基于一維模型計(jì)算水域納污能力

摘要：復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)位于大連市復(fù)州河下游，屬于小型河流，污染物在河段橫斷面上均勻混合。采用河流一維模型，選取特征污染物COD，NH3-N作為分析評(píng)價(jià)因子，計(jì)算水功能區(qū)納污能力。

關(guān)鍵詞：一維模型，水域;納污能力;復(fù)州河

復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)計(jì)算區(qū)）位于大連市復(fù)州河下游，河段常年平均流量小于15m3/s，屬于小型河流。按照《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》，水域納污能力計(jì)算方法主要有模型計(jì)算法和污染負(fù)荷計(jì)算法等[1-2]。采用河流一維模型，污染物在河段橫斷面上均勻混合。選取特征污染物COD，NH3-N作為分析評(píng)價(jià)因子，計(jì)算納污能力。

1?? 基本資料

復(fù)州河流域面積1638km2，計(jì)算區(qū)上游是東風(fēng)水庫(kù)，區(qū)內(nèi)自上而下主要有九道河、太陽(yáng)河、珍珠河、嵐崮河4條一級(jí)支流，下游入渤海。以4條支流匯入后為節(jié)點(diǎn)劃分為5個(gè)河段：東風(fēng)水庫(kù)出口到九道河匯入口、九道河匯入口到太陽(yáng)河匯入口、太陽(yáng)河匯入口到珍珠河匯入口、珍珠河匯入口到嵐崮河匯入口、嵐崮河匯入口到入?？诙?，河段長(zhǎng)度依次為1.5km、6.1km、18.0km、14.5km、7.3km。各節(jié)點(diǎn)斷面以上流域面積依次為817.40km2、924.46km2、1144.75km2、1532.65km2。

復(fù)州河下游關(guān)家屯水文站控制流域面積1071km2，資料年限50年以上，資料系列包含了豐、平、枯年份，具有較好的代表性，多年平均徑流深為217mm。[3]

2?? 設(shè)計(jì)水文條件

計(jì)算區(qū)屬于有水利工程控制的河段，可采用河道內(nèi)生態(tài)基流作為設(shè)計(jì)水文條件。生態(tài)基流計(jì)算采用Tennant法，將多年平均流量的百分?jǐn)?shù)作為短期生存本息地的最小瞬時(shí)流量。[4]由于大連地處北方，屬缺水城市，而多年平均天然徑流量的10%是保持河流生態(tài)系統(tǒng)健康的最小流量，故將多年平均天然徑流量的10%作為生態(tài)基流。

根據(jù)水文同步性，將關(guān)家屯水文站以上控制流域面積與計(jì)算區(qū)間流域控制面積進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而同倍比放大得到區(qū)間徑流量。經(jīng)計(jì)算，東風(fēng)水庫(kù)出口流量（初始流量）汛期為0.276m3/s，非汛期為0.043m3/s。水庫(kù)以下5個(gè)河段的流量汛期依次為0.057m3/s、0.036m3/s、0.049m3/s、0.043m3/s、0.072m3/s，非汛期依次為0.009m3/s、0.006m3/s、0.008m3/s、0.007m3/s、0.011m3/s。

3?? 納污能力計(jì)算模型

因計(jì)算區(qū)內(nèi)區(qū)間入流較大，需考慮區(qū)間入流影響，并將多個(gè)區(qū)間支流入口概化為中段，因此區(qū)間下斷面污染物濃度為：

（式1）

式中：Cx=L—流經(jīng)X=L距離后的污染物濃度，mg/L;C0—初始斷面的污染物濃度，mg/L;

L—河段長(zhǎng)度，m;

u—設(shè)計(jì)流量下河道斷面的平均流速，m/s;m—污染物入河速率，g/s;

K—污染物綜合衰減系數(shù)，1/s。

相應(yīng)的水域納污能力按下式計(jì)算：M=（Cs-Cx）（Q+Qh）?? （式2）式中：M—水域納污能力，g/s;

Cs—水質(zhì)目標(biāo)濃度值，mg/L;

Q—區(qū)間生態(tài)基流入流流量，m3/s;

Qh—初始斷面生態(tài)基流入流流量，m3/s。

4?? 納污能力計(jì)算

上游東風(fēng)水庫(kù)水質(zhì)目標(biāo)濃度（初始斷面濃度）為Ⅲ類(lèi)水，即COD20mg/L，NH3-N1.0mg/L。復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)水質(zhì)目標(biāo)濃度為Ⅳ類(lèi)水，即COD30mg/L，NH3-N1.5mg/L。

在復(fù)州河干流選取一個(gè)順直、水流穩(wěn)定、無(wú)支流匯入、無(wú)入河排污口的河段，分別在其上游和下游布設(shè)采樣點(diǎn)，記錄河段長(zhǎng)度、河寬、水深和水流流速，并采水樣監(jiān)測(cè)污染物濃度，計(jì)算特征污染物COD和NH3-N的綜合衰減系數(shù)分別為0.19×10-3/s、0.14×10-3/s。

以匯入或流出的斷面為節(jié)點(diǎn)，采用前述式1、式2，分段計(jì)算水域納污能力，結(jié)果如下：

經(jīng)計(jì)算，復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)汛期納污能力COD為62.74g/s，NH3-N為3.08g/s，非汛期納污能力COD為9.96g/s，NH3-N為0.5g/s。即：設(shè)計(jì)水文條件下，采用河流一維計(jì)算模型，復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)納污能力為：COD870.41t/a，NH3-N42.94t/a。

參考文獻(xiàn)：

[1] 路雨，蘇保林.河流納污能力計(jì)算方法比較[J].水資源保護(hù)，2011，27（4）：5-9.

[2] 韓龍喜，朱黨生，姚琪.寬淺型河道納污能力計(jì)算方法[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，29（4）：72-75.

[3] 遼寧省水利廳.遼寧省水資源[R].2006.

[4] 羅志遠(yuǎn)，楊榮芳，吳剛.貴州省烏江流域生態(tài)基流分析及保障方案[J].人民珠江，2018，39（5）：38-40.

作者簡(jiǎn)介：

楊宗賓，男，主要從事水利工程咨詢(xún)服務(wù)相關(guān)工作。