金沙江旭龙水电站施工期水环境影响研究

翟红娟，彭才喜，王 孟

（长江水利委员会长江水资源保护科学研究所，武汉430051）

0 引 言

水利水电工程建设和运行对水环境产生一定影响，关于水利水电工程运行期水环境影响的研究较多，且具有较好的研究基础［1-3］，但对于施工期水环境影响的研究相对薄弱。水利水电工程施工期周期长，废水排放量大，以往施工期往往管理粗放，对施工期环境管理重视不够，导致施工期废污水不经处理直接排放的情况时有发生，直接排放对河流水环境将造成诸多不利影响［4，5］。

水利水电工程施工期主要废污水包括砂石加工系统生产废水、混凝土拌和系统废水、施工机械冲洗废水、洞室废水、生活污水等［6］，其中以砂石加工系统废水和生活污水排放量最大且影响显著［7-9］。随着环境保护要求的提高，水利水电工程建设单位对施工期环境管理不断加强，甚至要求实现施工期废污水零排放。

旭龙水电站是国务院国函〔2012〕220 号文批复的《长江流域综合规划（2012-2030年）》金沙江上游河段13 级开发方案中的第12 个梯级，也是国家发展改革委发改办能源〔2012〕2008号文批复的《金沙江上游水电规划报告》中所列近期工程之一。旭龙水电站位于云南省德钦县与四川省得荣县交界的金沙江干流上游河段，工程规模大，施工废污水排放量大，建设项目废水排放将直接导致受纳水体水质变化，影响受纳水体水环境质量。旭龙水电站所在河段水环境功能为Ⅱ类水，根据《污水综合排放标准》（GB8978-1996），该水域禁止新建排污口，因此，旭龙水电站施工期的废污水需实现零排放。

金沙江是长江森林生态系统多样性最集中，也最为脆弱的地区之一［10-12］，同时也是对长江流域社会、经济可持续发展中生态的可持续性最具影响的地区，对金沙江实行源头治理对于区域发展及长江流域可持续发展具有极其重要的意义。研究旭龙水电站施工期废污水对金沙江干流水环境的影响，统筹兼顾好生产经营与环境保护的关系，是践行“共抓大保护”的重要举措［13，14］。

1 研究区概况

金沙江位于我国青藏高原、云贵高原和四川盆地的西部边缘，跨越青海、西藏、四川、云南、贵州五省（区），流域面积约47.32 万km2，占长江流域总面积的27.8%，河流全长约3 500 km，为长江全长的55.5%。金沙江上游地区海拔4 500～5 500 m，河谷深切，呈现高原－高山峡谷地貌景观。

旭龙水电站地处东经99°02′～99°11′，北纬28°35′～29°27′，位于云南省德钦县与四川省得荣县交界的金沙江干流上游河段［15］，下游距奔子栏镇72.8 km，上游距规划的昌波坝址75.5 km。旭龙水电站的开发任务以发电为主，并促进地区经济社会发展。旭龙水电站水库总库容8.47亿m3，电站总装机容量2 400 MW，最大坝高213 m，为一等大（1）型工程。坝址控制流域面积19 万km²，多年平均流量990 m³/s，多年平均年径流量313 亿m³。

旭龙水电站施工临时设施总占地面积为131.89 hm2，其中左岸占地面积为39.04 hm2，右岸占地面积为92.85 hm2。主要生产企业包括1 号和2 号共2 座砂石加工系统，均采用两班制生产，系统设计成品料生产能力分别为780和400 t/h；高线和低线2 座混凝土生产系统；1 个机械修配厂和1 个汽车维修、保养停放场；3个施工营地和1个现场建设管理营地。

2 材料与方法

2.1 数据来源

贺龙桥断面2014-2018年的水质资料为金沙江干流国控断面的常规监测数据，位于旭龙坝下85 km。2019年3月、4月和7月又委托云南省迪庆州环境监测站对旭龙水电站库区和坝下河段地表水环境进行监测，在干流库尾、库中、坝前和坝下共设置4 个监测断面，监测指标为水温、pH、溶解氧、氨氮、总磷、石油类、COD、BOD5、阴离子表面活性剂、高锰酸盐指数、粪大肠菌群、挥发酚、硫化物、氟化物、悬浮物、汞、砷、硒、铜、铅、锌、镉、铁、铬（六价）。

