基于龍王廟斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)的城南河流域水環(huán)境容量

瞿一清，逄 勇,2

(1.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210098； 2.河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開(kāi)發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098)

1 研究區(qū)域概況

城南河是南京市浦口區(qū)內(nèi)注入長(zhǎng)江的主要小流域河之一，現(xiàn)在正處于水質(zhì)惡化、水體黑臭化的階段。城南河發(fā)源于老山南部，從江浦街道主城區(qū)穿城而過(guò)，呈“Y”狀，東西兩條支流在鳳凰臺(tái)匯聚后匯入長(zhǎng)江，全長(zhǎng)8 km，流域匯水面積為62.8 km2。龍王廟斷面位于城南河河首，是城南河入江前的主要監(jiān)測(cè)斷面。城南河作為南京市主要入江支流，至2017年龍王廟斷面水質(zhì)需總體達(dá)到Ⅴ類(lèi)水質(zhì)要求，其遠(yuǎn)期水功能區(qū)劃執(zhí)行GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅳ類(lèi)水體標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 城南河水文情況

根據(jù)南京市地區(qū)各站1979—2015年共37年的降雨量資料，采用P-Ⅲ頻率曲線進(jìn)行頻率分析，可得到南京市不同降雨量保證率下的降雨量值，結(jié)合浦口區(qū)地表徑流系數(shù)可得到不同降雨量保證率下的徑流量(表1)。

表1 城南河不同降雨保證率下徑流計(jì)算結(jié)果

1.2 城南河水質(zhì)情況

表2 龍王廟斷面2016年水質(zhì)超標(biāo)率情況

1.3 研究區(qū)域污染源分析

2 數(shù)學(xué)模型構(gòu)建

2.1 水動(dòng)力及水質(zhì)模型

選用二維模型對(duì)河道進(jìn)行模擬。水動(dòng)力控制方程為笛卡爾坐標(biāo)系下不可壓流體三維雷諾Navier-Stokes平均方程沿水深方向積分的連續(xù)方程和動(dòng)量方程[11]：

(1)

(2)

(3)

圖1 研究區(qū)域各類(lèi)污染物入河量來(lái)源占比情況

水質(zhì)控制方程是污染物在二維非均勻流中的對(duì)流擴(kuò)散基本方程：

(4)

式中：Ci為污染物濃度；u、v分別為x、y方向上的流速分量；Ex、Ey為x、y向上的擴(kuò)散系數(shù)；Ki為污染物降解系數(shù)；Si為源(匯)項(xiàng)。

2.2 模型驗(yàn)證

3 水環(huán)境容量計(jì)算

龍王廟斷面影響區(qū)域內(nèi)污染源共概化13個(gè)排污口，具體位置見(jiàn)圖3?？刂茢嗝孢_(dá)標(biāo)情況下的水環(huán)境容量基本模型[12-14]如下：

(5)

(a) COD

(c) TP

式中：z為污染源與計(jì)算斷面縱向距離；C為z距離處水體污染物濃度值；k為污染物降解系數(shù)；u為流速；W為概化排污口排污量；C0為邊界水質(zhì)濃度值；Q0為河流流量。

圖3 研究區(qū)域污染源概化排口位置

3.1 計(jì)算結(jié)果

表3 城南河2016年不同水期水環(huán)境容量 t/a

表4 調(diào)水方案對(duì)比情況

3.2 水環(huán)境容量提升措施

圖4 各方案調(diào)水引流示意圖

4 結(jié) 論

c. 為幫助龍王廟斷面水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，增大城南河水環(huán)境容量，緩解小流域河流枯水期水量小、水質(zhì)差的問(wèn)題，提出兩種長(zhǎng)期調(diào)水方案，為區(qū)域水環(huán)境治理提供參考。