華陽河湖群非汛期水位調(diào)控水質(zhì)改善效應研究

張琳, 楊啟紅, 曾凱, 王家生

(1.長江科學院 河流研究所，湖北 武漢 430000； 2.國家衛(wèi)生計生委 寄生蟲病預防與控制技術重點實驗室，江蘇省寄生蟲與媒介控制技術重點實驗室，江蘇 無錫 214064)

1 概況

華陽河湖群位于安徽省西南部，宿松縣南部[1-3]，長江下游北岸，南臨長江，北倚大別山，由長江沿江的山地丘陵集水區(qū)構(gòu)成[4-6]，包括龍感湖、黃湖、大官湖、泊湖四大湖泊[7-9]。其中，華陽河、楊灣河為華陽河湖群的通江紐帶[10-12]，入江口分別建有華陽、楊灣兩座入江控制閘[13-15]。華陽河湖群地理位置如圖1所示。

圖1 華陽河湖群地理位置圖

根據(jù)華陽河湖群2015—2018年各監(jiān)測斷面水質(zhì)逐月監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，華陽河湖群各湖區(qū)總磷(TP)均超出地表水III類水質(zhì)標準，水質(zhì)存在不達標現(xiàn)象。為貫徹落實全省水污染防治暨水質(zhì)自動監(jiān)測站建設推進會精神，改善華陽河湖群水質(zhì)，安慶市水利局和氣象局、安慶水文水資源局共同研究制定了2018年華陽河湖群非汛期水位初步調(diào)控方案并上報市政府。2018年4月23日，安慶市市長陳冰冰在宿松縣主持召開了華陽河湖群水質(zhì)調(diào)研調(diào)度會議，要求市縣兩級政府及相關職能部門要切實提高政治站位，堅持長遠與現(xiàn)實相結(jié)合，拿出具體化、可操作、可實施的整治方案，盡快改變大湖水質(zhì)不達標的局面。本文在對華陽河湖群水質(zhì)現(xiàn)狀及水文情勢充分分析的基礎上，擬定其水位控制方案，并構(gòu)建二維水質(zhì)數(shù)學模型，模擬分析不同控制方案下的水質(zhì)變化情況，以便為華陽河湖群水質(zhì)整治提供技術支撐。

2 水質(zhì)模型構(gòu)建及驗證

2.1 模擬范圍

水動力-水質(zhì)模型計算范圍主要包括龍感湖、大官湖、黃湖、泊湖、楊灣河及華陽河等，計算面積約941 km2。

2.2 入湖點源

根據(jù)華陽河湖群污染源調(diào)查結(jié)果，本次模型概化共設置15個污染源點，具體位置如圖2所示。

圖2 入湖點源位置

2.3 模型參數(shù)的率定

利用龍感湖、大官湖、黃湖和泊湖的共23個采樣點2015年10月—2016年4月的水質(zhì)采樣數(shù)據(jù)與模擬值對比，根據(jù)對比結(jié)果對模型參數(shù)進行率定。文中所建模型中的參數(shù)主要包括柯氏力常數(shù)、風阻力系數(shù)、糙率、渦動黏滯系數(shù)、擴散系數(shù)和降解系數(shù)[16-18]。率定后模型參數(shù)值見表1。由表1可知，表中數(shù)據(jù)與其他關于該湖泊的研究結(jié)論基本一致[19-21]。

表1 華陽河湖水系水動力和水質(zhì)參數(shù)率定結(jié)果

2.4 驗證結(jié)果分析

該模型將華陽河湖群的水質(zhì)數(shù)據(jù)以點源的形式輸出，將輸出結(jié)果與華陽河湖群的實際監(jiān)測水質(zhì)數(shù)據(jù)進行對比驗證，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，模擬結(jié)果與實測值有一定的誤差。其原因可能是由于水質(zhì)數(shù)據(jù)不全和對水質(zhì)數(shù)據(jù)進行差值處理帶來的誤差引起的，但總體可以接受，說明所建立的水動力-水質(zhì)模型可以用于本次水質(zhì)的模擬計算。

圖3 華陽河湖群的TP濃度的實測值與模擬值對比圖

3 水位控制方案及計算工況

根據(jù)華陽河湖群控制水位、汛前泄水時機分析成果等(依據(jù)2018年華陽河湖群非汛期水位初步調(diào)控方案)，共擬定8個非汛期水位控制方案，具體見表2。

表2 華陽河湖群水動力-水質(zhì)模型計算方案表

續(xù)表

4 不同方案下水質(zhì)的變化特性

TP屬于可溶性污染物，隨排污口排入水體后，當水體對流輸運時，由于水流的紊動特性，污染物質(zhì)同時沿橫向及縱向擴散輸運。由于擴散作用，河湖區(qū)污染物的濃度不停地輸移混合。當閘門運行水位不同時，湖區(qū)水動力條件及其庫容不同，進而引起河湖區(qū)水質(zhì)的時間、空間分布規(guī)律的改變。分別在龍感湖、黃湖、大官湖、泊湖共選取4個典型水質(zhì)點對比分析不同工況下TP的濃度隨時間和空間的變化規(guī)律。這4個水質(zhì)點分別位于龍感湖鄂皖交界處、大官湖深水區(qū)、黃湖深水區(qū)、泊湖深水區(qū)，具體位置如圖4所示。

圖4 水質(zhì)分析點位置示意圖

4.1 豐水年河湖群水質(zhì)變化特征(工況2-1至2-4)

