哈爾濱市水資源現(xiàn)狀研究

隋 欣，劉 碩，張寧寧，張千慧，夏 青，李昀東

(哈爾濱師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025)

1 引言

中國(guó)水資源總量約占世界淡水資源的6%，但人均占有量很低，部分地區(qū)存在著水資源短缺、水質(zhì)惡化等環(huán)境問(wèn)題[1]。隨著水資源對(duì)社會(huì)發(fā)展的支撐作用逐漸顯現(xiàn)，學(xué)者們對(duì)水資源重視程度也逐漸提高，對(duì)于水資源的相關(guān)研究也越來(lái)越廣泛，研究領(lǐng)域涉及水資源的時(shí)空分布格局、可持續(xù)發(fā)展、水資源承載力分析及優(yōu)化配置等。2017年我國(guó)在法律上規(guī)定了流域的分段化管理，修正的《中華人民共和國(guó)水污染防治法》中提出了河長(zhǎng)制，分級(jí)分段組織領(lǐng)導(dǎo)本行政區(qū)域內(nèi)的水資源保護(hù)，水污染防治，水環(huán)境治理等工作，因地制宜地對(duì)各河流采取更有針對(duì)性的管理措施，有利于河流管控與可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)“十四五”規(guī)劃指出的堅(jiān)持以水資源承載能力為剛性約束，提高水利支撐與保障能力的發(fā)展思路，構(gòu)建以松花江為軸，主要支流為輻射區(qū)域的與經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展相適應(yīng)的水環(huán)境保障體系[2]。李雨欣等[3]利用生態(tài)足跡模型和ARIMA模型測(cè)算并預(yù)測(cè)中國(guó)省域水資源生態(tài)平衡供需情況及未來(lái)變化趨勢(shì)，研究結(jié)果顯示人均水資源供需總體盈余，但在降水量較少的年份處于赤字邊緣。

松花江作為中國(guó)重要水系之一，水質(zhì)狀況影響流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民用水安全。城市人口密集、污染源種類(lèi)多、生態(tài)環(huán)境復(fù)雜，各級(jí)支流水質(zhì)的污染狀況與松花江的水環(huán)境質(zhì)量密切相關(guān)。邢潔等[4]對(duì)松花江流域黑龍江省內(nèi)13個(gè)監(jiān)測(cè)斷面不同水期的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果顯示首要污染源為生活污水與農(nóng)業(yè)廢水，石油類(lèi)、陰離子表面活性劑、氰化物等作為第二大污染指標(biāo)，主要來(lái)源于工業(yè)廢水。段茂慶等[5]通過(guò)分析黑龍江省2011～2016年水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并結(jié)合自然環(huán)境特征，明確了該地區(qū)背景污染物，且存在較明顯的時(shí)空變異特征，季節(jié)性差異顯著。對(duì)于松花江哈爾濱城區(qū)段，樊慶鋅等[6]采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)2008～2012年間松花江哈爾濱段進(jìn)行水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示除阿什河為評(píng)價(jià)結(jié)果Ⅴ類(lèi)水體達(dá)不到水環(huán)境功能區(qū)劃要求以外,其他區(qū)域水質(zhì)均達(dá)標(biāo)。景夢(mèng)園等[7]采用熵權(quán)物元可拓模型對(duì)松花江干流哈爾濱段2015～2019年河流水質(zhì)進(jìn)行了健康評(píng)價(jià)，結(jié)果為“健康”和“亞健康”，達(dá)到了Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但存在年際波動(dòng)。因此，必須堅(jiān)持開(kāi)發(fā)和保護(hù)并舉的理念，在保持河流水質(zhì)健康狀況的前提下，充分發(fā)揮河流的生態(tài)和社會(huì)功能，在生態(tài)和環(huán)境的承受范圍內(nèi)，以可持續(xù)發(fā)展為方針，滿(mǎn)足人們生產(chǎn)和生活的需求。

哈爾濱市城區(qū)以機(jī)械制造業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)及食品釀酒行業(yè)為主，這些行業(yè)能耗高污染重，一定程度上制約了松花江流域?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。本文旨在了解哈爾濱市水資源現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析城市水資源開(kāi)發(fā)利用中存在的問(wèn)題，為調(diào)整完善水環(huán)境管理提供參考。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與分析方法

數(shù)據(jù)主要來(lái)源于近10年《黑龍江統(tǒng)計(jì)年鑒》《哈爾濱市統(tǒng)計(jì)年鑒》《哈爾濱環(huán)境狀況公報(bào)》《松遼水資源公報(bào)》。采用Arcgis、SPSS和Origin等軟件工具對(duì)水資源相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 研究區(qū)水資源現(xiàn)狀

