石排鎮(zhèn)排污口綜合整治后水質(zhì)目標(biāo)可達(dá)性分析

楊嵩華

（惠州市水電建筑工程有限公司,廣東 惠州 516000）

1 排污口整治工程概況

根據(jù)鎮(zhèn)街反饋的數(shù)據(jù),石排鎮(zhèn)范圍內(nèi)包含718個排污口,目前排污口整治情況見表1。

表1 石排鎮(zhèn)目前排污口整治情況

通過調(diào)查資料分析,設(shè)計服務(wù)片區(qū)內(nèi)共含入河排污口718 個,其余528 個已經(jīng)實施完成,67 個排污口在水生態(tài)五期中有計劃實施。根據(jù)現(xiàn)場實地踏勘和鎮(zhèn)街環(huán)保部門反饋的數(shù)據(jù)來看,目前已經(jīng)實施截流的排污口現(xiàn)狀旱季無溢流情況。

整個石排鎮(zhèn)未整治的排污口總共為123 個,其中沙角內(nèi)河和沙角內(nèi)河支渠的排污口整治由東北市政院完成,施工圖設(shè)計與本項目同步進(jìn)行,結(jié)合本次水系綜合整治同步進(jìn)行。本次對于鎮(zhèn)街已經(jīng)進(jìn)行截污的排污口,對排污口進(jìn)行溯源,在對進(jìn)入合流制管道或者錯接進(jìn)入雨水管道的污水進(jìn)行錯混接整改,錯接的此部分已經(jīng)實施的排污口整改部分工程量在管網(wǎng)完善工程統(tǒng)一考慮。

未整治的9 個排污口包括河涌岸邊的生活排污口、工業(yè)企業(yè)排水出口、箱涵出水口,形式有明渠、暗渠和管道。

2 排污口綜合整治

福隆電力灌溉支渠位于石排鎮(zhèn)福隆村內(nèi),西起石橫大道,東至生態(tài)園。全長3.1 km,寬度約2 m～5 m。目前污水主要來自沿河工業(yè)區(qū)和福隆村合流管道排入河道的污水。合流制的排水體制優(yōu)點是投資低,系統(tǒng)簡單。

2.1 現(xiàn)狀污水管網(wǎng)情況

福隆村被石排大道分為南北兩個片區(qū),北側(cè)為生活區(qū),南側(cè)為工業(yè)區(qū)。目前石排大道福隆村段正在實施水生態(tài)五期污水管道工程。現(xiàn)狀福隆村北側(cè)污水主要是通過合流管道自北向南排向石排大道合流管道通過暗涵過路,最終流向福隆電力灌溉支渠。福隆村南側(cè)工業(yè)區(qū)現(xiàn)狀也為合流制系統(tǒng),通過工業(yè)區(qū)道路最終進(jìn)入福隆電力灌溉支渠。

福隆村片區(qū)目前水生態(tài)五期管道主要沿石橫大道、工業(yè)大道、石排大道、向沙路及下沙大道等敷設(shè),具體情況如下：石排大道污水管管徑DN600,道路雙側(cè)布管,自東向西流向石橫大道； 石橫大道污水管管徑 DN800,道路雙側(cè)布管,自南向北流向下沙大道；下沙大道污水管管徑DN1000,自南向北流向東園大道；工業(yè)大道污水管管徑 DN500,道路雙側(cè)布管,自西向東流向向沙路；向沙路污水管管徑DN1000,自南向北流向東園大道。

2.2 現(xiàn)狀排污口的分布

福隆電力灌溉支渠目前還有9個排污口未進(jìn)行整治。經(jīng)過勘察單位現(xiàn)場調(diào)研,福隆電力灌溉支渠還有從臨河建筑物排出的 22 個排污口,管徑為DN100～400。未整治排污口9個,排污口總排污量為541.5 m3/d。其中最大的排污口為W66,最小排污口為W62和W64。

2.3 排污口整治方案

2.3.1 廠區(qū)直排入河的排污口

對于臨河建筑物直接排入福隆電力排渠的22 個排污口,本次設(shè)計考慮在福隆工業(yè)區(qū)其余六條道路（其中福隆工業(yè)區(qū)三路現(xiàn)狀已有污水管道）,新建污水管道系統(tǒng),在兩側(cè)工廠周邊預(yù)留污水管道接入點,最終統(tǒng)一進(jìn)入南畬朗污水處理廠處理后排放。

