放，其他吉林市的污染企業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重的污染情況已經得到有效控制。雖然近年來吉林市污水排放量仍然呈一定的增長趨勢，但因為污水處理率、達標排放率不斷提高，實際進入河段的污染物數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 枯水期流量補償作用

根據水環境容量還原評價，豐滿水電站在枯水期對下游河道環境用水的補償作用非常明顯，不僅增大了下游水環境容量，流量補償作用還對保障下游河道水質達標發揮著重要作用，使相同的污染負荷條件下，下游吉林市納污江段的納污能力提高2～4倍。豐滿水電站的運行，為下游吉林市主要納污河段在枯水期提供了充足的環境稀釋流量，保障了其所在的松花江干流下游水環境功能要求得以實現，為吉林市重要的化學工業、重工業提供了發展空間。

4.3 研究意義

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

(2)豐滿水電站重建工程是國內首例對大壩進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境產生新增影響。本研究選擇大壩重建前的2010年作為時間節點，針對性研究重建前豐滿水電站對下游水環境容量的增補效用，為重建后環境影響綜合效應、累積效應及變化趨勢研究打下基礎。

5 結 論

(1)在豐滿水電站重建后的運行過程中，應結合流域水資源綜合規劃要求，優化水庫調度過程，充分利用汛期水資源，補償平、枯水時段的水資源量減小影響，加強對重建后電站下游水質監測力度，進一步對大壩重建后環境影響綜合效應、累積效應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，主要排污企業包括水泥、制藥、化工、機電、建材等行業。各企業工業廢水必須在廠區內收集，進入企業自建的污水處理設施或其他污水處理廠，達到GB8978—1996《污水綜合排放標準》一級標準及企業相關的行業標準后，在盡可能綜合利用，提高循環使用率的前提下，達標排放。

(3)地方政府要加強執法監督和管理，促進這些企業改變落后的生產方式，引進國外先進的清潔生產工藝和理念，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境現狀。

[1]張永良. 水環境容量基本概念的發展[J]. 環境科學研究， 1992， 5(3)： 59-61.

[2]孟偉， 張楠， 張遠， 等. 流域水質目標管理技術研究(I)——控制單元的總量控制技術[J]. 環境科學研究， 2007， 20(4)： 1-8.

[3]彭文啟. 水功能區限制納污紅線指標體系[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評工作關鍵技術研究與創新[J]. 水利水電技術， 2013， 44(8)：57-59．

(責任編輯 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，國網新源控股有限公司副總經理兼豐滿大壩重建工程建設局局長，主要從事水利水電建設管理工作．

X820；TV741(234)

A

0559-9342(2016)11-0001-03