基于纳污能力的梯级开发河段水环境保护措施研究

闫峰陵，樊　皓，刘扬扬，罗小勇

（长江水资源保护科学研究所，430051，武汉）

基于纳污能力的梯级开发河段水环境保护措施研究

闫峰陵，樊皓，刘扬扬，罗小勇

（长江水资源保护科学研究所，430051，武汉）

水电工程建设一般会显著改变河流原有水文过程，进而影响水功能区纳污能力。根据金沙江攀枝花河段水功能区划及水质目标，采用二维水质模型计算梯级建设前后COD、氨氮纳污能力，分析纳污能力受梯级开发影响程度。按照纳污能力受影响程度大小，通过排污权交易、影子工程、综合治理法比选，确定采用以控制岸边污染带不扩大为基本原则，对排污口及其对应陆域污染源、入库支流及面源采取综合治理措施，以补偿因梯级电站建设而损失的纳污能力。

纳污能力；金沙江；水电梯级；水环境

水功能区纳污能力是指在满足水域功能要求前提下，在给定水功能区水质目标、设计水量、入河排污口位置及排污方式下，水功能区水体所能容纳的最大污染物量。水功能区纳污能力核算是确定限制排污总量的基础，是实施水功能区管理的基本依据。一般认为，水电作为清洁能源，其开发建设不会产生新的污染源，但水库的形成会改变河流水动力学条件，影响水体自净能力。一方面水电站修建使得流速减缓，水体在库区滞留时间增长，污染物降解总量增大；另一方面流速减缓导致降解系数减小，又减小了污染物降解量；此外水文情势变化导致污染带分布发生较大变化，对水质的影响主要通过水域纳污能力反映。因此，可通过核定水电工程对河段水功能区纳污能力影响大小，来制定相应的水环境保护措施。

金沙江攀枝花河段位于金沙江中下游交界处，区间水能资源丰富，规划建设有观音岩、金沙、银江、乌东德等多个水电梯级电站。该区域是我国长江经济带的重要组成部分，作为我国生态文明建设的先行示范带，在发展的同时要求水质达标。金沙江攀枝花河段纳污能力受梯级水电调度影响，与天然状态有很大差别，因此有必要在研究梯级开发对河段纳污能力影响的基础上，制定更为切合实际的水环境保护措施体系。

一、研究区概况

金沙江攀枝花河段自观音岩水电站坝址至乌东德水电站库尾，河道全长约57 km，落差约38m。河段内金沙江由西至东贯穿攀枝花市主城区，雅砻江汇口以下流向为由北向南。根据《长江流域综合规划（2012—2030）》，涉及金沙江攀枝花河段的水电梯级有观音岩水电站、金沙水电站、银江水电站及乌东德水电站。从调节性能来看，观音岩水电站为周调节，金沙、银江水电站为日调节，乌东德水电站为季调节。

根据国务院批准的《全国重要江河湖泊水功能区划（2010—2030）》，该河段共划分了金沙江滇川2号缓冲区、金沙江攀枝花开发利用区2个水功能一级区，开发利用区划分水功能二级区12个，包括饮用水水源区5个、工业用水区5个、过渡区1个、排污控制区1个。攀枝花是金沙江沿江唯一的现代化工业城市，工业废水排放量大，城市生活污水处理率较低，是长江干流近岸水域污染较严重的城市之一。

二、水电梯级电站对河段纳污能力影响

1.计算方法

按照《水域纳污能力计算规程》（GB/T 25173—2010）要求，“开发利用区和缓冲区水域纳污能力主要采用数学模型计算法”，“污染物在河段横断面上非均匀混合，流量大于150m3/s的大型河段，可采用河流二维模型计算水域纳污能力”。攀枝花境内金沙江多年平均流量均大于150m3/s，因此，纳污能力计算采用二维水质模型进行计算。

计算指标按照《全国水资源保护规划》《长江流域综合规划水资源保护报告》中相关规定和要求，结合攀枝花河段内水质现状及主要排污口的废污水特性，选取指标COD和氨氮作为水域纳污能力计算指标。

水电梯级电站建成前按照攀枝花水文站、三堆子水文站近10年最枯月平均流量作为设计条件。水电梯级电站建成后，攀枝花市境内水动力条件将发生显著改变，考虑不利情况下，采用各规划梯级最小下泄流量作为上边界设计水文条件。

