湯溪水庫水環(huán)境容量研究

蔣婧媛

摘要：采用化學(xué)需氧量模型與Vollenweider模型、合田健模型、OECD模型等三種湖庫氮磷預(yù)測模型對(duì)湯溪水庫水質(zhì)進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明：化學(xué)需氧量模擬的相對(duì)誤差在可接受范圍內(nèi)，OECD模型比Vollenweider與合田健模型更適用于湯溪水庫的氮磷模擬預(yù)測。計(jì)算得到典型枯水年條件和地表水Ⅱ類水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)下，湯溪水庫化學(xué)需氧量、氨氮和總磷的水環(huán)境容量分別為4923.91、257.27和12.26 t/a。

關(guān)鍵詞：湯溪水庫；水環(huán)境容量；化學(xué)需氧量；氨氮；總磷

中圖分類號(hào)：X143

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）16005602

1引言

湯溪水庫位于饒平縣黃岡河中游湯溪鎮(zhèn)花橋村境內(nèi)，是粵東庫容最大的水利工程，是饒平縣黃岡河中下游地區(qū)的主要飲用及農(nóng)業(yè)灌溉水源。隨著水庫集雨區(qū)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長和人口的快速增加，水資源利用量和污染物排放總量增大，對(duì)湯溪水庫水質(zhì)造成了一定影響。為了保護(hù)湯溪水庫的水環(huán)境質(zhì)量、保障人民群眾的飲水安全，有必要通過構(gòu)建模型對(duì)湯溪水庫的水環(huán)境容量進(jìn)行研究，為湯溪水庫水環(huán)境保護(hù)與污染物排放總量控制提供科學(xué)依據(jù)。

2研究對(duì)象與方法

2.1研究區(qū)域概況

湯溪水庫于1959年底建成，水庫總庫容3.8億m3，正常蓄水位56.0 m，相應(yīng)庫容2.86億m3，死水位30.52 m，相應(yīng)庫容0.12億m3。壩后電站裝機(jī)共8240 kW，年發(fā)電量2300×104 kW·h，一般日發(fā)電流量24～25 m3/s[1]。水庫集雨面積667 km2，涵蓋上饒鎮(zhèn)、饒洋鎮(zhèn)、新豐鎮(zhèn)、三饒鎮(zhèn)、新塘鎮(zhèn)、韓江林場、建饒鎮(zhèn)、湯溪鎮(zhèn)，占饒平縣陸域面積的30%。

2.2模型選擇

湯溪水庫的主要功能是蓄水發(fā)電，氮、磷等污染物排入湖庫水域后，在庫流和風(fēng)浪作用下，所具有的停留時(shí)間是足夠發(fā)生充分混合的，庫中污染物分布基本均勻。因此，可以把湯溪水庫看成是完全均勻混合的水體，應(yīng)用各種均勻混合的箱式模型進(jìn)行水質(zhì)模擬。

2.2.1化學(xué)需氧量（CODcr）模型

如果把水庫看作為一個(gè)完全混合反應(yīng)器，水流進(jìn)入后立即完全分散到整個(gè)系統(tǒng)，其中各水團(tuán)是完全混合均勻的，因此可以假定水庫為完全混和型，根據(jù)質(zhì)量平衡原理，可建立水庫CODcr濃度變化的微分方程[2]：

穩(wěn)定態(tài)時(shí)dc/dt=0，則：

C=W入/（K·V+Q出）

為保持水庫水質(zhì)任何時(shí)間CODcr不超過水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，取C=Cs，則CODcr的允許負(fù)荷量為：

Lc=Cs·K·V+Cs·Q出（1）

式（1）中：W入為入庫污染物量（g/y）；C為CODcr濃度（mg/L）；Cs為CODcr水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（mg/L）；K為CODcr自凈系數(shù)（1/d）；V為水庫容積（m3）；Lc為CODcr的允許負(fù)荷量，g/（m2·y）；

根據(jù)污染物質(zhì)量平衡方程，自凈系數(shù)可通過某一時(shí)段的實(shí)測資料推出：

K=（P△t-m△t+W0+Wt）/（△t·W0）

式中，P△t和m△t為△t時(shí)段內(nèi)進(jìn)入與流出水庫CODcr的量，W0和Wt為時(shí)段初與時(shí)段末水庫中CODcr儲(chǔ)量。

2.2.2氮、磷模型

求解均勻混合條件下湖庫水中的氮、磷濃度，應(yīng)用廣泛的方法包括國際經(jīng)濟(jì)協(xié)作與開發(fā)組織提出的OECD模型、Vollenweider模型、合田健模型等，具體公式如表1所示[3，4]。但不同的水體均有其特定的自然環(huán)境條件，因此適用的氮、磷環(huán)境容量模型也不盡相同，需通過水質(zhì)驗(yàn)證進(jìn)一步選擇湯溪水庫適用的模型。

表1中，L為氮、磷單位面積負(fù)荷量，g/（m2·y）；Cs為氮、磷的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（mg/L）；Ci為流入庫水按流量加權(quán)的年總平均氮、磷濃度（mg/L）；C為庫水中平均氮、磷濃度（mg/L）；為平均水深（m）；R為氮磷的滯留系數(shù)（1/y），R=1-W出/W入，W出和W入分別為氮、磷的年出庫和入庫量（g/y）；Q出和Q入分別為年出庫和入庫水量（m3/y）；為年出庫水量（m3/y）；qs為水庫單位面積的水量負(fù)荷（m/y），qs=Q入/A，A為水庫表面積（m2）；V為水庫庫容（m3）。

3結(jié)果與分析

3.1模型構(gòu)建與驗(yàn)證

3.1.1參數(shù)確定

根據(jù)湯溪水庫管理處提供的2012年水文水質(zhì)數(shù)據(jù)，湯溪水庫水質(zhì)和水環(huán)境容量模型參數(shù)取值如表2所示。

3.1.2水質(zhì)驗(yàn)證

根據(jù)表2所列參數(shù)，分別帶入化學(xué)需氧量模型和表1中的三種氮磷模型進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表3所示。結(jié)果表明OECD模型計(jì)算得出的氨氮、總磷預(yù)測結(jié)果與實(shí)測值較接近，相對(duì)誤差較小，故選用OECD模型作為湯溪水庫氨氮、總磷的環(huán)境容量計(jì)算模型。

3.2水環(huán)境容量計(jì)算

根據(jù)《廣東省地表水環(huán)境功能區(qū)劃》（粵府函[2011]29號(hào)），湯溪水庫執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中的Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)歷年水文資料，選取典型枯水年2009年的水文條件作為環(huán)境容量計(jì)算的設(shè)計(jì)水文條件。計(jì)算結(jié)果如表4所示。

4結(jié)論

（1）水質(zhì)模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)的比較表明，化學(xué)需氧量模型和OECD模型分別適用于湯溪水庫的CODcr和氮磷模擬預(yù)測。

（2）在地表水Ⅱ類水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)下，湯溪水庫的CODcr環(huán)境容量為4923.91 t/a，氨氮環(huán)境容量為257.27 t/a，總磷環(huán)境容量為12.26 t/a，管理中應(yīng)以環(huán)境容量為限制控制湯溪水庫流域的污染物排放總量。

參考文獻(xiàn)：

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