牡丹江水质综合保障技术及工程示范研究

牡丹江是松花江汇入中俄界河黑龙江之前的最大支流，流域内既存在多座梯级电站引发的水文型水生态退化问题，又有典型的工业源、城镇生活源以及农业源排放造成的水质下降问题，是松花江流域水环境问题的典型代表。“十二五”期间，随着牡丹江流域经济的快速发展，环境污染负荷加大，增加了流域水质保障的压力和难度，社会经济发展面临着如何保障水质安全的严峻挑战。
本书以保障松花江支流水质安全为目标，以最终保障松花江下游和国际界河黑龙江水质安全为出发点，依照“以支促干”的治污理念、“一河一策”的治污模式、统筹治理方式、流域发展模式以及监管方式的研究思路，研发并构建寒冷地区水质综合保障体系。研究成果已应用于《牡丹江市水污染防治工作方案》《重点流域水污染防治规划》（“松花江流域”部分）、《牡丹江市生态环境保护“十三五”规划》（“水污染防治规划”部分）等，使牡丹江全流域“十二五”时期水质持续改善，同时也支撑了牡丹江市水生态文明试点城市建设，保障了敏感型跨界河流松花江支流牡丹江的水生态安全。
本书是在国家水体污染控制与治理科技重大专项“牡丹江水质综合保障技术及工程示范研究”课题（课题编号2012ZX07201—002）研究成果基础上，加以凝练、补充和完善而成的，是课题组集体智慧的结晶。本书其他编著者还包括王凤鹭、刘昭伟、吴越、邱珊、潘保原、马鸿志、董彭旭、高明、侯文华、赵文茹、赫俊国、汪群慧、李晶、孙伟光、左彦东、范元国、冯广明、郭春生、王飞、苑庆伟、黄炳辉、李广来、曲茉莉、刘侨博、耿峰、孙准天、赵文靓、叶珍、于振波、周军、邢佳、李冬茹、张茹松。
本课题的研究和专著撰写过程得到了中国环境科学研究院周岳溪研究员、孟凡生博士，中国科学院生态环境研究中心单保庆研究员，北京林业大学孙德智教授等的精心指导及黑龙江省生态环境厅、牡丹江市生态环境局、牡丹江市环境监测中心站、牡丹江市环境宣教信息中心、牡丹江市水务局、海林农场等单位的大力支持，在此一并致谢！
本书研发的寒冷地区水质综合保障体系可为北方寒冷地区河流水质保障提供治理经验和案例，将来可推广复制到黑龙江省其他流域，供相关领域管理人员、技术人员参考。由于作者水平有限，书中难免存在不妥之处，敬请广大读者批评指正。

编著者
2020年5月

本书基于牡丹江流域水环境特征，系统分析了流域主要水环境问题和技术需求，着重阐述了关键技术研发进展及工程示范区建设，对研究成果进行了总结概括。关键技术研发主要包括：基于水质改善的牡丹江流域经济发展模式，典型城市内河水质保障技术研究与示范，面源污染型河流综合整治关键技术研究与示范，梯级电站建设的生态补偿关键技术研究以及牡丹江水环境质量监测预警体系研究等。
本书可为寒冷地区水质保障提供理论和技术支持，对相关科研人员、技术人员和环境管理人员具有重要参考价值。

1水质综合保障技术研究进展001
1.1产业结构调整优化研究进展001
1.1.1水环境与经济关系研究现状001
1.1.2产业结构调整模型研究进展002
1.2水质综合评价研究现状004
1.3河流水生态治理技术进展005
1.3.1生物-生态修复集成技术进展006
1.3.2河道综合整治污染物阻控集成技术进展008
1.4污水厂深度处理技术进展011
1.4.1低C/N污水处理技术研究现状011
1.4.2以A2/O为基础的内部碳源利用技术进展012
1.4.3低温污水处理技术研究现状013
1.5面源污染控制研究技术进展014
1.5.1村镇污水处理技术现状及进展014
1.5.2畜禽粪便处置技术进展015
1.5.3化肥绿色替代技术进展016
1.5.4雨水截流技术进展017
1.6梯级电站建设的生态环境效益补偿关键技术研究进展018
1.7水质预测预警技术研究进展020
1.7.1水质模型技术进展020
1.7.2GIS支持下的水质预警系统研究进展022
1.7.3寒冷地区水质预警预测研究进展024