2.2 研究方法

2.2.1 水质评价

采用单项水质参数评价，即选用标准指数法对地表水水质现状进行评价，单项水质参数i在j点的标准指数的计算采用公式（1）：

式中：Si，j为单项水质参数i在j点的标准指数；Ci，j为污染物i在监测点j的浓度，mg/L；Csi为水质参数i的地表水水质标准，mg/L。溶解氧（DO）标准指数的计算采用公式（2）或公式（3）：

式中：SDO，j为单项水质参数DO在j点的标准指数；DOj为水质参数DO在j点的浓度，mg/L；DOf为饱和溶解氧浓度，mg/L，DOf=468/（31.6+T）；DOs为溶解氧的地表水水质标准，mg/L。

pH值标准指数的计算采用公式（4）或公式（5）：

式中：SpH，j为单项水质参数pH 在j点的标准指数；pHj为水质参数pH 在j点的浓度；pHsd为地表水水质标准中规定的pH 值下限；pHsu为地表水水质标准中规定的pH值上限。

2.2.2 水质预测模型

（1）生活污水排放水质预测。生活污水选择COD 作为预测因子，采用公式（6）和（7）所示的非持久污染物岸边排放二维稳态混合衰减模式进行预测［16］。

式中：c（x，y）为预测点污染物浓度，mg/L；x为预测点x方向坐标值，m；y为预测点离排放口的横向距离，m；K1为河流中污染物降解系数，1/d；cp为污水中污染物的浓度，mg/L；Qp为污水流量，m³/s；ch为河流上游污染物的浓度（本底浓度），mg/L；H为河流平均水深，m；My为河流横向混合（弥散）系数，m²/s；u为河流流速，m/s；B为河流平均宽度，m；π 为圆周率；g为取9.8 m²/s；I为河流比降。

（2）砂石加工系统生产废水排放水质预测。砂石料冲洗废水中主要污染物为SS，选择SS 作为预测因子。混合过程段采用公式（8）所示的持久性污染物岸边排放二维稳态混合模式，各参数意义同公式（1）和（2）。

2.2.3 计算条件和参数拟定

（1）计算条件。考虑最不利情况，设计流量选取坝址实测最小日均流量160 m³/s，排污口所在断面流速约为1.25 m/s。COD 初始浓度采用坝址断面枯水期水质实测数据，取13.8 mg/L；SS初始浓度类比该河段其他工程实测数据，取10 mg/L。

（2）参数拟定。工程所在金沙江上游河段，水流湍急，参照金沙江上游同类工程（所在同河段河流特征具有一定相似性的拉哇、叶巴滩、苏洼龙水电站以及金沙江中游的乌东德水电站），COD 降解系数K1值取1.5d-1。采用泰勒法确定横向混合系数My，即公式（7）。

3 结果与讨论

3.1 研究区水质现状

按照2011年国务院批准的《全国重要江河湖泊水功能区划（2011-2030）》，旭龙水电站库区和坝区均位于金沙江川藏滇缓冲区内，工程所在河段执行地表水Ⅱ类水质标准。

金沙江上游河段人口分布少，社会经济落后，基本无工业企业，河段水体污染源简单，污染负荷低，主要是生活污染源和地表径流带来的面污染源。根据2014-2018年贺龙桥断面的水质监测数据，其水质基本满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅱ类水质要求。根据2019年开展的旭龙水电站所在库区和坝下河段地表水的三期监测，其干支流水环境均满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅱ类水质要求（图2）。

3.2 施工期水污染源强

旭龙水电站工程施工期对水环境的影响源主要为生产废水和生活污水。其中生产废水包括砂石料加工系统废水、混凝土拌和系统废水、施工机械冲洗废水、洞室废水、基坑排水等［17，18］，生活污水主要为施工营地排放的污水。根据水利水电工程施工特点、旭龙水电站施工组织设计和环境影响评价要求，工程施工期的水污染源主要以砂石加工系统废水和营地生活污水为主，其余废水量较少，且废水全部处理后回用，施工期实现废水零排放。但在污水处理设施突然发生故障、或者失灵等事故情况下，施工期废污水将对金沙江水环境造成不利影响。因此，选取砂石加工系统和生活营地的污水为例，开展事故情况下的水环境影响分析，为旭龙水电站施工期废污水事故排放风险防范措施的选择提供科学支撑。