哈爾濱位于東經(jīng)125°41′30″～130°13′40″，北緯44°03′30″～46°40′20″，地處黑龍江省南部，下設(shè)9區(qū)9縣，全市總面積53076.5 km2，市區(qū)面積10192.8 km2。人口987. 4萬(wàn)人。屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，全年平均氣溫5.1 ℃，冬長(zhǎng)夏短，多年平均降水量519.3 mm，2019年全市降水量861.4 mm，主要集中在6～9 月份，具有時(shí)空分布不均勻和雨熱同期的特點(diǎn)。

哈爾濱市屬松花江水系，松花江哈爾濱段從三岔河口至依蘭縣全長(zhǎng)466 km，流經(jīng)雙城區(qū)、道里區(qū)、松北區(qū)、呼蘭區(qū)、賓縣、通河縣、方正縣和依蘭縣等11 個(gè)區(qū)縣。流域面積50 km2以上河流223 條。2019 年全市水資源總量為268.8 億m3，其中地表水資源量225.8 億m3，地下水資源量67 億m3(其中重復(fù)計(jì)算水量24 億m3) ，人均占有水量2825.5 m3，年徑流量762 億m3，耕地畝均占有年徑流量467 m3。區(qū)域內(nèi)河道總長(zhǎng)度4950.2 km，平均徑流深度134.6 mm，具有時(shí)空分布不均的特點(diǎn)，7～9 月份徑流量較大，由于受到地形地貌影響而呈現(xiàn)自東向西的遞減趨勢(shì)，東北和東南部水資源較豐富，中部和西部水資源較缺乏，整體呈現(xiàn)為西貧東富。境內(nèi)主要河流有松花江、拉林河、呼蘭河、阿什河、螞蟻河、泥河、牤牛河、漂河、少陵河、蜚克圖河等(圖1)。流域面積大于4 km2的河流186 條，50 km2以上的河流有132 條。呼蘭河自綏化市流入于哈爾濱市呼蘭區(qū)匯入松花江。拉林河流經(jīng)五常市在雙城區(qū)多口店附近匯入松花江，是黑吉兩省界河。阿什河發(fā)源于帽兒山，下游流經(jīng)哈爾濱主城區(qū)，兩岸人口稠密、工廠企業(yè)較多[8]。螞蟻河于通河縣城對(duì)岸注入松花江，干流沿岸土地肥沃、人口較為密集[9,10]。

圖1 研究區(qū)主要河流分布

哈爾濱市的地下水資源主要分布于松花江兩岸的河谷平原地區(qū)，位于小興安嶺—松嫩地塊，具有良好的潛水和承壓水，含水層較厚，埋藏深度淺，易于開(kāi)發(fā)利用。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，哈爾濱市區(qū)地下水資源量為1.9 億m3，占全市地下水資源總量的6.3%。在呼蘭至巴彥一帶，呈東北向西南的流動(dòng)趨勢(shì)，而在賓縣、阿城和雙城一帶，呈由南向北直至松花江的流動(dòng)趨勢(shì)。

與其他缺少淡水資源的城市相比，沿松花江而建的哈爾濱具有較為豐富的水資源，主要供水方式為地表河流取水和開(kāi)采地下水。地表水源主要來(lái)自松花江和磨盤(pán)山水庫(kù)，地下水源則是通過(guò)水井獲取，這也是松北區(qū)的主要供水來(lái)源。雖然哈爾濱的水河網(wǎng)密布，但由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展用水量也隨之增長(zhǎng)，不得不加大開(kāi)采地下水的強(qiáng)度。依據(jù)國(guó)際通行的水資源緊缺指標(biāo)(表1)對(duì)哈爾濱2010～2019年水資源狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出2010年、2013年、2018年和2019年均為輕度缺水；2012年、2014～2017年均為中度缺水；2011年則為重度缺水(圖2，3)。

圖2 2010～2019年哈爾濱市人均水資源量情況

表1 水資源緊缺指標(biāo)

3.2 水資源質(zhì)量現(xiàn)狀分析

根據(jù)哈爾濱市環(huán)境狀況公報(bào)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖4)，2018年哈爾濱市地表水水質(zhì)總體狀況呈輕度污染。在60個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中，Ⅱ類(lèi)斷面比例5.0%、Ⅲ類(lèi)41.7%、Ⅳ類(lèi)23.3%、V類(lèi)20.0%、劣V類(lèi)10.0%。主要污染指標(biāo)為化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)和氨氮。按年均值評(píng)價(jià)，朱順屯、大頂子山、擺渡鎮(zhèn)、牡丹江口下、宏克力和佳木斯上6個(gè)斷面水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，阿什河口下、呼蘭河口下和牡丹江口上3個(gè)斷面達(dá)到Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。各一級(jí)支流總體狀況呈輕度污染，在37個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中，Ⅱ類(lèi)水質(zhì)斷面比例8.2%、Ⅲ類(lèi)37.8%、Ⅳ類(lèi)21.6%、V類(lèi)21.6%、劣V類(lèi)10.7%。城區(qū)集中式水源地磨盤(pán)山飲用水質(zhì)持續(xù)Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)、水量達(dá)標(biāo)率 100%。2020年松花江水系水質(zhì)狀況為輕度污染，其中Ⅰ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)比例為69.2%，劣V類(lèi)比例下降為6.4%。松花江干流水質(zhì)狀況良好，Ⅰ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)比例為76.5%。

