上塘河引調(diào)水改善河流水質(zhì)效果研究

□王留鋒（鄭州市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

上塘河引調(diào)水改善河流水質(zhì)效果研究

□王留鋒（鄭州市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

由于我國(guó)河流網(wǎng)絡(luò)密布的特點(diǎn)，所以河流的流向呈現(xiàn)出復(fù)雜的特性，從其他地方引調(diào)水改善河流水質(zhì)就受到眾多的約束。根據(jù)河流的污染狀況合理進(jìn)行引調(diào)水工作，能夠在完成改善水質(zhì)任務(wù)的同時(shí)，獲得最大的經(jīng)濟(jì)利益，實(shí)驗(yàn)證明階段性引調(diào)水方式能夠產(chǎn)生最好的效果。文章主要探討引調(diào)水改善河流水質(zhì)的效果，通過(guò)特定的研究對(duì)象分析，給出引調(diào)水改善河流水質(zhì)的效果。

D H I專(zhuān)業(yè)水資源分析軟件模型；引調(diào)水；改善水質(zhì)；河湖連通

0　前言

引調(diào)水是改善河流水質(zhì)的方式之一，也是在短時(shí)間內(nèi)使河流水質(zhì)達(dá)標(biāo)的最有效方式。但我國(guó)的平原地帶河流眾多，在河流流動(dòng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)河水回流、水流受阻水位升高的現(xiàn)象，所以在進(jìn)行引調(diào)水過(guò)程中要綜合考慮多方面因素制定出合理的引流方案。文章主要運(yùn)用DHI專(zhuān)業(yè)水資源分析軟件，對(duì)我國(guó)平原地帶河流引調(diào)水所產(chǎn)生的不同情況進(jìn)行分析，主要分析河流污染物濃度指標(biāo)。通過(guò)分析一系列的河流污染物濃度指標(biāo)，給出區(qū)域河流的水質(zhì)結(jié)果。

1　平原河流的引調(diào)水案例分析

河流水質(zhì)問(wèn)題是我國(guó)存在的主要環(huán)境污染問(wèn)題，而河流水質(zhì)的管理又是需要長(zhǎng)期努力的工作。根據(jù)相關(guān)河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)部門(mén)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，得出：目前在我國(guó)檢測(cè)的河流領(lǐng)域中，河流水質(zhì)為IV-劣V類(lèi)水質(zhì)的河流長(zhǎng)度占總河流長(zhǎng)度的40%左右。農(nóng)村相對(duì)城市而言河流水質(zhì)的情況較好，城市由于重污染工業(yè)的集聚，導(dǎo)致河流水質(zhì)嚴(yán)重不達(dá)標(biāo)。城市中的內(nèi)河、平原地區(qū)河流、鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)河流，在重工業(yè)過(guò)度排放中受到嚴(yán)重污染。所以我國(guó)的水資源管理部門(mén)才開(kāi)始實(shí)施引調(diào)水改善河流水質(zhì)的管理模式，通過(guò)河流、水庫(kù)的閘道對(duì)主要河流進(jìn)行管控，將污染嚴(yán)重的水源引入專(zhuān)門(mén)改善水源的區(qū)域，然后將達(dá)標(biāo)水源灌入受污染的河流區(qū)域，最終完成污染河流的治理工作。引調(diào)水通過(guò)處理污水、注入清水、持續(xù)供水、水資源循環(huán)的管理模式，從根本上改善水資源的水質(zhì)情況。

文章以我國(guó)平原地區(qū)的上塘河作為主要研究案例，上塘河是所有平原河流中的代表，該研究對(duì)象能夠起到普遍性的作用。上塘河主流長(zhǎng)度達(dá)到15.50 km，在上塘河流經(jīng)的區(qū)域有著較多的水閘、泵站、節(jié)制閘，能夠通過(guò)閘道控制水流的流量與流動(dòng)方向。原來(lái)的上塘河水流流量小、水質(zhì)的污染程度高，需要實(shí)施引調(diào)水進(jìn)行處理。城市東部具有多個(gè)引調(diào)水閘道，引調(diào)水通過(guò)閘道控制緩緩流入上塘河流域，上塘河在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的引調(diào)水方案實(shí)施后，水質(zhì)得到明顯的改善。運(yùn)用DHI專(zhuān)業(yè)水資源分析軟件，對(duì)上塘河流域引調(diào)水水量、引調(diào)水時(shí)長(zhǎng)、引調(diào)水管理模式等進(jìn)行分析，用準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)表明上塘河流域的引調(diào)水質(zhì)改善情況。通過(guò)分析得出：在對(duì)上塘河流域進(jìn)行短時(shí)間引調(diào)水供水后，上塘河流域水質(zhì)得到明顯改善；而長(zhǎng)時(shí)間供水所達(dá)到的水質(zhì)效果，與短時(shí)間供水的效果沒(méi)有明顯差別。因此選取短時(shí)間的引調(diào)水方案不僅能夠改善水質(zhì)，也能夠節(jié)約水資源，還能大大提高引調(diào)水效率。所以不定時(shí)的對(duì)污染河流進(jìn)行引調(diào)水工作，會(huì)獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。