2.计算结果

根据计算，水电梯级电站建设前攀枝花河段COD岸边纳污能力为31 352.9 t/a，氨氮为1 860.0 t/a，所有梯级电站建成的情况下，受岸边水深增加以及流速减缓的综合影响，各水功能区岸边纳污能力均有所减小，COD、氨氮岸边纳污能力分别为26 104.2 t/a和1 584.9 t/a。各水功能区COD岸边纳污能力减小了1.4%～47.7%；氨氮岸边纳污能力减小了2.0%～46.3%。总体上，与所有梯级不建电站的情况相比，COD和氨氮岸边纳污能力分别减小了16.7%和14.8%。就不同梯级电站所在河段影响来看，乌东德水电站影响最大，银江水电站次之。

三、保护措施比选

目前，国内关于水利水电工程水环境保护已积累了一定经验，对由水利水电工程开发造成的水环境影响主要采取排污权交易、新扩建污水处理厂以及对水环境受影响区进行污染源综合整治等措施，基本遵循“谁受益、谁补偿，谁污染、谁治理”的原则，措施主体随措施性质不同，其实施主体可为地方政府，亦可为水利水电项目建设单位。以南水北调中线一期工程为例：丹江口大坝加高工程实施后，各入库河流在入库河段流速减缓，自净能力有所下降；丹江口水库为调水水源地保护区，入库污染负荷必须维持在现状水平，由于水库及上游涉及湖北、河南、陕西三省的40多个县市，为此专门制定了《丹江口库区及上游水污染防治和水土保持规划》；根据该规划，丹江口库区及上游水污染防治需开展小流域治理、污水处理厂建设、垃圾填埋场建设、工业企业点源整治、库岸生态防护带建设等综合整治措施。

根据已有研究成果，结合攀枝花城市环境保护、环境治理的综合需求以及攀枝花市水环境治理现状，本次拟定排污权交易、影子工程法、综合治理法方案进行比选。

1.排污权交易法

排污权交易是指在一定区域内，在污染物排放总量不超过允许排放量的前提下，内部各污染源之间通过货币交换的方式相互调剂排污量，从而达到减少排污量、保护环境的目的。目前，全国多地都出台了排污权交易管理办法及试点方案，包括《重庆市主要污染物排放权交易试点方案》《河北省主要污染物排放权交易管理办法》《成都市排污权交易管理规定》《温州市排污权有偿使用和交易试行办法》等。可进行排污权交易的环境指标主要为COD、NH3-N、二氧化硫、氮氧化物，交易实行政府指导基价和市场调节两种方式。从交易价格来看，全国范围内交易价格差异较大，攀枝花可参照同属西南地区的重庆价格进行核算。重庆主要污染物排放权有偿使用和交易工作作为国家级试点，从排污权交易试点工作开始至今，全市累计完成主要污染物排放权交易394次，已率先在国内形成了较为完备的交易机制。

梯级电站建设后攀枝花河段COD、氨氮纳污能力减小，以减小纳污能力为基础，参照相应价格，电站运行按照50年计确定补偿投资，补偿投资由电站建设单位承担，后期措施实施由攀枝花地方政府根据城市发展需要实施。

2.影子工程法

影子工程法是恢复费用法的一种特殊形式，影子工程法是在环境破坏后，人工建造一个工程来代替原来的环境功能，用建造新工程的费用来估计环境污染或破坏所造成的经济损失的一种方法。

影子工程法可以较为简便地根据纳污能力损失计算补充额度，但以新扩建污水处理厂作为替代工程只是对原水环境系统功能的近似代替，加之水环境系统的很多功能在现实中无法代替，使得影子工程法对环境价值的评估存在一定偏差，不能全面反应梯级电站建设带来的水环境问题。

3.综合治理法

综合治理法以梯级电站建设不扩宽影响河段岸边污染带范围为最低要求，提出各排污口需削减污染负荷量，通过深度处理、中水回用、陆域污染源治理、优化管网布局、布设截污设施以及雨污分流等措施有针对性地对影响河段进行治理。

按上述理念，为达到削减要求，需对金沙江攀枝花河段排污口进行综合整治，在找出排污口对应的陆域污染源或陆域集污范围的基础上，针对陆域污染源或集污区域，提出深度处理、中水回用、加强车间污染源治理、优化区域管网布局、布设截污设施引至其他排污口以及雨污分流等措施，确保达到各排污口污染物削减要求。

4.保护措施拟定

梯级电站建设受各方面因素制约，运行有先有后，采用简单的排污权交易对于最后建设电站将是一个大的制约。此外，水电工程本身不排污，排污权交易水电建设单位不能起到治污减污的激励作用，可见排污权交易法不适于攀枝花市的水环境治理；影子工程法目前理论、标准尚不成熟，国内尚无较为完备的补偿制度，且替代工程不唯一，与原环境系统功能效用存在异质性，不能从根本上解决梯级电站建设带来的水环境问题；综合治理法需要做充分的基础调查，找出存在问题，有针对性地采取相应治理措施，方案确定过程复杂。

