改善慈溪市中心城區(qū)河網(wǎng)水質(zhì)調(diào)水量分析

樊任華,羅國棟,陳明軍,謝其華

(1.慈溪市水利建筑勘測設(shè)計院有限公司,浙江 慈溪 315300;2.慈溪市建設(shè)局城河整治工作辦公室,浙江 慈溪 315300)

1 問題的提出

引清調(diào)水的目的在于 “以動治靜,以清釋污,以豐補枯,改善水質(zhì)”。在缺乏充足的水源,短時間內(nèi)污染難以控制的地區(qū),引清釋污是一種有效、快捷的緩解水質(zhì)惡化的手段[1-3]。慈溪市屬于資源性缺水兼水質(zhì)型缺水的平原河網(wǎng)城市[4]。為緩解水資源短缺的壓力,慈溪市采取了多項引水工程措施,其中從姚江引水和從曹娥江引水定位成部分用于改善慈溪城區(qū)的環(huán)境景觀和工農(nóng)業(yè)用水重要水源。

慈溪市中心城區(qū)南起前應(yīng)路,北至潮塘橫江,東起一灶江、彭橋直江,西至漾山路江所構(gòu)成的區(qū)域,總面積約34 km2,涉及滸山、宗漢、坎敦、白沙、古塘五個街道和橫河鎮(zhèn)部分地區(qū)。慈溪境內(nèi)自東向西有東河、中河、西河和西北河4大水系。中心城區(qū)地處中河水系,擬封閉成小水系,正常水位1.75～1.95 m(85國家高程,下同),位置如圖1。區(qū)域內(nèi)共有潮塘橫江、漾山路江和新城河(規(guī)劃)3條骨干通過;2條一類河道分別是滸山江和周家路江;其它的二類、三類及三類以下河道數(shù)目較多,河道縱橫交錯,分布雜亂,屬典型的平原河網(wǎng)體系?，F(xiàn)狀情況下,幾種水位所對應(yīng)的庫容量如表1所示。

表1 4種水位下的河網(wǎng)蓄水容量表萬m3

圖1 中心城區(qū)位置圖

近年來中心城區(qū)由于大量的生活、生產(chǎn)污廢水直排內(nèi)河,內(nèi)河水體流動緩慢,自凈能力差,河網(wǎng)水黑臭的狀況較為嚴(yán)重。市委、市政府高度重視中心城區(qū)水環(huán)境改善的問題,制定了“五大工程”的實施方案。引水環(huán)通被列入其重要的工程之一,即在采用工程措施改善中心城區(qū)水動力條件的前提下,借助曹娥江引水釋污來改善水質(zhì)和提高水環(huán)境容量。但如何確保投入大量資金、長距離調(diào)入的有限的曹娥江水能最大限度地發(fā)揮改善水環(huán)境的作用是各方關(guān)注的焦點。本文重點分析在現(xiàn)實條件下,一定的時間內(nèi)為明顯改善中心城區(qū)的水質(zhì)所需要的外部引水量和流量問題,以為決策提供依據(jù)。

2 計算條件

2.1 引水水質(zhì)

中心城區(qū)可補充水量有天然降水、外部曹娥江引水和姚江引水。姚江引水作為補充水源,定位在改善城區(qū)南部區(qū)塊的水環(huán)境和水質(zhì)。本文的釋污水源為曹娥江引水。入慈年引水2.4億m3,取水為Ⅲ～Ⅳ類水[5]。考慮到引水經(jīng)過余姚和上虞,到達慈溪中心城區(qū)的水質(zhì)可能變差,為保障引水安全,引水改善環(huán)境效果更明顯,取進入中心的水質(zhì)為Ⅳ類上限(低于Ⅳ類上限,不經(jīng)處理不引入城區(qū))較為合理,CODcr,NH3-N濃度限值見表2[6]。

表2 地表水主要指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限值表 mg/L

2.2 排污量及納污量

慈溪市中心城區(qū)范圍內(nèi)污染源主要包括工業(yè)污染源、生活污染源2部分。由于沒有詳細的污染排放量和實地調(diào)查資料,本次排污分析采用 《慈溪市城區(qū)河道綜合整治規(guī)劃》中對2010年污染源排放量的預(yù)測數(shù)據(jù)。目前進入教場山污水處理廠的污水,已經(jīng)深度處理,排出的中水可作為城市環(huán)境景觀用水,不作為污水統(tǒng)計。因此到2010年污染源綜合排污量如表3所示。

表3 2010年中心城區(qū)排污量表 t/a

2.3 城區(qū)河道現(xiàn)狀水質(zhì)

