五種調(diào)控方案下的草海水質(zhì)改善模擬研究

花潤(rùn)澤

摘? 要：傳統(tǒng)的水資源配置存在重水量輕水質(zhì)的問題，導(dǎo)致有限的水資源不能被充分利用。為提升水資源利用效率，文章以草海為例，借助EFDC水質(zhì)水動(dòng)力模型，針對(duì)影響草海水資源情勢(shì)的五個(gè)綜合治理工程，通過控制變量法模擬研究了不同情景方案下草海的水質(zhì)改善情況。結(jié)果表明：牛欄江季節(jié)調(diào)控補(bǔ)水對(duì)四個(gè)水質(zhì)指標(biāo)（CODcr、NH3-N、TN、TP）都有改善效果，而低水位運(yùn)行和增加牛欄江補(bǔ)水量?jī)H對(duì)草海CODcr有改善，水質(zhì)凈化廠尾水提標(biāo)至A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)僅對(duì)CODcr和TP有一定改善。該研究以期為改善草海水質(zhì)的水資源調(diào)控提供參考。

關(guān)鍵詞：草海;水質(zhì);調(diào)控;水資源

中圖分類號(hào)：TV213.4? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）05-0017-03

水量和水質(zhì)是水資源的二重屬性，二者相互影響[1]。傳統(tǒng)的水資源優(yōu)化配置方式，只重視水量的配置，而忽視了水質(zhì)的重要性，輕視水質(zhì)的優(yōu)化，造成有限的水資源不能充分高效利用[2]。草海流域同樣面臨水資源嚴(yán)重短缺的問題，且水污染較為嚴(yán)重。為了使草海流域有限的水資源更為有效的發(fā)揮其利用價(jià)值，有必要開展草海水資源調(diào)控研究，在合理配置水資源的同時(shí)充分考慮水質(zhì)改善，使不同水質(zhì)的水資源均能發(fā)揮其效益。本文以牛欄江草海補(bǔ)水工程、水質(zhì)凈化廠提標(biāo)改造工程、新運(yùn)糧河、老運(yùn)糧河入湖河口前置庫(kù)水體凈化工程、導(dǎo)藻帶工程五個(gè)實(shí)際工程為背景，通過模型模擬各工程單獨(dú)運(yùn)行情況下，分析水資源調(diào)控對(duì)草海水質(zhì)的影響，以優(yōu)化草海水資源調(diào)控方案，為草海水質(zhì)提升提供依據(jù)。

1 研究區(qū)域

草海位于云南省昆明市，自1996年修建了船閘后，滇池被分割為雖相互聯(lián)系，但又幾乎互不交換水體的草海、外海兩部分，草海為北端部分，如圖1所示。草海北起大觀河入河口，南至海埂船閘，地處低緯度高海拔地區(qū)，屬于亞熱帶溫潤(rùn)季風(fēng)氣候，多年平均氣溫14.7℃，多年平均降雨量953mm，年平均蒸發(fā)量743mm，水面面積10.8km2，平均水深2.5m，蓄水量2517萬m3，占滇池蓄水量的2.67%。

圖1 研究區(qū)域示意圖

2 研究方法

2.1 草海EFDC水質(zhì)水動(dòng)力模型

EFDC是通用的水質(zhì)水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型，可以適用于任何特定的地表水體或局部水域，并通過對(duì)所研究水體的物理、化學(xué)和生態(tài)過程的數(shù)值化標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)模擬功能[3]。本研究以《草海水資源優(yōu)化調(diào)度》中構(gòu)建的草海EFDC水質(zhì)水動(dòng)力為基礎(chǔ)，根據(jù)數(shù)據(jù)的可得性，該模型選取2014年作為EFDC模型配置和率定的模擬年，同時(shí)選取一組獨(dú)立的數(shù)據(jù)再次檢驗(yàn)率定過的模型，以考察其真實(shí)地代表水體的能力，由于新老運(yùn)糧河河口的生態(tài)工程導(dǎo)流帶于2015年12月合擾，模型選用2016年1-12月份數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。