针对攀枝花水环境治理方面存在的问题，需进行详尽调查，制定相应治理措施。在措施制定过程中，权责双方需要长时间的磋商才能达成一致，工作协调难度大。综合治理法操作过程较为繁琐，但该方法符合攀枝花实际情况，措施能够具体落实，具有较强针对性。因此，从保证治理效果的角度出发，应采用综合治理法。

四、措施体系拟定

1.总体原则

综合治理法以控制岸边污染带较梯级电站建设前不扩宽为基本原则，结合排污口布局与整治方案，依托攀枝花市已建、在建、规划新建污水处理设施，针对排污口及其对应陆域污染源、入库支流及城市面源采取相应治理措施进行治理，弥补因梯级电站建设而损失的纳污能力。

2.措施体系

攀枝花市沿江各排污口主要包括污水处理厂排污口、工矿企业排污口、发电厂排污口以及水质较差入库支流，其废污水均由各自集污区域工业、生活废污水组成。照上述原则，根据排污口现状调查成果，结合梯级电站建成后各排污口污染带预测成果，对比分析建库前后污染带范围，结合各水功能区削减要求，对需要治理的排污口采取有针对性的治理措施。

（1）保留区、缓冲区、取水口集中分布区排污口

采取搬迁、关闭等措施，在该排污口对应集水区域污水达标排放前提下，截污至尚有容量的水功能区或取水口下游进行排污。

（2）受梯级电站影响岸边污染带范围扩大排污口

梯级电站建设改变了河道水文情势，使河流水体流速减缓，不利于污染物的迁移扩散，排污口附近水域形成的岸边污染带范围相对无梯级电站有所增加。为使得岸边污染带范围不变，可通过控制该排污口污染物入河量的途径，对该排污口对应的陆域污染源进行综合治理，主要措施如下：

①对工矿企业自设排污口，其对应的陆域污染源较易确定，可在企业车间增设深度处理、中水回用措施，减少污染物排放量。

②根据排污口现状调查及评价成果，污水处理厂排污口基本为达标排放，可通过升级改造污水处理工艺或增设深度处理措施，提高污水处理标准，减少污染物排放量。此外，库区形成后，攀枝花境内回水河段应执行的地表水环境质量标准将提高，总磷、总氮将按湖库标准执行，因此必须严格控制总磷、总氮和氨氮排放，增加或升级现有污水处理厂脱磷、脱氮措施。

规划新建、扩建污水处理厂，应执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准进行处理，并增加脱磷除氮设施。

③自然冲沟集水区域，实现雨污分流，雨水集中收集利用冲沟排入金沙江，区域内工业、生活废污水可结合区域管网配套设施建设情况，集中收集至附近污水处理厂进行处理。

④金沙江攀枝花河段主要入库支流包括塘坝河、龙洞河、摩梭河、巴关河、仁和河等，塘坝河、仁和河自产水量相对较为丰沛，其余支流自产水量较少，其入金沙江断面水量大部分由各自流域内入河废污水组成，水质相对较差。针对水质较差的支流，在摸清主要产污区域、产污性质、产污规模的基础上，对其工业废水、生活污水分别集中收集，进入污水处理设施进行集中处理。■

［1］王方清，王孟，吴国平，等．长江流域水功能区纳污红线管理体系构建与实践［J］．人民长江，2013，44（22）．

［2］索丽生．闸坝与生态［J］．中国水利，2005（16）．

［3］袁弘任．三峡水库纳污能力分析［J］．中国水利，2004（20）．

责任编辑韦凤年

Measures for water environment protection in cascade development based on pollution bearing capacity

Yan Fengling，Fan Hao，Liu Yangyang，Luo Xiaoyong

Generally speaking，hydropower stations can exert big impact on original hydrological regime of a river and further impact on bearing capacity of pollution in water functions zones.The degree of influence by cascade development is examined in accordance with water function zoning and target of water quality in Panzhihua Section of Jinsha River，by using two dimentional water quality model to estimate COD and ammonia nitrogen before and after completion of cascade hydropower stations.Basic principle of controlling expansion of pollution belt along the river is defined through comparison of methods of trading of pollution-discharge permit，shadow project and comprehensive treatment.Measures such as pollution control at the discharge outlets and source from the land，tributary entering into the reservoir and non-point pollution are proposed so as to compensate loss of bearing capacity due to the construction of cascade hydropower stations.

bearing capacity of pollutant；Jinsha River；hydropower cascade；water environment

X52

B

1000-1123（2016）13-0016-03

2016－05－10

闫峰陵，高级工程师，主要从事水资源保护及水土保持规划研究。

长江中下游干流纳污总量控制研究（201001006）。