丰满水电站对下游水环境容量的增益补偿效用分析

路振刚，周家飞，刘志国，魏 浪

(1.国网新源控股有限公司，北京100053；2.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州贵阳550081；3.丰满大坝重建工程建设局，吉林吉林132108)

丰满水电站对下游水环境容量的增益补偿效用分析

路振刚1,3，周家飞2，刘志国3，魏 浪2

(1.国网新源控股有限公司，北京100053；2.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州贵阳550081；3.丰满大坝重建工程建设局，吉林吉林132108)

以丰满水电站坝下至九站河段作为研究对象，量化评价其对下游吉林市区河段水环境质量的增益补偿作用，论证坝下江段工业发展空间，为从根本上解决坝址下游水环境治理问题提供理论依据，也为丰满水电站重建后环境影响综合效应、累积效应及变化趋势研究打下基础。

水环境容量；污染源；增益补偿效用；丰满水电站

0 引 言

水环境容量是环境容量的重要组成部分[1]，是容量总量技术体系的核心内容之一。随着中国水环境管理体系从浓度控制、目标总量控制向容量总量控制的转变，实现流域水质目标管理[2]与水功能区限制纳污红线管理[3]的重要性更加凸显。

丰满水电站是我国最早建成的大型流域控制型水电工程[4-6]，坝下松花江吉林市区河段是流域内工农业生产及畜牧养殖业发达地区，污染物排放量几乎为丰满电站以上江段污染物排放总量的数十倍。水库调蓄使得枯期流量增加，提高了下游水体的自净能力和环境稀释容量，减缓了下游吉林市区高负荷排放的工业污染对松花江水质的影响。

1 污染源分析

丰满水电站下游的吉林市是我国重要的化学工业基地之一，电站以下江段受吉林市工业生产排放的石油化工、造纸、金属冶炼、电镀、酸洗等工业废水污染影响较为严重，使松花江在历史上成为了我国主要江河中受污染最为严重的水域。1984年～1990年，吉林市区废污水平均年排放量3.46亿t，其中主要污染物排放量COD78 347 t、挥发酚58.6 t、石油类601.7 t、氰化物20.37 t、镉0.53 t、六价铬1.32 t、铅1.55 t、汞0.01 t。2006年～2009年吉林市平均年废水排放总量为27 471万t、COD排放量151 632 t。

2 研究方法

自1985年以来，吉林市环境保护监测站每年定期对丰满电站下游吉林市江段进行水环境质量监测工作，本研究选取1985年～2010年期间该河段的枯水期(2月)水环境容量、水质进行还原计算。

2.1 监测断面及监测指标

分析因子选择有较完整记录的COD、氨氮，逐年丰满坝下、九站断面监测值，监测断面为丰满坝下断面和九站断面。

丰满水电站大坝下游约50 km范围为松花江吉林市区河段，除清源桥以上约20 km河段基本属于饮用水源保护区范围外，松江大桥以下至九站河段为吉林市的主要纳污水体，为水功能Ⅳ类区。

2.2 数据处理

本次水质、水环境容量还原计算以实测水质监测数据期间的枯水期(2月)丰满水库实际下泄流量为基础，采用零维水环境容量计算模型，不考虑区间污染物降解影响，根据丰满坝下断面～九站断面水质监测成果，计算区间污染物汇入量、河道剩余水环境容量。此外，为比较有无丰满水库调蓄作用下对下游水环境的影响，采用相同时段内还原坝址天然流量，进行水环境容量、水质还原计算。

3 结果与分析

3.1 监测结果

坝下河段历年COD及氨氮监测情况见图1。从图1可以看出，历年丰满坝下断面COD浓度在10.71～29.55 mg/L之间，历年九站断面COD浓度在9.75～21.72 mg/L之间，坝下断面COD浓度整体高于九站断面COD浓度。历年丰满坝下断面氨氮浓度在0.001～0.433 mg/L之间，历年九站断面COD浓度在0.153～3.117 mg/L之间，坝下断面氨氮浓度整体高于九站断面COD浓度。

坝下至九站断面河段COD和氨氮呈逐年下降趋势。坝下河段COD和九站断面COD分别由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。九站断面氨氮由1985年的1.837 mg/L降至2010年的0.239 mg/L，坝下河段氨氮在历年变幅较小，但整体上也呈降低趋势。

图1 枯水期坝下河段历年COD及氨氮监测情况

3.2 枯水期水环境容量还原比较

丰满水电站下游吉林江段枯水期COD及氨氮水环境容量还原比较见图2。从图2可以看出，在枯水期对下游河道环境用水的补偿作用非常明显，其中COD的水环境容量平均提高230.16 t/d，最大提高575.43 t/d；氨氮的水环境容量平均提高18.78 t/d，最大提高35.27 t/d，平均提高了约2倍。

图2 枯水期坝下河段水环境容量还原比较

3.3 标准指数还原比较

根据以上对水环境容量及污染负荷的还原计算成果，在以丰满水电站坝下断面水质监测成果为背景值的基础上，采用标准指数法对天然还原流量情况下九站断面的水质进行还原计算，分析及比较结果见图3。

