基于解析模型的庫(kù)區(qū)納污能力計(jì)算，模型計(jì)算的飛來(lái)峽水庫(kù)納污能力研究

尹慶文

【摘要】根據(jù)飛來(lái)峽庫(kù)區(qū)水動(dòng)力特征，選取庫(kù)區(qū)水功能區(qū)納污能力設(shè)計(jì)條件，采用解析數(shù)學(xué)模型計(jì)算確定了庫(kù)區(qū)納污能力，為庫(kù)區(qū)納污總量控制和制定限排總量提供依據(jù)。

飛來(lái)峽水庫(kù)屬于河道型水庫(kù)，管轄水域范圍為廣東省水功能一級(jí)保留區(qū)，水質(zhì)管理目標(biāo)為Ⅱ類，是下游珠三角地區(qū)廣州、佛山、清遠(yuǎn)等地區(qū)的水資源安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。根據(jù)飛來(lái)峽水庫(kù)的特性，應(yīng)用解析水質(zhì)模型能較好的模擬河道型水庫(kù)水文條件和污染物擴(kuò)散衰減條件，利用該模型對(duì)飛來(lái)峽水庫(kù)的納污能力進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】模型；解析；計(jì)算；研究

1、解析水質(zhì)模型的建立

1.1 在笛卡爾坐標(biāo)系下，平面完全混合模型的計(jì)算方程為：

模型采用穩(wěn)態(tài)形式，即，且反應(yīng)項(xiàng)只考慮污染物的衰減，即，則當(dāng)水庫(kù)污染物出水濃度達(dá)到水庫(kù)的水質(zhì)目標(biāo)時(shí)，進(jìn)入水庫(kù)的外部源和匯（內(nèi)源）污染物量即為水庫(kù)的納污能力。

飛來(lái)峽水庫(kù)的COD、NH3-N納污能力計(jì)算方程為：

其余符號(hào)意義同前，其中流量單位為m3/s，污染物綜合衰減系數(shù)單位為1/d。

1.2 主要參數(shù)確定

1.2.1 設(shè)計(jì)水文條件下的水庫(kù)容積

水庫(kù)調(diào)度規(guī)則如下：①發(fā)電運(yùn)用：水庫(kù)正常水位24.81 m，當(dāng)壩址流量在1700 m3/s以下時(shí)，維持正常水位運(yùn)行，當(dāng)入庫(kù)流量為2500m3/s、3000m3/s、3500m3/s、4000m3/s時(shí)，降低庫(kù)水位至23.81 m、22.81 m、21.81 m、20.81m運(yùn)行。”。因此，當(dāng)壩址流量在1700 m3/s以下時(shí)，飛來(lái)峽庫(kù)區(qū)水位基本維持在24.81m，擬定90%保證率最枯月入庫(kù)流量、50%保證率最枯月入庫(kù)流量及多年平均入庫(kù)流量對(duì)應(yīng)的壩前水位均為24m，其相應(yīng)的水庫(kù)庫(kù)容為正常水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容，即4.32億m3。

1.2.2 入庫(kù)流量、出庫(kù)流量

采用橫石站的水文資料，按照集水面積比值法估算飛來(lái)峽的入庫(kù)流量。飛來(lái)峽水利樞紐庫(kù)區(qū)集水面積共2546km2，橫石站搬遷后集水面積為34097km2，而橫石站90%保證率最枯月流量、50%保證率最枯月流量及多年平均流量分別為160m3/s、249m3/s及1229m3/s，則現(xiàn)狀條件下飛來(lái)峽水庫(kù)3個(gè)入庫(kù)站（即高道、白石窯壩下、長(zhǎng)湖水庫(kù)（壩下）三站）的90%保證率最枯月入庫(kù)流量、50%保證率最枯月入庫(kù)流量及多年平均入庫(kù)流量分別為148.5m3/s、230.4m3/s及1137m3/s?？紤]到未來(lái)庫(kù)區(qū)上游取水工程的建成和運(yùn)行對(duì)北江入庫(kù)水量的影響，估算規(guī)劃條件下2020、2030年的飛來(lái)峽水庫(kù)90%保證率入庫(kù)流量分別為145.8 m3/s、148.5 m3/s。

1.2.3 水庫(kù)水質(zhì)目標(biāo)濃度

飛來(lái)峽水庫(kù)保留區(qū)水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)為Ⅱ類，《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)所對(duì)應(yīng)的COD、NH3-N的濃度15mg/L、0.5mg/L，即為水庫(kù)水質(zhì)目標(biāo)濃度。

1.2.4 入庫(kù)污染物濃度

由于飛來(lái)峽水庫(kù)入庫(kù)斷面的污染物主要來(lái)源于上游河流（連江、北江、滃江），因此，規(guī)劃條件2020、2030年取入庫(kù)斷面所在河段（連江、北江、滃江）的Ⅱ類水質(zhì)管理目標(biāo)對(duì)應(yīng)的COD、NH3-N濃度，即15mg/L、0.5mg/L。

1.2.5 污染物綜合衰減系數(shù)