圖3 哈爾濱市產(chǎn)水系數(shù)及產(chǎn)水模數(shù)變化特征

圖4 松花江干流水質(zhì)狀況

哈爾濱市天然地下水水質(zhì)較好，以HCO3-Ca型水為主，部分地帶含水巖層中 Fe、Mn含量較高，致使礦物被水溶濾造成水中Fe、Mn超標(biāo)，影響水質(zhì)。由于城區(qū)高密度集中開(kāi)采地下水，改變了其原始環(huán)境，使流場(chǎng)發(fā)生變化，加之人為活動(dòng)影響，造成地下水遭受不同程度的污染，地下水環(huán)境也變得復(fù)雜。松花江、阿什河漫灘、平房區(qū)和香坊區(qū)一帶，超標(biāo)分布較廣，農(nóng)業(yè)面源及局部工業(yè)點(diǎn)源是造成污染物超標(biāo)的主要原因[12～14]。

3.3 城市供排水現(xiàn)狀

2019年哈爾濱已建成14 個(gè)公用水廠，全年供水總量44076 萬(wàn)m3，其中生活用水13696 萬(wàn)m3，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)用水5359 m3，用水人口達(dá)492.6 萬(wàn)人。磨盤(pán)山水庫(kù)總庫(kù)容為17.79 億m3，2020 年水質(zhì)類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)，綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為43.6，屬中營(yíng)養(yǎng)，與2019 年相比，水質(zhì)無(wú)明顯變化，綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)降低2.7。2019 年哈爾濱市市區(qū)污水排放總量為4.83 億t，經(jīng)各級(jí)支流全部排入松花江，其中有機(jī)污染物為主要入河污染物。哈爾濱市城區(qū)污水處理率提高至95.01%。文昌污水處理廠擴(kuò)建及升級(jí)改造，處理規(guī)模升級(jí)為65 萬(wàn)t/d，出水標(biāo)準(zhǔn)提升一級(jí)A，新增能力5 萬(wàn)t/d。阿什河污水處理廠改造升級(jí)新增處理能力30 萬(wàn)t/d。

4 結(jié)論

結(jié)合哈爾濱市水資源現(xiàn)狀得出在開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中的主要問(wèn)題有以下幾方面。

4.1 水環(huán)境質(zhì)量惡化

隨著哈爾濱市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展和人民對(duì)生活品質(zhì)的不斷追求，產(chǎn)生大量生產(chǎn)生活廢水，工業(yè)廢水和集中式排污是造成河流點(diǎn)源污染主要因素，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中化肥農(nóng)藥的大量施用，使各種有機(jī)污染物伴隨著降水沖刷隨地表徑流匯集累計(jì)，致使哈爾濱市松花江、阿什河和“三溝”等水環(huán)境健康狀況變差，不利于城市水資源的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，哈爾濱市區(qū)范圍內(nèi)存在地下水位降落漏斗，且在短時(shí)間內(nèi)難以恢復(fù)。

4.2 水資源供需矛盾突出

哈爾濱市近10年人均水資源占有量只有1540.55 m3，不足世界人均水平的1/4，而市區(qū)人均占有量?jī)H為228 m3。城市主要依靠松花江、地下水水井和磨盤(pán)山水庫(kù)供水，但隨著周邊地級(jí)市的人口涌入、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，對(duì)水資源的需求也將越來(lái)越大，水資源短缺的問(wèn)題將會(huì)更加突出。

4.3 水資源管理機(jī)制有待完善

哈爾濱市水資源長(zhǎng)期處于中度短缺狀態(tài)，對(duì)水的利用率只有60%。且取水供水工程設(shè)備存在陳舊老化的問(wèn)題，供水城市管網(wǎng)漏損率較高；用水設(shè)備及用水工藝有待改進(jìn)升級(jí)。節(jié)水管理體制有待完善，節(jié)水投入主要依靠政府支撐，未形成市場(chǎng)化運(yùn)行機(jī)制，無(wú)法滿(mǎn)足形勢(shì)需要，亟待對(duì)節(jié)水的管理體制進(jìn)行改革。農(nóng)村用水管理也較為松散，無(wú)定量化約束，農(nóng)業(yè)灌溉方式仍以引水灌溉為主，用水浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。