（1）砂石加工系统生产废水。根据施工布置，工程共布设2个砂石料加工系统。其中，1 号砂石加工系统设计处理能力为1 000 t/h，成品料生产能力为780 t/h，2 号砂石加工系统设计处理能力为480 t/h，成品料生产能力为400 t/h。两处砂石加工系统用水量分别约为850和460 m³/h，产生的废水量分别为680和368 m³/h，均为两班制生产。砂石骨料经过筛分后进行冲洗，废水中主要含颗粒细小的石粉，悬浮物浓度较高。根据本工程砂石料料源特征，SS 浓度约100 000 mg/L。生产废水经处理后均回用于本系统，考虑砂石料自身带走以及渗漏、蒸发等因素损耗20%，废水处理系统渗漏蒸发20%，可回用水量分别为544和294 m³/h（图3和图4）。

（2）生活污水。生活污水主要来源于3 个施工营地和现场建设管理营地。生活污水中主要污染物来源于排泄物、食物残渣、洗涤剂等，生活污水污染物指标：COD 浓度一般为400 mg/L，BOD5浓度在200 mg/L左右，NH3-N浓度一般为35 mg/L。

根据施工组织设计，参照《城市居民生活用水量标准》（GB/T50331-2002）和《水电水利工程施工压缩空气、供水、供电系统设计导则》（DL/T5124-2001）中第四类第五区用水量标准，施工人员生活用水量取120 L/（人•d），废水产生量为用水量的80%。3 号施工营地高峰施工人数约2 740 人，距金沙江直线距离约130 m，高程在2 255～2 265 m 之间。按照每人每天用水120 L，生活废水排放系数为0.8计算，3号施工营地高峰期产生生活废水量为329 m³/d（表1）。事故排放情况下，COD 排放浓度取400 mg/L。

表1 施工生活污水统计表Tab.1 Statistics of domestic sewage during construction period

3.3 施工期水环境影响

3.3.1 生活污水事故排放对水环境的影响

生活污水事故排放预测以排污量较大的3号施工营地生活废水为代表，分析其事故排放对金沙江水体的影响。

根据预测（图5），3号施工营地生活污水事故排放至金沙江后，横向影响范围主要在排污口距离岸边4 m的范围内，纵向影响范围主要在排污口下游200 m范围内。事故情况下，3号施工营地生活污水排污口所在岸边COD 浓度最大，为14.3 mg/L，较背景浓度13.8 mg/L 的最大增量为0.5 mg/L。生活污水事故排放情况下，排污口在下游200 m 处全部自净到背景值。由于金沙江流量大，水量充沛，生活污水量较小，因此，工程施工区生活污水排放产生的污染带范围有限。

3.3.2 砂石料加工系统生产废水事故排放对水环境的影响

砂石料加工系统生产废水事故排放预测以排污量较大的1号砂石加工系统冲洗废水为代表，分析其事故排放对金沙江水质的影响。

根据预测（图6），在枯水期，废水事故排放在金沙江中形成的污染带长度可到16.5 km，距离排放口越近，其SS浓度增量越大；随着向下游的延伸，增量逐渐减小。枯水期距离排放口5 m处的SS 增量最大约为6 714 mg/L。1 号砂石加工废水故事排放金沙江干流至充分混合后，SS 浓度值为134 mg/L，约为河流本底值的13.4倍，SS增量为124 mg/L，对河流水质影响明显。

4 结 论

文章以金沙江旭龙水电站为例，评价了现状条件下研究河段的水环境的质量，预测了旭龙水电站施工期砂石加工系统及生活污水事故排放情况下对金沙江水环境的影响。金沙江上游旭龙水电站所在河段现状条件下水质良好，基本满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅱ类水质要求。施工营地生活污水事故排放情况下，横向影响范围主要在排污口距离岸边4 m 的范围内，纵向影响范围主要在排污口下游200 m 范围内，排污口COD 浓度较背景浓度最大增量为0.5 mg/L，影响有限。砂石加工系统生产废水事故排放情况下，SS 污染带长度可达16.5 km，影响程度高，与金沙江干流水体充分混合后，SS浓度约为河流本底值的13.4 倍。对砂石加工系统生产废水需采取措施处理后回用，实现废水零排放，同时必须加强管控，严防事故排放。

在生态文明新形势下，水利水电工程施工期应尽量开展节水和废污水处理后回用的研究，以实现节水、降低污水处理成本、废水零排放的目的，助力长江大保护。 □