將工況2-1至2-4條件下各月的TP濃度均值與工況1-1(現(xiàn)行控制方法下)的進行對比，具體如圖5所示。

圖5 豐水年各水質(zhì)斷面的TP濃度隨時間的變化曲線

由圖5可以看出：

1)工況2-1與工況1-1相比，龍感湖鄂皖交界處的TP濃度由最高的0.048 mg/L降低至0.044 mg/L，降低幅度為0.004 mg/L，降低比例為8.3%；大官湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.037 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度為0.003 mg/L，降低比例為8.1%；黃湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.041 mg/L降低至0.037 mg/L，降低幅度為0.004 mg/L，降低比例為9.8%；泊湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.039 mg/L降低至0.035 mg/L，降低幅度為0.004 mg/L，降低比例為10.3%。

2)工況2-2與工況1-1相比，龍感湖鄂皖交界處的TP濃度由最高的0.048 mg/L降低至0.042 mg/L，降低幅度為0.006 mg/L，降低比例為12.5%；大官湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.037 mg/L降低至0.033 mg/L，降低幅度為0.004 mg/L，降低比例為10.8%；黃湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.041 mg/L降低至0.035 mg/L，降低幅度為0.006 mg/L，降低比例為14.6%；泊湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.039 mg/L降低至0.033 mg/L，降低幅度為0.006 mg/L，降低比例為15.4%。

3)工況2-3與工況1-1相比，龍感湖鄂皖交界處的TP濃度由最高的0.048 mg/L降低至0.043 mg/L，降低幅度為0.005 mg/L，降低比例為10.4%；大官湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.037 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度為0.003 mg/L，降低比例為8.1%；黃湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.041 mg/L降低至0.036 mg/L，降低幅度為0.005 mg/L，降低比例為12.2%；泊湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.039 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度為0.005 mg/L，降低比例為12.8%。

4)工況2-4與工況1-1相比，龍感湖鄂皖交界處的TP濃度由最高的0.048 mg/L降低至0.043 mg/L，降低幅度0.005 mg/L，降低比例10.4%；大官湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.037 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度為0.003 mg/L，降低比例8.1%；黃湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.041 mg/L降低至0.036 mg/L，降低幅度0.005 mg/L，降低比例為12.2%；泊湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.039 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度0.005 mg/L，降低比例12.8%。

4.2 平水年河湖群水質(zhì)變化特征(工況3-1)

將工況3-1條件下各月的TP濃度均值與工況1-1(現(xiàn)行控制方法下)的進行對比，具體如圖6所示。

圖6 平水年個水質(zhì)斷面的TP濃度隨時間的變化曲線

由圖6可以看出：與工況1-1相比，工況3-1條件下龍感湖鄂皖交界處的TP濃度由最高的0.048 mg/L降低至0.044 mg/L，降低幅度為0.004 mg/L，降低比例為8.3%；大官湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.037 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度為0.003 mg/L，降低比例為8.1%；黃湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.041 mg/L降低至0.036 mg/L，降低幅度為0.005 mg/L，降低比例為12.2%；泊湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.039 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度為0.005 mg/L，降低比例為12.8%。

4.3 枯水年河湖群水質(zhì)變化特征(工況4-1至4-2)

將工況4-1至4-2條件下各月的TP濃度均值與工況1-1(現(xiàn)行控制方法下)的進行對比，具體如圖7所示。

圖7 枯水年各水質(zhì)斷面的TP濃度隨時間變化的曲線

由圖7可以看出：

1)與工況1-1相比，工況4-1條件下，龍感湖鄂皖交界處的TP濃度由最高的0.048 mg/L降低至0.044 mg/L，降低幅度為0.004 mg/L，降低比例為8.3%；大官湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.037 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度為0.003 mg/L，降低比例為8.1%；黃湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.041 mg/L降低至0.036 mg/L，降低幅度為0.005 mg/L，降低比例為12.2%；泊湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.039 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度為0.005 mg/L，降低比例為12.8%。

2)工況4-2條件下，龍感湖鄂皖交界處的TP濃度由最高的0.048 mg/L降低至0.044 mg/L，降低幅度為0.004 mg/L，降低比例為8.3%；大官湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.037 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度為0.003 mg/L，降低比例為8.1%；黃湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.041 mg/L降低至0.036 mg/L，降低幅度為0.005 mg/L，降低比例為12.2%；泊湖深水區(qū)的TP濃度由最高的0.039 mg/L降低至0.034 mg/L，降低幅度為0.005 mg/L，降低比例為12.8%。

5 結(jié)論與建議

根據(jù)水質(zhì)模擬結(jié)果可知，方案1的TP濃度降幅為0%～11.6%；方案2的TP濃度降幅分別為2.7%～12.5%和2.8%～11.7%；方案3的TP濃度降幅為4.5%～12.6%；方案4的TP濃度降幅為10.6%～21.5%；當閘門運行水位相同時，來流流量越大，水質(zhì)改善效果越好，從以上數(shù)據(jù)中可以看出，非汛期水位升高后，華陽河湖群水環(huán)境有所改善。

另外，考慮到汛期時湖區(qū)的防洪安全以及水質(zhì)的最終改善效果，提出以下建議：

1)對華陽閘和楊灣閘的引渠進行清淤疏浚以便于湖群水位及時下泄到位。

2)雖然通過水位控制對湖區(qū)水質(zhì)有一定的改善效果，但相關部門在控制華陽河湖群水質(zhì)的過程中更應注重截污控排，從根本上減少入湖污染量。