2.3.2 合流制管道入河的排污口

由于整個福隆村之前并未建設(shè)污水管道,污水主要通過合流制管道進(jìn)入水體,本排污口整治,已在福隆村生活區(qū)和工業(yè)區(qū)新建污水管道,本次設(shè)計主要通過排污口溯源的方式將排污口上移,通過上游的污水管道系統(tǒng)將污水收集,避免污水進(jìn)入河道,污染河涌水質(zhì)。

根據(jù)排污口溯源情況,以排污口W64為例,進(jìn)行合流制管道排污口的改造方案介紹。現(xiàn)狀工業(yè)區(qū)內(nèi)無污水管道,均為合流制系統(tǒng),針對合流點做截流井進(jìn)行改造,將原來合流管道中的污水分離出來進(jìn)入新建污水管道系統(tǒng)。周邊道路有污水管道的可考慮對合流點直接改造接入現(xiàn)狀污水管道,并在廠區(qū)周邊進(jìn)行預(yù)留,廠區(qū)雨污分流改 造之后接入現(xiàn)狀污水管道系統(tǒng)。

3 目標(biāo)可達(dá)性分析

污染物流入地表水體,與水混合流動運移,在分子運動、水流紊動和剪切流作用下發(fā)生濃度擴(kuò)散；污染物在化學(xué)或生物化學(xué)作用下發(fā)生轉(zhuǎn)化與降解,地表水中污染物濃度沿程改變并降低。本次模擬涉及的水體為東莞市東引運河流域石排鎮(zhèn)水系,主要關(guān)心污染物沿程的濃度變化,使用 MIKE11系列的水動力（HD）和水質(zhì)模塊（AD）,MIKE11水質(zhì)問題要疊加在水動力的結(jié)果上計算。

3.1 水動力學(xué)模型

MIKE軟件是由丹麥水力研究所（簡稱DHI）開發(fā)的水動力、水質(zhì)、水生態(tài)等數(shù)值計算模型。采用一維圣維南方程組,包括連續(xù)方程（質(zhì)量守恒定律）和動量方程（牛頓第二定律）：

式中：Q為流量,m3/s；x為距水道某固定斷面沿流程的距離,m；A為過水面積,m2；t為時間,s；q為側(cè)向入流,m3/s；為動量修正系數(shù)；g為重力加速度；h為水位,m；C為謝才系數(shù)；R為水力半徑,m。

3.2 水質(zhì)模型

MIKE11 對流擴(kuò)散模塊（AD）,用于模擬可溶性物質(zhì)和懸浮性物質(zhì)在水體中的對流擴(kuò)散過程,以定義各種污染物質(zhì)的衰減系數(shù)。MIKE11AD 采用的一維河流水質(zhì)模型基本方程：

式中：C為模擬物質(zhì)的濃度；u為河流平均流速；x為空間坐標(biāo)；t為時間坐標(biāo)；Ex為對流擴(kuò)散系數(shù)；K為模擬物質(zhì)的一級衰減系數(shù)。

3.3 模型空間

根據(jù)研究區(qū)的水系CAD圖和河道測量斷面的CAD圖,提取河網(wǎng)和斷面信息,將前期資料整理為MIKE識別的格式。本次三標(biāo)段模擬大小河道共29條。

3.4 水動力模型計算邊界條件

MIKE11模型計算在一定時間內(nèi)水動力達(dá)到穩(wěn)定,計算時間步長為10 s。根據(jù)收集的相關(guān)資料,模型上邊界入流按恒定流計算,其中石排鎮(zhèn)的上邊界河流主要為東引運河,利用東引運河為分析區(qū)域提供水動力外部邊界,考慮污水處理廠排放匯入河道的水量和天然徑流量的疊加,由于水文資料的限制,支流考慮概化為恒定入流的點源。根據(jù)調(diào)查收集到的排污口資料,鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)排污口數(shù)量較大,規(guī)模排口排污量大,資料詳細(xì),對河道水質(zhì)影響明顯,因此也概化為點源。模型下邊界在石牌境內(nèi)主要為東引運河和海仔河出口常水位控制,見表2。

