淺談利用水利工程保障生態(tài)流量改善水環(huán)境的思考

劉長榮，趙漢哲，王瀚琦

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

黑龍江省地處高寒地區(qū)，冬季時(shí)間長，內(nèi)地河流松花江冰封期長達(dá)近5 個(gè)月，冰封期，松花江流速減緩，污染物講解能力減弱，有毒有機(jī)物污染濃度加大，如何能夠有效改善水環(huán)境，是高寒地區(qū)需要在水環(huán)境治理中特別值得研究的一項(xiàng)工作。

1 水質(zhì)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(xiàn)較大變化，但水中溶解氧濃度隨季節(jié)的變化表現(xiàn)出不同對(duì)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(yán)重虧氧，表現(xiàn)出嚴(yán)重的污染特征。同時(shí)由于流量減小流速降低，有機(jī)污染物濃度加大，致使水體水質(zhì)污染加劇[1]。

2 冰封枯水期污染物特性

冰封枯水期有機(jī)污染物質(zhì)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(guī)律為例分析冰封枯水期污染物削減規(guī)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(dá)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(shè)采樣點(diǎn)，采用江上水團(tuán)追蹤實(shí)測，進(jìn)行溶解氧和生化需氧量分析，建立冰封期有機(jī)物生化自凈的數(shù)學(xué)模式，流經(jīng)時(shí)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(shí)間的延長而呈指數(shù)規(guī)律降低，同時(shí)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(duì)水環(huán)境的影響

3.1 耗氧需氧影響水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)平衡

在冬季，松花江由于冰雪覆蓋，最大冰層厚度達(dá)1.0m。雖在個(gè)別地方因急流不成冰，成為清溝，但其面積與整個(gè)江面相比甚小，冰封期大氣復(fù)氧幾乎完全停止，光合作用減弱。隨著有機(jī)物的降解，消耗水體中的溶解氧，破壞了水體中耗氧、復(fù)氧過程的平衡。加之冬季長達(dá)五個(gè)多月的冰封期，江水復(fù)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(dòng)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(tài)與環(huán)境遭到不同程度的破壞。

3.2 冰封期河流水質(zhì)對(duì)漁業(yè)具有較大影響

松花江哈爾濱段監(jiān)測斷面DO 值變化情況，見圖3。

圖3 松花江哈爾濱段監(jiān)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(shù)值呈遞減趨勢。冬季冰封期間，溶解氧數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，使?jié)O業(yè)資源和漁業(yè)生態(tài)與環(huán)境遭到破壞[2-3]。

3.3 冰封枯水期有機(jī)毒物污染較大

松花江每年約有5 個(gè)月的冰封期，此期間冰層厚度可達(dá)1.0m 左右，水溫0～1℃。在松花江的冰封期，水溫低，不易于有機(jī)污染物的微生物降解，有機(jī)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(jī)污染物的降解作用，且由于冰封期流量較小，使有機(jī)毒物濃度相對(duì)增高。

3.4 冰封枯水期污染處理

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

如何使用污水處理廠進(jìn)行處理。冬季冰封期與非冰封期進(jìn)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(duì)污水生物處理工藝的運(yùn)行狀況有影響，表現(xiàn)在較低溫度下污水處理效率低。要適應(yīng)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(yīng)水質(zhì)和溫度的變化，污水進(jìn)水濃度較低時(shí)，可以采用傳統(tǒng)活性污泥工藝；進(jìn)水濃度較高或水質(zhì)變化大時(shí)，要采用強(qiáng)化的生物處理工藝或生物膜工藝；需脫氮除磷時(shí)，應(yīng)選擇相應(yīng)的工藝和參數(shù)。通過不斷提高污水處理能力降低污水排放強(qiáng)度，加強(qiáng)水體納污能力。

