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      東村河水環(huán)境評估及綜合治理措施

      2022-09-20 00:46:22南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份公司劉淑惠李政宇潘紅澈
      區(qū)域治理 2022年33期
      關(guān)鍵詞:東村補(bǔ)水氨氮

      南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份公司 劉淑惠,李政宇,潘紅澈

      一、前言

      近年來,海陽市城市發(fā)展迅速,城區(qū)生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的廢污水和徑流雨水均由東村河消納,水環(huán)境壓力驟增,線性單一的解決措施已不能滿足復(fù)雜多變的水環(huán)境問題。數(shù)值模擬作為預(yù)測的重要手段,有利于為進(jìn)一步統(tǒng)籌協(xié)調(diào)流域治理提供良好的決策依據(jù)。

      使用FLUENT[1]、MATLAB[2]、Mike[3]均能建立水質(zhì)模擬模型,但mike zero作為成熟的水與環(huán)境模擬軟件,支持多模塊耦合,能夠較好地模擬地表徑流[4]。Turgeon,Felix[5]利用mike she構(gòu)建地表水-地下水耦合模型,研究沃德勒伊-蘇朗熱地區(qū)拉奎特河流域在冰川地質(zhì)環(huán)境中流域水位、流量的變化;Panda,Rabindra K[6]對比mike11 HD模型和ANN模型模擬流域水位的精度;Bisht,DeepakSingh[7]利用MIKE URBAN模擬極端降雨事件下洪水范圍和水位峰值,為高強(qiáng)度降雨期間提供合適的調(diào)蓄方案;都能夠利用mike zero模塊精準(zhǔn)地模擬徑流和水環(huán)境變化[8]。因此,本文采用mike 11耦合nam模型模擬河道水動(dòng)力[9],預(yù)測水質(zhì)變化趨勢。

      二、研究區(qū)概況

      (一)水資源狀況

      東村河流域徑流量主要集中在汛期的6~9月份,汛期多年平均徑流量占全年的80%左右。根據(jù)東村河水文站-海陽站逐年6月-9月流量資料,東村河2015-2019年平均流量為0.53m3/s,年最大平均流量為2018年1.13m3/s,最小為2016年0m3/s。受區(qū)域連續(xù)兩年干旱影響,2016年汛期流量均為0m3/s。

      (二)水利工程

      東村河上無大中型水庫,以小型水庫、塘壩和攔河閘壩為主,主要建筑物有翻板閘23座,橡膠壩16座,攔沙坎23座,跨河橋28座,穿堤建筑物5處,取水口兩處。根據(jù)水工構(gòu)筑物情況,構(gòu)建流域河網(wǎng),見圖1。

      圖1 東村河流域河網(wǎng)模型

      (三)水質(zhì)現(xiàn)狀

      根據(jù)2019-2021年東村河入??诶斜O(jiān)測數(shù)據(jù)可知,東村河入??跀嗝孢_(dá)標(biāo)率從2019年的57.1%提 升 至2021年 的100%,其水質(zhì)有了顯著提升,2021年符合地表水Ⅳ類的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)逐月水質(zhì)分析可知,受汛期農(nóng)業(yè)面源污染和城鎮(zhèn)管網(wǎng)污水溢流影響,其汛期水質(zhì)明顯劣于非汛期,同時(shí)其河道存在斷流情況。

      三、水動(dòng)力模型

      (一)NAM模型

      根據(jù)下墊面條件、流域分布情況對東村河流域進(jìn)行小流域劃分,利用2016-2019年的實(shí)測徑流資料對模型進(jìn)行率定,最終得擬合的流量過程。根據(jù)率定的參數(shù)運(yùn)行2019年汛期流量進(jìn)行擬合和部分參數(shù)調(diào)整,流量總體吻合度較好,其率定參數(shù)見表1。

      表1 東村河流域子流域參數(shù)

      (二)mike11HD模型

      根據(jù)降雨徑流模型耦合2020年東村河水動(dòng)力,依據(jù)2020年海陽站水位資料對模型進(jìn)行率定,其水位率定結(jié)果見圖2,可知模型水位計(jì)算結(jié)果與實(shí)測值絕對誤差均值在10cm以內(nèi),整體吻合度較好。率定得到糙率為0.03-0.04之間。