表2 模型計算水動力邊界輸入條件

3.5 水質(zhì)模型計算邊界條件

根據(jù)收集的資料,水質(zhì)邊界按照恒定水質(zhì)濃度考慮,模型計算水質(zhì)邊界輸入條件見表3。

表3 模型計算水質(zhì)邊界輸入條件

3.6 模型參數(shù)率定及計算結(jié)果

根據(jù)《天然河道、灘地糙率參考表》并結(jié)合渠道及自然河道的現(xiàn)狀情況,糙率取值為混凝土渠道n取0.015～0.017,經(jīng)修砌的天然小渠道n取0.025～0.03,天然河道n取0.03～0.035。取值計算后計算結(jié)果合理,水動力符合現(xiàn)狀情況。在水動力計算結(jié)果的基礎(chǔ)上耦合水質(zhì)邊界及水質(zhì)參數(shù),計算石排鎮(zhèn)出境斷面的水質(zhì)指標(biāo)濃度。

水質(zhì)模型的參數(shù)主要包括擴(kuò)散系數(shù)和衰減系數(shù)。經(jīng)查閱研究資料,參考與該區(qū)域河道相似地形變化的水系,各條大小渠道和河道的擴(kuò)散系數(shù)取值范圍在1 m2/s～5 m2/s。本區(qū)域各污染物的衰減系數(shù)需要率定,選取干流東引運河上的5 個監(jiān)測斷面,根據(jù) 2019 年1 月～6 月流域內(nèi)現(xiàn)狀水平年水質(zhì)監(jiān)測斷面各指標(biāo)的均值,對模型進(jìn)行率定和驗證。東引運河干流沿程水質(zhì)模擬結(jié)果與實測結(jié)果對比見圖1～圖3。

圖1 COD模擬與實測結(jié)果

圖2 NH3-N模擬與實測結(jié)果

圖3 TP模擬與實測結(jié)果

模擬結(jié)果表明,污染物進(jìn)入河流在輸移過程中通過物理、化學(xué)及生物的作用發(fā)生濃度衰減,通過衰減系數(shù)表示。研究區(qū)域COD、NH3-N、TP的衰減系數(shù)分別為0.3/d、0.11/d、0.08/d。

4 目標(biāo)可達(dá)性分析結(jié)論

本標(biāo)段共涉及5個行政區(qū),分別是橋頭鎮(zhèn)、企石鎮(zhèn)、石排鎮(zhèn)、松山湖北（生態(tài)園）、茶山鎮(zhèn),其中石排鎮(zhèn)水質(zhì)考核斷面為蓮湖新村。

為了確定鎮(zhèn)區(qū)出境斷面水質(zhì)滿足考核要求,通過鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)的河道采取治理措施,對工程實施后各鎮(zhèn)區(qū)出水的水質(zhì)變化進(jìn)行模擬。

1）現(xiàn)狀。在未采取治理措施前,石排鎮(zhèn)出境斷面水質(zhì)模擬計算得 COD、NH3-N、TP 濃度成果見圖4,出境水質(zhì)為劣V類水體。

圖4 水質(zhì)模擬現(xiàn)狀

2）治理措施后結(jié)果。石排鎮(zhèn)的主要渠道是海仔河,海仔河直接匯入東江,在對第三標(biāo)段其他鎮(zhèn)實施水環(huán)境綜合整治工程的同時,以流域內(nèi)上游各支流治理均達(dá)標(biāo)為前提,海仔河的支渠采取清淤、生態(tài)修復(fù)活水保質(zhì)等工程措施,石排鎮(zhèn)出境斷面水質(zhì)為V類水標(biāo)準(zhǔn),見圖5。

圖5 工程實施后水質(zhì)模擬情況

5 結(jié)語

經(jīng)計算,目前東引運河流域石排鎮(zhèn)出境斷面水質(zhì)為劣V類,綜合整治工程實施后,石排鎮(zhèn)出境斷面水質(zhì)可達(dá)到V類,可為樟村斷面穩(wěn)定達(dá)標(biāo)提供保障。