2　引調(diào)水模型選用和參數(shù)率定

在河流引調(diào)水改善水質(zhì)的研究中，DHI專(zhuān)業(yè)水資源分析軟件起到巨大的作用。在北京奧運(yùn)會(huì)流水模擬、上海世博會(huì)的水體突發(fā)事件模擬、各地區(qū)水質(zhì)管理、城市洪水管理中，DHI專(zhuān)業(yè)水資源分析軟件都能起到巨大的作用。DHI專(zhuān)業(yè)水資源分析軟件主要是建立起DHI模型，管理人員能從DHI模型中了解到河流水質(zhì)的具體情況，也能實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)未來(lái)河流水質(zhì)變化情況。在對(duì)上塘河流域不同區(qū)域的水質(zhì)、水位、水流流量進(jìn)行檢測(cè)后，運(yùn)用DHI專(zhuān)業(yè)水資源分析軟件模擬上塘河在引調(diào)水過(guò)程中水流的情況。DHI專(zhuān)業(yè)水資源分析軟件主要分析水流運(yùn)行的路徑、以及污染水流與污染物的流動(dòng)情況，主要有以下幾方面：建立出降雨過(guò)程的河流水流流動(dòng)模型，模擬河流水流的水量與流動(dòng)方向；建立河流水流不同區(qū)域水流速度模型，對(duì)不同地區(qū)流速進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。經(jīng)過(guò)實(shí)地檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：上塘河流域存在的主要污染物為高錳酸鹽，該地區(qū)的高錳酸鹽含量嚴(yán)重超標(biāo)。根據(jù)檢測(cè)到的各區(qū)域水位流量、高錳酸鹽濃度資料，比較水動(dòng)力模型參數(shù)、水質(zhì)模型參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)存在的差別。

上塘河流域的不同地區(qū)有著不同的水動(dòng)力模型參數(shù)，根據(jù)上海、太湖平原降雨過(guò)程中河流的徑流模型，分析上塘河流域河流的流動(dòng)情況。我們從最終水位過(guò)程線、調(diào)查水位過(guò)程線兩者的擬合誤差中，選擇誤差最小的數(shù)據(jù)作為最終數(shù)據(jù)。其中將坡面流系數(shù)CQOF設(shè)為0.48，時(shí)間步長(zhǎng)取為5 s，空間步長(zhǎng)模型則是根據(jù)不同地區(qū)的河流情況進(jìn)行設(shè)定。上塘河流域河流的上邊界以流量過(guò)程為準(zhǔn)，下邊界以水位過(guò)程為準(zhǔn)，同時(shí)考慮檢測(cè)過(guò)程中的漲水情況與氣象情況進(jìn)行綜合分析。采用試錯(cuò)法對(duì)參數(shù)進(jìn)行率定，即通過(guò)調(diào)試各河道的糙率，計(jì)算水位過(guò)程線，使其與實(shí)測(cè)水位過(guò)程線相吻合。

由于河流的流動(dòng)以縱向流動(dòng)為主，所以河流中污染物在水流中的擴(kuò)散也以縱向擴(kuò)散系數(shù)為主要記錄數(shù)據(jù)。在平原中上塘河流域的縱向擴(kuò)散相比于橫向擴(kuò)散較弱，所以水質(zhì)模型參數(shù)分析中上塘河流域縱向擴(kuò)散系數(shù)需要控制在10～15m2/s間的差異。根據(jù)建立的水流水質(zhì)模型，統(tǒng)計(jì)不同閘道處水資源的高錳酸鹽濃度，將所有的高錳酸鹽濃度取平均值，再與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算得出：實(shí)際測(cè)試的高錳酸鹽濃度結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值相比，存在著5.50%～15.50%的偏差。在水流變化較為復(fù)雜的平原地區(qū)，該偏差的比例較小，而其他非平原地區(qū)高錳酸鹽濃度偏差較大。

