浅谈利用水利工程保障生态流量改善水环境的思考

刘长荣，赵汉哲，王瀚琦

（1.黑龙江省农村水利水电保障中心，哈尔滨 150040；2.哈尔滨工业大学，哈尔滨 150006；3.吉林大学，长春 130015）

黑龙江省地处高寒地区，冬季时间长，内地河流松花江冰封期长达近5 个月，冰封期，松花江流速减缓，污染物讲解能力减弱，有毒有机物污染浓度加大，如何能够有效改善水环境，是高寒地区需要在水环境治理中特别值得研究的一项工作。

1 水质变化情况

尽管枯水期与丰水期水量变化大，但是松花江水中的COD 和氨氮浓度并未出现较大变化，但水中溶解氧浓度随季节的变化表现出不同对氯，冰封枯水期，浓度较低，见图1。

图1 松花江哈尔滨段全年溶解氧变化情况

松花江冰封枯水期溶解氧含量处于全年最亏值，水期松花江干流及主要支流河口严重亏氧，表现出严重的污染特征。同时由于流量减小流速降低，有机污染物浓度加大，致使水体水质污染加剧[1]。

2 冰封枯水期污染物特性

冰封枯水期有机污染物质的降解影响水中溶解氧含量。以松花江哈尔滨一通河江段（哈通江段）水体自净降解规律为例分析冰封枯水期污染物削减规律。

哈一通江段属平原河流，河床变化小，其间有几条支流（只在夏季有水，冬季枯水期近乎干竭断流)汇入。哈一通江段冰封期为140d 左右，冰层厚度达0.8～1.0m，冰面雪层覆盖厚度约为0.1m左右。冰下水温0～0.2℃。

以大顶子山这一基本混合断面作为研究江水自净的起始断面，在大顶子山断面至通河江段主航道上布设采样点，采用江上水团追踪实测，进行溶解氧和生化需氧量分析，建立冰封期有机物生化自净的数学模式，流经时间为6d 的自净过程如图2 所示。

图2 水体生化需氧量与溶解氧变化

由图2 可知，生化需氧量随着时间的延长而呈指数规律降低，同时伴随着溶解氧的降低，说明水体存在字净作用。

3 冰封枯水期对水环境的影响

3.1 耗氧需氧影响水生态环境系统平衡

在冬季，松花江由于冰雪覆盖，最大冰层厚度达1.0m。虽在个别地方因急流不成冰，成为清沟，但其面积与整个江面相比甚小，冰封期大气复氧几乎完全停止，光合作用减弱。随着有机物的降解，消耗水体中的溶解氧，破坏了水体中耗氧、复氧过程的平衡。加之冬季长达五个多月的冰封期，江水复氧过程受阻，致使水体中溶解氧含量低于鱼类越冬期间正常生命活动所需的溶解氧，造成鱼类窒息死亡，使多种水生生物赖以生存的生态与环境遭到不同程度的破坏。

3.2 冰封期河流水质对渔业具有较大影响

松花江哈尔滨段监测断面DO 值变化情况，见图3。

图3 松花江哈尔滨段监测断面DO 值变化情况

由图3 可知，松花江哈尔滨段溶解氧数值呈递减趋势。冬季冰封期间，溶解氧数值远远低于渔业水质标准要求，使渔业资源和渔业生态与环境遭到破坏[2-3]。

3.3 冰封枯水期有机毒物污染较大

松花江每年约有5 个月的冰封期，此期间冰层厚度可达1.0m 左右，水温0～1℃。在松花江的冰封期，水温低，不易于有机污染物的微生物降解，有机污染物的降解作用十分缓慢，江水中溶解氧含量很低，几乎没有氧参与有机污染物的降解作用，且由于冰封期流量较小，使有机毒物浓度相对增高。