      圖2 東村河海陽站水位率定結(jié)果

      四、水質(zhì)模型

      根據(jù)2021年水文水質(zhì)同步監(jiān)測結(jié)果,對水質(zhì)進(jìn)行率定,模擬得到各主要控制斷面的COD、氨氮、TN、TP濃度值,與同步監(jiān)測數(shù)據(jù)相對誤差見表2。由表可知,模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)測值相對誤差均在30%以內(nèi),總體吻合較好。

      表2 各斷面率定結(jié)果相對誤差

      五、整治措施

      根據(jù)東村河山溪性雨源型河流的特點(diǎn),枯水期存在斷流、區(qū)域管網(wǎng)存在不同程度的雨污混流。因此,進(jìn)行截污工程、管網(wǎng)整治及生態(tài)補(bǔ)水等工程。

      (一)生態(tài)補(bǔ)水

      東村河上游無穩(wěn)定來水,旱季流量遠(yuǎn)低于生態(tài)基流要求,對流域內(nèi)的污水廠提標(biāo)改造至準(zhǔn)Ⅳ類水質(zhì),并在污水廠南側(cè)建設(shè)2萬t/d生態(tài)補(bǔ)水泵站,生態(tài)補(bǔ)水壓力管沿東村河西岸敷設(shè)至威青高速橋下,在枯水期持續(xù)對東村河進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水。

      (二)循環(huán)活水

      東村河上游段蓄水為海陽市自來水第一水廠水源地,中下游設(shè)置多處攔河壩,閘壩密布的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致東村河水體整體流動(dòng)性差。因此,根據(jù)河道走勢、地形坡度和用地情況,在6號壩(南修家村西)、9號壩(鳳翔橋上)、12號壩(海河橋上)分別建設(shè)3座活水循環(huán)泵站,在旱季增加河道中下游水動(dòng)力,提升河道自凈能力。具體位置見圖1。

      根據(jù)設(shè)計(jì)方案,得到不同的方案下國控?cái)嗝?東村河入??谒?、水質(zhì)條件。(見表4、表5)

      表4 整治方案設(shè)計(jì)

      根據(jù)東村河水功能區(qū)管理目標(biāo),其水質(zhì)目標(biāo)為準(zhǔn)Ⅳ類水,其中COD為30mg/L,氨氮為1.5mg/L,TN為8mg/L,TP為0.3mg/L。根據(jù)表可知,補(bǔ)水以后的東村河段水動(dòng)力有了明顯改善,其流速和流量在非汛期分別增加0.0017m/s、0.23m3/s。在工程實(shí)施后(方案五),東村河城區(qū)段將晴天無污水下河、雨天無溢流,全年COD、氨氮、TP濃度平均減少0.46mg/L、0.29mg/L、0.015mg/L,總氮增加了0.56mg/L,但TN各個(gè)斷面水質(zhì)全年均符合小于8mg/L的限值;,汛期COD、氨氮、TP濃度平均減少。在實(shí)施內(nèi)循環(huán)工程(工程)、生態(tài)補(bǔ)水工程(方案四),受生態(tài)補(bǔ)水水質(zhì)和內(nèi)循環(huán)中段水質(zhì)影響,其東村河干流水質(zhì)有所惡化,但仍優(yōu)于地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

      六、結(jié)論

      (1)根據(jù)區(qū)域水環(huán)境分析,東村河受汛期城鎮(zhèn)污水溢流影響,東村河流域現(xiàn)狀的污染源主要為農(nóng)業(yè)源和生活源,尤其是入河的污染物主要來源于生活污水,其中化學(xué)需氧量、氨氮、總氮、總磷生活源入河量占比分別為70.64%、92.81%、80.34%和85.73%。非汛期水質(zhì)優(yōu)于汛期水質(zhì)。

      (2)根據(jù)河網(wǎng)模型預(yù)測可知,整治工程實(shí)施后東村河國控?cái)嗝嫠|(zhì)優(yōu)于地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。在不改變國控?cái)嗝嫠|(zhì)的情況下,實(shí)施內(nèi)循環(huán)、生態(tài)補(bǔ)水工程,能從本質(zhì)上改變東村河斷流現(xiàn)象,有利于其水資源和水生態(tài)保護(hù)和修改。

      (3)管網(wǎng)改造和截污工程實(shí)施后,其污水不再經(jīng)雨水管道直排河道,有效削減城區(qū)生活污水,保證流域水質(zhì)遠(yuǎn)優(yōu)于Ⅳ類水,但部分支流水質(zhì)受面源影響仍然不容樂觀,建議下一步加大支流面源污染治理。

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