2.2 模擬方案設(shè)計(jì)

2.2.1 水位調(diào)控

草?？刂七\(yùn)行的正常高水位為1886.8米，最低工作水位為1885.5米，本研究中模擬分析這兩種水位條件對(duì)草海水質(zhì)的影響。

2.2.2 牛欄江補(bǔ)水水量

利用牛欄江來水混合置換草海水體，提高草海水質(zhì);2016年牛欄江向草海補(bǔ)水約6.3m3/s，據(jù)此針對(duì)牛欄江補(bǔ)水水量考慮兩種情況：（1）按現(xiàn)狀補(bǔ)水水量：6.3m3/s;（2）增加補(bǔ)水水量：10m3/s。

2.2.3 牛欄江補(bǔ)水季節(jié)調(diào)控

由于牛欄江補(bǔ)水水質(zhì)枯期優(yōu)于汛期，據(jù)此針對(duì)牛欄江補(bǔ)水方式考慮以下三種情況：（1）設(shè)計(jì)補(bǔ)水：汛期、枯期補(bǔ)水量分別占總引水量的56.8%和43.2%;（2）逐月均勻補(bǔ)

水;（3）季節(jié)調(diào)配：汛期、枯期補(bǔ)水量分別占總引水量的30%和70%。

2.2.4 水質(zhì)凈化廠尾水補(bǔ)水量

滇池流域水質(zhì)凈化廠改造工程實(shí)施后，尾水水質(zhì)將明顯改善，可用于補(bǔ)給草海，據(jù)此考慮以下兩種情況：（1）維持現(xiàn)狀補(bǔ)水量：第一水質(zhì)凈化廠8萬m3/d，第三水質(zhì)凈化廠21萬m3/d;（2）增加補(bǔ)水量：第一水質(zhì)凈化廠8萬m3/d;第三水質(zhì)凈化廠21萬m3/d，第九污水處理廠10萬m3/d。

2.2.5 水質(zhì)凈化廠尾水提標(biāo)排入草海

針對(duì)水質(zhì)凈化廠尾水水質(zhì)考慮三種情況，以《昆明市城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放限值》規(guī)定的A、B、C三個(gè)級(jí)別衡量：（1）維持現(xiàn)狀尾水水質(zhì)（C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）;（2）提標(biāo)達(dá)到B級(jí)標(biāo)準(zhǔn);（3）提標(biāo)達(dá)到A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)果與分析

以2016年實(shí)際水位條件下，牛欄江補(bǔ)水量6.3m3/s，入草海尾水量為10萬m3/d，尾水水質(zhì)為A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及新、老運(yùn)糧河外排為基準(zhǔn)情景，通過控制單一變量，分別改變水位條件、牛欄江補(bǔ)水季節(jié)調(diào)控方式、牛欄江補(bǔ)水水量、水質(zhì)凈化廠尾水補(bǔ)水水量和尾水水質(zhì)提標(biāo)五個(gè)條件，并用EFDC水質(zhì)水動(dòng)力模型模擬出草海2個(gè)常規(guī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水質(zhì)指標(biāo)的年均值，得到五種因素影響下草海不同水質(zhì)指標(biāo)的平均濃度，并與基準(zhǔn)情景的模擬結(jié)果對(duì)比，進(jìn)而分析各因素對(duì)草海水質(zhì)的影響，結(jié)果見表1。