2牡丹江流域水环境特征026
2.1牡丹江流域自然地理和社会经济概况026
2.1.1基本概况026
2.1.2地形地貌026
2.1.3气象水文026
2.1.4水系结构027
2.1.5土地利用030
2.1.6社会经济031
2.2牡丹江流域水资源利用与水功能区划032
2.2.1水资源开发利用现状分析032
2.2.2水功能区划036
2.3牡丹江流域水质与污染排放现状037
2.3.1水污染物排放状况分析037
2.3.2干、支流水质情况分析040
2.4牡丹江流域水生态特征分析051
2.4.1大型底栖动物调查051
2.4.2浮游植物调查058
2.4.3鱼类资源调查067
2.5基于底栖动物的河流健康评价072
2.5.1评价方法072
2.5.2评价结果及分析074
2.6基于DPSIR模型的牡丹江水环境安全评价075
2.6.1DPSIR模型基本原理075
2.6.2牡丹江市水环境安全评价指标体系构建076
2.6.3指标等级划分079
2.6.4权重值计算080

3牡丹江流域水环境问题识别及技术需求091
3.1工业布局不合理、经济增长模式粗放091
3.1.1牡丹江流域产业结构偏水度研究091
3.1.2产业结构分析097
3.1.3经济活动对流域水环境影响研究120
3.1.4产业结构优化和经济发展模式调整技术需求134
3.2城市内河污染威胁牡丹江水质安全134
3.2.1牡丹江流域城市内河污染特征134
3.2.2北安河污染源结构及污染特点135
3.2.3北安河水环境问题解析136
3.2.4北安河污染治理与生态修复技术需求137
3.3农业面源污染负荷增加、控制难度大137
3.3.1牡丹江流域农业面源污染特征137
3.3.2海浪河污染源结构及污染特点139
3.3.3海浪河水环境问题解析139
3.3.4海浪河支流牛尾巴河污染治理技术需求140
3.4不断增多的水电工程导致生态退化141
3.4.1牡丹江流域水电工程建设概况141
3.4.2干支流耦合的水动力-水质模型143
3.4.3水电工程影响下的牡丹江水文过程变化规律151
3.4.4水电工程影响下的牡丹江水生生物变化规律156
3.4.5减缓调峰水流生态影响的技术需求179
3.5牡丹江流域环境监测及预警能力薄弱180
3.5.1牡丹江流域环境能力建设概况180
3.5.2牡丹江流域监测及预警能力分析181
3.5.3牡丹江流域监测及预警能力提升技术需求181

4关键技术研发进展及示范183
4.1基于水质改善的牡丹江流域经济发展模式183
4.1.1牡丹江产业结构调整优化模型的建立183
4.1.2牡丹江产业结构调整方案188
4.1.3牡丹江市工业结构调整方案优选198
4.1.4牡丹江市产业结构调整建议199
4.1.5牡丹江主要支流水质保障方案203
4.2典型城市内河水质保障技术研究与示范——北安河生态恢复关键技术研究与示范224
4.2.1河道植被多样性的恢复224
4.2.2河流底栖生态系统的恢复239
4.2.3近自然河滨带的构建251
4.2.4污水处理厂深度处理技术及中试示范263
4.2.5北方污染河流生态恢复技术276
4.3面源污染型河流综合整治关键技术研究与示范——海林农场牛尾巴河流域综合整治关键技术研究与示范278
4.3.1小城镇污水处理278
4.3.2畜禽废弃物处置292
4.3.3化肥减量及绿色替代316
4.3.4雨水高效截污325
4.3.5面源污染综合防控体系336
4.4梯级电站建设的生态补偿关键技术研究337
4.4.1减缓调峰水流生态影响的应对措施及效果分析337
4.4.2减缓调峰水流生态影响的补偿方案346
4.4.3北安河汇流污染混合区的监测与模拟351
4.5牡丹江水环境质量监测预警体系研究358
4.5.1基于生物与理化指标的牡丹江流域水环境监控体系研究358
4.5.2水环境质量预警模型研究365
4.5.3牡丹江水环境质量保障预警决策支持系统研究379

5示范区建设408
5.1北安河生态恢复关键技术示范区408
5.1.1概况408
5.1.2依托工程建设情况408
5.1.3示范区成效409
5.1.4示范工程的后续维护和保障410
5.2牡丹江流域面源综合整治关键技术示范区411
5.2.1概况411
5.2.2依托工程建设情况411
5.2.3示范区成效412
5.2.4示范工程的后续维护和保障412

6结论414
6.1研究成果414
6.2成果应用418

参考文献421