合肥董鋪水庫2002～2014年間有機(jī)污染物水環(huán)境容量影響因素分析

王 煜 王嵩嶸 韓小勇 孫 璞

董鋪水庫是合肥市城市飲用水水源地。由于巢湖近幾年來污染日益嚴(yán)重，已不能作為城市正常供水水源，因而董鋪水庫目前成為合肥市唯一飲用水源供給地。董鋪水庫在20世紀(jì)90年代中期水質(zhì)良好，基本處于低營養(yǎng)狀態(tài)。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，董鋪水庫流域入庫污染負(fù)荷逐漸加劇，庫區(qū)水體有較為明顯的富營養(yǎng)化趨勢，水庫作為城市飲用水源地的功能將很快受到嚴(yán)重威脅。水環(huán)境容量是流域水體富營養(yǎng)化污染防治的重要依據(jù)，本研究對(duì)董鋪水庫2002～2014年期間的3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)所包含的多個(gè)監(jiān)測指標(biāo)的1～12月監(jiān)測數(shù)據(jù)及調(diào)水入庫的關(guān)鍵閘壩（羅管閘）相應(yīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，依據(jù)地表水II和III類水質(zhì)判定標(biāo)準(zhǔn)，選擇反映水質(zhì)污染指標(biāo)的CODMn的水作為水環(huán)境容量計(jì)算的主要參數(shù)，采用零維湖（庫）模型對(duì)董鋪水庫CODMn水環(huán)境容量進(jìn)行了估算。

一、分析方法及模型

1.環(huán)境容量模型的選取

圖1 COD水環(huán)境容量與庫容的關(guān)系圖

圖2 COD水環(huán)境容量與調(diào)水量的關(guān)系圖

根據(jù)董鋪水庫近 15年（2002～2015年）的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，董鋪水庫水質(zhì)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，可將董鋪水庫視為完全混合反應(yīng)器。在這種前提下，選擇零維湖（庫）模型對(duì)董鋪水庫CODMn水環(huán)境容量進(jìn)行了估算。CODMn屬有機(jī)污染物，水環(huán)境容量模型也應(yīng)選擇相應(yīng)有機(jī)物容量模型。

當(dāng)把水庫視為完全混合反應(yīng)器時(shí)，水庫中污染物濃度隨時(shí)間的變化率是輸入、輸出和在水庫內(nèi)沉積質(zhì)量的函數(shù)，因此，可根據(jù)完全混合非保守模型（Vollen-weider模型）對(duì)湖泊有機(jī)污染物水容量進(jìn)行估算。其函數(shù)表達(dá)式為：

式中：V為水庫中水的體積，m3，董鋪水庫的實(shí)時(shí)庫容變化根據(jù)水庫多年的水位與庫容關(guān)系進(jìn)行回歸求得；Qi為平衡時(shí)入庫流量，m3a-1；Ci為流入水庫水量中污染物濃度，mg·L-1；Qe為平衡時(shí)出庫流量，m3a-1；C為水庫中污染物濃度，mg·L-1；k 為污染物在水庫中的生物降解系數(shù)，d-1。

當(dāng)水庫水質(zhì)處于平衡狀態(tài)時(shí)，V（dC/dt）=0，則式（1）轉(zhuǎn)換為

當(dāng)C=Cs時(shí)（Cs為有機(jī)污染物的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)），水庫的最大水環(huán)境容量W為：

本研究采用長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)2009年逐月實(shí)測值推到董鋪水庫CODMn降解系數(shù)。

圖3 COD水環(huán)境容量與用水量的關(guān)系圖

式中：Δt Lin為Δt時(shí)段內(nèi)流入水庫的污染物數(shù)量，kg；ΔtLout為Δt時(shí)段內(nèi)流出水庫的污染物數(shù)量，kg；W0為初始時(shí)間水庫中污染物數(shù)量，kg；Wt為時(shí)段末水庫中污染物數(shù)量，kg。

2.降解系數(shù)

本文根據(jù)2009年董鋪水庫逐月調(diào)水?dāng)?shù)據(jù)、降雨徑流數(shù)據(jù)、用水?dāng)?shù)據(jù)、水庫庫容變化數(shù)據(jù)、及測定的CODMn濃度，推算出CODMn的逐月降解系數(shù)變化范圍為0.003～0.024d-1，均值約為 0.011d-1。

二、董鋪水庫有機(jī)污染物水環(huán)境容量變化的主要影響因素

根據(jù)中國水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002，采用地表水II類水質(zhì)CODMn值為4mg/L，計(jì)算得到董鋪水庫2002～2014年的COD水環(huán)境容量變化范圍為1710～2873t/a，每年水庫庫容、調(diào)水量及用水量對(duì)董鋪水庫COD水環(huán)境容量變化的影響見圖1～3。

由圖可知，COD水環(huán)境容量與庫容、調(diào)水量及用水量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。庫容增大，COD容量增大；調(diào)水量增大，相應(yīng)的庫容增大，水的周轉(zhuǎn)率增加，COD容量增大；取水量增大，則相應(yīng)地增加了水的周轉(zhuǎn)率，同時(shí)帶走了大量的物質(zhì)，導(dǎo)致COD容量增大。從圖中的相關(guān)性數(shù)值的大小可以看出，對(duì)COD容量的影響的順序是用水量大于調(diào)水量大于庫容。

三、結(jié)論

以零維湖/庫模型和II類水為控制目標(biāo)計(jì)算得到董鋪水庫2002～2014年CODMn的水環(huán)境容量變化范圍為1710～2873t/a，在 II類目標(biāo)水質(zhì)下，對(duì)董鋪水庫COD水環(huán)境容量產(chǎn)生影響最大的是用水量，其次是調(diào)水量和庫容■