3.4 冰封枯水期污染处理

冰封枯水期有毒有机物的污染松花江流域的冰封枯水期，冰层覆盖使有毒有机物隔断了挥发迁移途径，有毒有机物的光解能力差，水量小，致使水体污染呈有毒有机物特征。

如何使用污水处理厂进行处理。冬季冰封期与非冰封期进出水去除效率随温度变化，黑龙江省污水处理厂以活性污泥法为主的生化处理工艺，温度对污水生物处理工艺的运行状况有影响，表现在较低温度下污水处理效率低。要适应冬季污水处理要求，采用提高污水温度的方法，提高污水处理效率。要注意适应水质和温度的变化，污水进水浓度较低时，可以采用传统活性污泥工艺；进水浓度较高或水质变化大时，要采用强化的生物处理工艺或生物膜工艺；需脱氮除磷时，应选择相应的工艺和参数。通过不断提高污水处理能力降低污水排放强度，加强水体纳污能力。

4 利用水利工程对冰封枯水期生态流量调解改善水环境

松花江流域冰封期，江水温度低，加剧了流域环境污染程度，表现在流量小、复氧能力差、水中溶解氧含量低，产生了一系列环境问题。同时松花江流域还面临季节性洪水和季节性枯水交替出现的问题。松花江流域发生的洪水主要是由降雨造成的，而不是由融雪造成的。流域内几乎全部的暴雨(84%)通常都发生在7 月和8 月，而且降雨时间长、强度大。这样，一方面大量的水资源短期内随洪水流失，一方面流域性缺水每年都要发生。水利调控措施的建设对于缓解流域性缺水、改善冰封枯水期水环境质量具有重要作用[4-5]。

4.1 水利工程的调控作用

1）丰满水库水利工程对松花江哈尔滨段水文调控作用松花江上游丰满水库建设对哈尔滨段水文环境的影响说明，水利工程对水文环境的改善起着极为重要的作用。丰满水库的建设大大提高了松花江最小流量，年最小流量最小值建库后比建库前明显增大6.3 倍。丰满水库提高了枯水期所占年径流量的百分数，减少了最丰水年与最枯水年径流量年平均值之比。可见，丰满水库对松花江哈尔滨江段丰、枯水量具有很好的调蓄作用，大幅度提高了枯水期流量，对于松花江哈尔滨江段水环境的改善起到了很好作用。

2）尼尔基水库对哈尔滨江段的调控作用尼尔基水库投入运行之后，流域内工农业用水和生态与环境用水量将大幅度提高。城市用水状况将好于现状水平并解决下游湿地生态与环境用水问题，保护下游湿地和解决渔苇养殖业用水，对松花江流域生态流量保障起到很好作用。

3）大顶山航电枢纽工程，对改善哈尔滨市水环境起到重要作用，大顶子山航电枢纽工程的建立，大大改善了哈尔滨段水生态环境，对保证冰封枯水期生态流量起到至关重要的作用。

4.2 利用水利工程调解流域及区域生态需水量

水利枢纽进入正常运营期后，使江水从自然流淌状态变成有序控制状态。在保证下游工农业用水的同时，确保下游城市和湿地的环境用水，应当控制坝下最小放流量，即优化配置控制坝下最小放流。随着新的治水思路的实施，更加重视生态与环境的保护，在新的水利工程建设中将更多地考虑生态与环境的用水需求。随着水利枢纽工程的建成，干流及支流具备一定的调节能力。针对松花江水量调节能力低的特点，可以利用水利工程，通过补水控制枯水期、冰封期松花江，加大枯水期的稀释水量，补充下游生态与环境用水，保证枯水期一定的径流量。松花江冰封期低温条件下水体污染加剧，但是丰水期水量充沛。也可考虑通过“枯储丰排”的方式减少枯水期的环境污染危害，充分利用丰水期的环境容量，降低污染物含量。未来水资源配置、水资源开发利用，将首先满足河道内最小生态流量需求，通过满足河道最小生态流量来调解生态环境，只有可持续发展才能有效提升制生态环境的良性发展，“绿水青山”也是可实行的梦想[6-7]。

松花江是一个复杂的生态系统，松花江冰封期长达五个月，冰封枯水期松花江水质差，复氧能力低，溶解氧数值处于全年最低值，冰封枯水期松花江具有有机污染，物降解作用，同时消耗水中溶解氧。改善松花江流域水环境质量，应采取水污染防治与水利调控并举措施，保证生态用水和有效控制水污染，建立多元化的生态修复途径与技术体系，通过工程技术相结合，有效改善松花江流域水生态环境。