慈溪市中心城區(qū)河道呈網(wǎng)狀水系特點,河流縱橫交錯,水體流動緩慢;加上本地水資源缺乏,又缺少客水的補充,故城區(qū)河道的水環(huán)境容量較小。由于生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)污染源的過量排入,城區(qū)河網(wǎng)水質(zhì)污染嚴(yán)重,河道黑臭對慈溪市的城市形象造成極大損害。根據(jù)水質(zhì)評價分析表明,城區(qū)河道水質(zhì)均劣于V類,水體以有機污染為主,各指標(biāo)均超標(biāo)嚴(yán)重。2003年新城河的水質(zhì)CODcr指標(biāo)達104.25 mg/L。

經(jīng)過近幾年城區(qū)河道的綜合治理,特別是“五大工程”的實施,基本清除了河底淤泥,截污系統(tǒng)逐步健全、完善,生態(tài)修復(fù)手段相繼開展,使城河水系水質(zhì)有了明顯的好轉(zhuǎn)。據(jù)2009年6月慈溪市環(huán)保局和城區(qū)河道管理辦公室聯(lián)合監(jiān)測的各斷面的水質(zhì)資料,知現(xiàn)狀CODcr平均約為70 mg/L。

3 引水流量和時間

3.1 計算方法

引水不考慮降雨因素,根據(jù)物質(zhì)平衡原理,假定把城區(qū)河網(wǎng)看成1個湖泊,對城區(qū)建立污染物平衡方程進行估算[2,7-8]。

式中,Q1,Q2分別為城區(qū)蓄水容量和引水量;C1,C2,C分別為城區(qū)河網(wǎng)水質(zhì)濃度,引水水質(zhì)濃度,目標(biāo)水質(zhì)濃度;qi為排入的污染量;K為污染物綜合降解系數(shù),取0.02/d[9]。

3.2 引水量及流量

按照城區(qū)用水的調(diào)度方式,調(diào)水初期水位為正常低水位1.75 m,改善城區(qū)水環(huán)境要求在短時間內(nèi)見到成效,由劣Ⅴ類達到Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。按照實際要求本文擬定以下3種方案,分別確定合理的調(diào)水流量和水量。從正常低水位1.75 m開始調(diào)水入城,分別要求7,10,15 d要達到既定的目標(biāo)水質(zhì),所需要的水量和流量 (見表4)。在正常水位條件下,慈溪市中心城區(qū)的河網(wǎng)水庫容見表1。考慮到部分規(guī)模較小的河道水流難以流到,引清調(diào)水時水體交換程度低,水體交換的河道主要以二類及三類規(guī)模以上河道為有效水體,計算水量為307.8萬m3。

表4 正常水位下滿足CODcr指標(biāo)所需要的調(diào)水水量和流量表

3.3 為保持引水目標(biāo)效果的日需水量

在短時間內(nèi)換水成功,水質(zhì)達到Ⅴ類水后,其河網(wǎng)水環(huán)境尚有一定的承受能力。在截污尚未完善的情況下,為了不至于使水質(zhì)超標(biāo),水環(huán)境再次惡化;必須保障一定的流量,以維持河道的健康。仍把城區(qū)河網(wǎng)看成1個湖泊,由水環(huán)境容量公式計算,保持引水后的效果所需要的流量,計算采用式(2),結(jié)果見表5。

式中,W為水環(huán)境容量(允許納污量),Q為入流斷面流量,CS為某類水質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn),C0為入流斷面水質(zhì)濃度,K為為污染物降解系數(shù),V為水體體積,q為旁側(cè)入流流量。中心城區(qū)為獨立水系,無旁側(cè)入流量。

表5 保持水質(zhì)指標(biāo)所需要的引清量

4 結(jié) 語

(1)在現(xiàn)狀污水處理系統(tǒng)和截污尚未完善的情況下,污染源難以在短時間內(nèi)得到控制,利用水利工程適時引入清潔水源,可以增加水體流動,明顯的提高水環(huán)境容量,稀釋污染,短時間改善城區(qū)水質(zhì),是一種快速的、有效的輔助應(yīng)急措施。

(2)針對慈溪市城區(qū)河道環(huán)境,綜合考慮調(diào)水方案要短時間內(nèi)改善城區(qū)水質(zhì)的角度出發(fā),10 d改善水質(zhì),配置引水流量11.2 m3/s是適宜的。

(3)本文分析水質(zhì)指標(biāo)較少,可以作為類似工程確定流量和相關(guān)部門決策的參考。

(4)引水改善河道水環(huán)境只是一種有效的輔助應(yīng)急手段。增加引水量和截污將產(chǎn)生同樣的效果。因此治理城區(qū)河道,要標(biāo)本兼治,城區(qū)河網(wǎng)內(nèi)污染源治理與外流域引水并舉,方能收到事半功倍之效。

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