图3 丰满下游九站断面水质标准指数还原计算

根据对丰满电站下游九站断面水质还原计算的分析比较可知，在丰满水电站调节运行的情况下，1985年～2010年期间九站断面仅有5年出现氨氮超标情况，而且在1994年以后基本没有出现超标情况，水质能够满足其所在的功能区要求；而在天然径流还原的情况下，研究时段内九站断面COD有10年出现超标，氨氮有14年出现超标，最近的超标年份为2006年。

4 讨 论

4.1 污染治理成效

丰满水电站下游的吉林市是我国重要的化学工业基地之一，随着丰满大坝的建成，依托丰满水电站充足的水源及电力供应，在下游吉林市建成了以吉林化学工业公司为主体的大型化工基地，成为了对松花江干流水环境影响最为重大、深远的城市工业集中污染源。

为恢复改善松花江不断恶化的水质环境，从20世纪80年代开始，国家、地方政府、企业投入了大量的精力进行治理，并取得了显著成效。松花江汞污染物排放量最大的吉林电石厂、吉林染料厂通过自建汞废水处理厂、更新生产设施、改善生产工艺，大大降低了污染物的排放，其他吉林市的污染企业也通过采取各类措施，有效控制了有毒有害污染物对河流的影响。松花江流域历史上较为严重的污染情况已经得到有效控制。虽然近年来吉林市污水排放量仍然呈一定的增长趋势，但因为污水处理率、达标排放率不断提高，实际进入河段的污染物数量较早期已有明显降低，有毒污染物的排放也得到了有效控制。

4.2 枯水期流量补偿作用

根据水环境容量还原评价，丰满水电站在枯水期对下游河道环境用水的补偿作用非常明显，不仅增大了下游水环境容量，流量补偿作用还对保障下游河道水质达标发挥着重要作用，使相同的污染负荷条件下，下游吉林市纳污江段的纳污能力提高2～4倍。丰满水电站的运行，为下游吉林市主要纳污河段在枯水期提供了充足的环境稀释流量，保障了其所在的松花江干流下游水环境功能要求得以实现，为吉林市重要的化学工业、重工业提供了发展空间。

4.3 研究意义

(1)丰满水电站为下游沿岸工业排污量的增加提供了接纳空间，但未从根本上改善水环境质量。本研究通过监测与还原对比，量化了丰满水电站对下游水环境容量的增益补偿效用，为政府部门水环境管理工作以及从根本上解决坝址下游水环境治理问题提供依据。

(2)丰满水电站重建工程是国内首例对大坝进行部分拆除并重建的大型水电站案例，重建方案将对流域环境产生新增影响。本研究选择大坝重建前的2010年作为时间节点，针对性研究重建前丰满水电站对下游水环境容量的增补效用，为重建后环境影响综合效应、累积效应及变化趋势研究打下基础。

5 结 论

(1)在丰满水电站重建后的运行过程中，应结合流域水资源综合规划要求，优化水库调度过程，充分利用汛期水资源，补偿平、枯水时段的水资源量减小影响，加强对重建后电站下游水质监测力度，进一步对大坝重建后环境影响综合效应、累积效应及变化趋势展开研究。

(2)松江大桥以下至九站河段为吉林市的主要纳污水体，沿岸工厂多，主要排污企业包括水泥、制药、化工、机电、建材等行业。各企业工业废水必须在厂区内收集，进入企业自建的污水处理设施或其他污水处理厂，达到GB8978—1996《污水综合排放标准》一级标准及企业相关的行业标准后，在尽可能综合利用，提高循环使用率的前提下，达标排放。

(3)地方政府要加强执法监督和管理，促进这些企业改变落后的生产方式，引进国外先进的清洁生产工艺和理念，把污染物化害为利，综合利用，减少排放，从根本上改善流域水环境现状。

[1]张永良. 水环境容量基本概念的发展[J]. 环境科学研究， 1992， 5(3)： 59-61.

[2]孟伟， 张楠， 张远， 等. 流域水质目标管理技术研究(I)——控制单元的总量控制技术[J]. 环境科学研究， 2007， 20(4)： 1-8.

[3]彭文启. 水功能区限制纳污红线指标体系[J]. 中国水利， 2012(7)： 19-22．

[4]路振刚， 张正平， 范永思， 等. 丰满大坝全面治理方案选择研究[J]. 水力发电， 2010， 36(1)： 60-62．

[5]朱成章. 丰满水电站的50年[J]. 中国水利， 1987(9)．

[6]赵再兴， 魏浪， 常理. 丰满水电站重建工程环评工作关键技术研究与创新[J]. 水利水电技术， 2013， 44(8)：57-59．

(责任编辑 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

路振刚(1964—)，男，辽宁沈阳人，教授级高工，博士，国网新源控股有限公司副总经理兼丰满大坝重建工程建设局局长，主要从事水利水电建设管理工作．

X820；TV741(234)

A

0559-9342(2016)11-0001-03