結(jié)果表明：（1）低水位運(yùn)行對(duì)CODcr改善明顯，改善率達(dá)到40.84%;NH3-N、TN和TP惡化;主要是因?yàn)榈退粭l件湖體庫(kù)容減小，水體置換周期加快，湖體水質(zhì)接近牛欄江來水水質(zhì)，牛欄江來水的CODcr濃度遠(yuǎn)低于湖體水質(zhì)濃度，而NH3-N、TN和TP濃度高于湖體水質(zhì)濃度。（2）高水位運(yùn)行對(duì)NH3-N、TN和TP都有一定改善作用，主要是因?yàn)楦咚粭l件下湖體庫(kù)容增大，水體置換周期加大，起到了一定的調(diào)蓄作用，對(duì)于來水濃度較高的污染物增加了一定的降解時(shí)問，有利于NH3-N、TN和TP的改善。（3）牛欄江逐月均勻補(bǔ)水和按季節(jié)調(diào)控補(bǔ)水對(duì)所有指標(biāo)都有改善效果，主要是因?yàn)?016年牛欄江來水汛期CODcr、NH3-N、TN、TP的濃度分別是枯期的2.82倍、1.75倍、144倍、145倍，汛期按30%補(bǔ)水，枯期按70%補(bǔ)水，更有利于草海水質(zhì)的改善。（4）增加牛欄江補(bǔ)水量，CODcr有明顯改善。NH3-N、TN、TP惡化主要是因?yàn)榕诮瓉硭腃ODcr濃度低至874mg/L達(dá)到I類水標(biāo)準(zhǔn);而NH3-N（0.84mg/L）、TN（4.5mg/L）和TP（0.15mg/L）濃度均高于草海湖體。NH3-N（0.31mg/L）、TN（3.47mg/L）和TP（0.14mg/L）濃度;在增加牛欄江補(bǔ)水量的同時(shí)，也增加了污染負(fù)荷入湖量。（5）水質(zhì)凈化廠尾水提標(biāo)達(dá)到A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后排入草海，對(duì)CODcr和TP有一定改善，但會(huì)導(dǎo)致TN和NH3-N惡化，主要是因?yàn)榧词顾|(zhì)凈化廠尾水提標(biāo)達(dá)到A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其NH3-N（1mg/L）和TN（5mg/L）仍高于草海湖體的NH3-N和TN濃度，在增加補(bǔ)水量的同時(shí)，也增加了污染負(fù)荷入湖量。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

（1）低水位運(yùn)行和增加牛欄江補(bǔ)水量?jī)H對(duì)草海CODcr有改善，NH3-N、TN、TP出現(xiàn)不同程度的惡化，主要是因?yàn)榈退粭l件湖體庫(kù)容小，水體置換周期加快，湖體水質(zhì)接近牛欄江來水水質(zhì)，牛欄江來水的CODcr濃度遠(yuǎn)低于湖體水質(zhì)濃度，而NH3-N、TN、TP濃度高于湖體水質(zhì)濃度，在增加補(bǔ)水量的同時(shí)，也增加了污染負(fù)荷入湖量。

（2）牛欄江按季節(jié)調(diào)控補(bǔ)水對(duì)所有指標(biāo)都有改善效

果，主要是因?yàn)榕诮瓉硭雌诤涂萜谒|(zhì)濃度差異較大，2016年牛欄江來水汛期CODcr、NH3-N、TN、TP的濃度分別是枯期的2.82倍1.75倍、1.44倍、1.45倍，汛期按30%補(bǔ)水，枯期按70%補(bǔ)水，更有利于草海水質(zhì)的改善。

（3）水質(zhì)凈化廠尾水提標(biāo)達(dá)到《昆明市城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放限值》A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后補(bǔ)草海對(duì)CODcr和TP有一定改善，NH3-N、TN出現(xiàn)不同程度的惡化，主要是因?yàn)榧词顾|(zhì)是化廠尾水提標(biāo)，其NH3-N（1mg/L）和TN（5mg/L）仍高于草海湖體的濃度。

4.2 展望

（1）草海水質(zhì)水位關(guān)系復(fù)雜，需在穩(wěn)定的邊界條件下進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)和驗(yàn)證草海水質(zhì)受氣候因素、水位庫(kù)容、入湖污染負(fù)荷、重大治理工程治理力度的影響，進(jìn)而提高結(jié)果的可靠度。

（2）水位、補(bǔ)水量、季節(jié)調(diào)度等不同因素對(duì)草海水質(zhì)具有不同影響，對(duì)不同指標(biāo)存在有利或有弊的一面，因而需開展多種情景組合方案下的影響，才能為實(shí)際工程提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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