4 利用水利工程對(duì)冰封枯水期生態(tài)流量調(diào)解改善水環(huán)境

松花江流域冰封期，江水溫度低，加劇了流域環(huán)境污染程度，表現(xiàn)在流量小、復(fù)氧能力差、水中溶解氧含量低，產(chǎn)生了一系列環(huán)境問題。同時(shí)松花江流域還面臨季節(jié)性洪水和季節(jié)性枯水交替出現(xiàn)的問題。松花江流域發(fā)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(nèi)幾乎全部的暴雨(84%)通常都發(fā)生在7 月和8 月，而且降雨時(shí)間長、強(qiáng)度大。這樣，一方面大量的水資源短期內(nèi)隨洪水流失，一方面流域性缺水每年都要發(fā)生。水利調(diào)控措施的建設(shè)對(duì)于緩解流域性缺水、改善冰封枯水期水環(huán)境質(zhì)量具有重要作用[4-5]。

4.1 水利工程的調(diào)控作用

1）豐滿水庫水利工程對(duì)松花江哈爾濱段水文調(diào)控作用松花江上游豐滿水庫建設(shè)對(duì)哈爾濱段水文環(huán)境的影響說明，水利工程對(duì)水文環(huán)境的改善起著極為重要的作用。豐滿水庫的建設(shè)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?jǐn)?shù)，減少了最豐水年與最枯水年徑流量年平均值之比?？梢姡S滿水庫對(duì)松花江哈爾濱江段豐、枯水量具有很好的調(diào)蓄作用，大幅度提高了枯水期流量，對(duì)于松花江哈爾濱江段水環(huán)境的改善起到了很好作用。

2）尼爾基水庫對(duì)哈爾濱江段的調(diào)控作用尼爾基水庫投入運(yùn)行之后，流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)與環(huán)境用水量將大幅度提高。城市用水狀況將好于現(xiàn)狀水平并解決下游濕地生態(tài)與環(huán)境用水問題，保護(hù)下游濕地和解決漁葦養(yǎng)殖業(yè)用水，對(duì)松花江流域生態(tài)流量保障起到很好作用。

3）大頂山航電樞紐工程，對(duì)改善哈爾濱市水環(huán)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(tài)環(huán)境，對(duì)保證冰封枯水期生態(tài)流量起到至關(guān)重要的作用。

4.2 利用水利工程調(diào)解流域及區(qū)域生態(tài)需水量

水利樞紐進(jìn)入正常運(yùn)營期后，使江水從自然流淌狀態(tài)變成有序控制狀態(tài)。在保證下游工農(nóng)業(yè)用水的同時(shí)，確保下游城市和濕地的環(huán)境用水，應(yīng)當(dāng)控制壩下最小放流量，即優(yōu)化配置控制壩下最小放流。隨著新的治水思路的實(shí)施，更加重視生態(tài)與環(huán)境的保護(hù)，在新的水利工程建設(shè)中將更多地考慮生態(tài)與環(huán)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(diào)節(jié)能力。針對(duì)松花江水量調(diào)節(jié)能力低的特點(diǎn)，可以利用水利工程，通過補(bǔ)水控制枯水期、冰封期松花江，加大枯水期的稀釋水量，補(bǔ)充下游生態(tài)與環(huán)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(chǔ)豐排”的方式減少枯水期的環(huán)境污染危害，充分利用豐水期的環(huán)境容量，降低污染物含量。未來水資源配置、水資源開發(fā)利用，將首先滿足河道內(nèi)最小生態(tài)流量需求，通過滿足河道最小生態(tài)流量來調(diào)解生態(tài)環(huán)境，只有可持續(xù)發(fā)展才能有效提升制生態(tài)環(huán)境的良性發(fā)展，“綠水青山”也是可實(shí)行的夢想[6-7]。

松花江是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，松花江冰封期長達(dá)五個(gè)月，冰封枯水期松花江水質(zhì)差，復(fù)氧能力低，溶解氧數(shù)值處于全年最低值，冰封枯水期松花江具有有機(jī)污染，物降解作用，同時(shí)消耗水中溶解氧。改善松花江流域水環(huán)境質(zhì)量，應(yīng)采取水污染防治與水利調(diào)控并舉措施，保證生態(tài)用水和有效控制水污染，建立多元化的生態(tài)修復(fù)途徑與技術(shù)體系，通過工程技術(shù)相結(jié)合，有效改善松花江流域水生態(tài)環(huán)境。