近年來(lái)華南環(huán)科所、中山大學(xué)、廣東省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站等多家科研單位對(duì)省內(nèi)各流域的水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的研究成果表明，湖庫(kù)的COD、NH3-N衰減系數(shù)變化范圍大致為0.05～0.1（l/d）、0.02～0.05（l/d）。同時(shí)，參考飛來(lái)峽水庫(kù)所處區(qū)域已有研究工作和資料，本次擬定COD、NH3-N的綜合衰減系數(shù)為0.05（l/d）、0.03（l/d）。

2 、TN、TP納污能力模型

2.1 模型選擇

根據(jù)《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》，采用狄龍模型計(jì)算水庫(kù)TN、TP的水域納污能力，公式如下：

2.2 主要參數(shù)確定

2.2.1 設(shè)計(jì)條件下的水庫(kù)平均水深、水面面積

根據(jù)計(jì)算COD納污能力所擬定的90%最枯月、50最枯月及多年平均流量相應(yīng)的水庫(kù)庫(kù)容及水庫(kù)的水位庫(kù)容曲線，并考慮水庫(kù)調(diào)度情況，擬定水庫(kù)平均水深和水面面積。

2.2.2 水庫(kù)水質(zhì)目標(biāo)濃度

飛來(lái)峽水庫(kù)保留區(qū)水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)為Ⅱ類，《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)所對(duì)應(yīng)TN、TP的濃度0.5 mg/L、0.025 mg/L，即為水庫(kù)水質(zhì)目標(biāo)濃度。

2.2.3 污染物的入庫(kù)量、出庫(kù)量及污染物滯留系數(shù)

規(guī)劃條件2020、2030年、由入庫(kù)流量、出庫(kù)流量與污染物水質(zhì)目標(biāo)濃度乘積得到，、求出后即可根據(jù)公式推出。

2.3 納污能力計(jì)算結(jié)果

（1）90%保證率最枯月入庫(kù)流量

規(guī)劃水平年2020、2030年飛來(lái)峽水庫(kù)的COD納污能力為119432.3t、119574.2t，NH3-N納污能力為2345.4t、2350.2t，TN納污能力為2582.6t、2625.2t，TP納污能力為109.7t、111.8t。

（2）50%保證率最枯月入庫(kù)流量

規(guī)劃水平年2020、2030年飛來(lái)峽水庫(kù)的COD納污能力為126301.7t、126443.6t，NH3-N納污能力為2633.3t、2638.0t，TN納污能力為2892.6t、2935.2t，TP納污能力為144.7t、146.8t。

（3）多年平均入庫(kù)流量

規(guī)劃水平年2020、2030年飛來(lái)峽水庫(kù)的COD納污能力為162725.8t、162867.7t，NH3-N納污能力為3847.4t、3852.1t，TN納污能力為17899.9t、17942.5t，TP納污能力為895.0t、897.1t。

3、結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

3.1.1 本次飛來(lái)峽水利樞紐動(dòng)態(tài)納污能力計(jì)算研究是在新的時(shí)代背景下，根據(jù)飛來(lái)峽庫(kù)區(qū)的水動(dòng)力特征，選取庫(kù)區(qū)水功能區(qū)納污能力設(shè)計(jì)條件，分析和計(jì)算庫(kù)區(qū)動(dòng)態(tài)納污能力，提出庫(kù)區(qū)納污總量控制方案，并嚴(yán)格制定限排總量，從而保障飛來(lái)峽庫(kù)區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

3.1.2 飛來(lái)峽壩前現(xiàn)狀水質(zhì)已經(jīng)達(dá)到地表水Ⅳ類水，超標(biāo)因子為TN。從水質(zhì)變化趨勢(shì)來(lái)看，高錳酸鹽指數(shù)有逐漸上升到趨勢(shì)；NH3-N波動(dòng)較大，但仍能滿足Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；TN雖然呈現(xiàn)出波動(dòng)變化的態(tài)勢(shì)，；已經(jīng)超過(guò)Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，部分年份TN已經(jīng)超過(guò)Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；TP除2003年～2006年和2008年滿足Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其余年份均已超過(guò)Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，表現(xiàn)出明顯的湖庫(kù)內(nèi)源性污染累積特征。

3.2 建議

3.2.1 建議對(duì)于庫(kù)區(qū)上游交界斷面加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的力度，并與上游水功能區(qū)主管部門充分溝通、協(xié)調(diào)，確保入庫(kù)交界斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)，為庫(kù)區(qū)水質(zhì)改善提高基礎(chǔ)保障。

3.2.2 建議在庫(kù)區(qū)設(shè)置禁排區(qū)，對(duì)于庫(kù)灣等水力條件交換較弱的區(qū)域，應(yīng)該禁止設(shè)立排污口，并對(duì)現(xiàn)有的排污口進(jìn)行整治。

3.2.3 針對(duì)面源污染是飛來(lái)峽庫(kù)區(qū)的主要污染源，且禽畜養(yǎng)殖業(yè)是面源污染的主要來(lái)源，建議在庫(kù)區(qū)一定范圍內(nèi)劃分禁養(yǎng)區(qū)。

3.2.4 針對(duì)庫(kù)區(qū)點(diǎn)源和難以就地削減的面源污染，應(yīng)該因地制宜地采取工程措施，開(kāi)展生態(tài)濕地和生態(tài)穩(wěn)定塘等適合庫(kù)區(qū)的無(wú)動(dòng)力或者微動(dòng)力生活污水處理工藝。

參考文獻(xiàn)：

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