3　引調(diào)水改善水質(zhì)效果分析

根據(jù)DHI專(zhuān)業(yè)水資源模型，模擬引調(diào)水對(duì)不同區(qū)域河流水質(zhì)的影響。假設(shè)開(kāi)始時(shí)上塘河流域的高錳酸鹽濃度為10.00mg/L，引調(diào)水的高錳酸鹽濃度為2.00mg/L。若引調(diào)水閘道釋放后水流流量為8m3/s，計(jì)算24h連續(xù)性引調(diào)水的水流量，計(jì)算12 h階段性引調(diào)水的水流量。同時(shí)也計(jì)算24 h連續(xù)性引調(diào)水后，河流中高錳酸鹽濃度；計(jì)算12 h階段性引調(diào)水后，河流中高錳酸鹽的濃度。然后再將水流流量增大至12，16m3/s，計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)的變化情況。通過(guò)分析得出：在連續(xù)性引調(diào)水、階段性引調(diào)水等多種引調(diào)水方式下，河流中高錳酸鹽濃度都有著不同程度的下降。當(dāng)引調(diào)水的水流時(shí)長(zhǎng)變長(zhǎng)、水流流量增大后，河流中高錳酸鹽的濃度下降明顯。

通過(guò)分析水流流量為8m3/s的連續(xù)性引調(diào)水和階段性引調(diào)水，得出的高錳酸鹽濃度值為3.39和3.40mg/L；水流流量為12m3/s的連續(xù)性引調(diào)水和階段性引調(diào)水，高錳酸鹽濃度值2.60和2.71mg/L。所以連續(xù)性引調(diào)水、階段性引調(diào)水在改善河流污染物濃度中，不存在明顯的差別。所以我們選用的階段性引調(diào)水管理方案，能夠在節(jié)約水資源與經(jīng)濟(jì)效益的前提下，達(dá)到同等的治理效果。

4　最佳引調(diào)水方案選擇

以上的研究結(jié)果表明，階段性引調(diào)水能夠使用最少的水量，達(dá)到改善水質(zhì)的效果。所以在進(jìn)行引調(diào)水的過(guò)程中，需要適時(shí)安排連續(xù)性引調(diào)水、階段性引調(diào)水的工作內(nèi)容，以保證企業(yè)獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。將引調(diào)一定水量的河流污染物濃度下降值為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，設(shè)置原來(lái)的河流污染物濃度為10.00mg/L。根據(jù)DHI專(zhuān)業(yè)水資源分析軟件，計(jì)算出不同引水水量、不同模式下引調(diào)水效率數(shù)值。

表1分析表明：在不同模式與不同引水水量的情況下，引調(diào)水效率處于0.01～0.03mg/(L·萬(wàn)m3)的范圍。從表格中可以看出，12 h的階段性引調(diào)水的引調(diào)水效率最高，所以可以采用引水水量8m3/s、12h的階段性引調(diào)水模式進(jìn)行引調(diào)水工作。同時(shí)在引調(diào)水過(guò)程中，還要考慮引調(diào)水總量、河流污染物濃度下降值等多方面的問(wèn)題，找出最佳的引調(diào)水實(shí)施方案。

5　結(jié)語(yǔ)

平原地區(qū)河流引調(diào)水，采用階段性引調(diào)水方案能夠在提高效率的同時(shí)，達(dá)到改善河流污染物濃度的良好效果。其他地區(qū)的河流也可以采用該模式進(jìn)行引調(diào)水工作的實(shí)施，不僅節(jié)約引調(diào)水時(shí)間、節(jié)約水資源，而且節(jié)約引調(diào)水的整體運(yùn)營(yíng)成本。

［1］駱昆,華慧娟.南京內(nèi)秦淮河水污染治理初探［J］.環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2010（02）.

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［3］陳振濤.引水改善城市河流水質(zhì)效果評(píng)估研究［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2015（07）.

［4］關(guān)許為.河流地區(qū)引清補(bǔ)水分區(qū)及改善水環(huán)境方案研究［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015（04）.

（責(zé)任編輯：趙鑫）

表1　引調(diào)水效率分析比較表

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1673-8853（2016）08-0102-02

2016-05-06