基于動(dòng)態(tài)水環(huán)境模型的龍王港流域綜合治理方案及評(píng)估

彭麗紅,代洪亮

(1.長(zhǎng)沙市規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司,湖南長(zhǎng)沙 410125;2.江蘇科技大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,江蘇鎮(zhèn)江 212003)

流域生態(tài)環(huán)境是區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵[1]。根據(jù)《2020年中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》[2],全國(guó)3.0%的地表水、1.7%的流域水質(zhì)為Ⅴ類(lèi)及劣Ⅴ類(lèi),5.4%的重要湖泊(水庫(kù))水質(zhì)為劣Ⅴ類(lèi),水環(huán)境質(zhì)量仍然較差。隨著城市高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)建設(shè),流域生態(tài)環(huán)境面臨巨大壓力,水資源、水環(huán)境問(wèn)題凸顯,呈現(xiàn)流域性、系統(tǒng)性特點(diǎn),局部化、碎片化的傳統(tǒng)單一治理模式難以解決流域水環(huán)境面臨的結(jié)構(gòu)性、根源性矛盾[3-5],需要更為系統(tǒng)、綜合、先進(jìn)的流域治理技術(shù)手段。2021年12月,國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)印發(fā)的《“十四五”重點(diǎn)流域水環(huán)境綜合治理規(guī)劃》中明確指出,需加快流域水環(huán)境綜合治理思路和模式創(chuàng)新,深化流域水環(huán)境綜合治理試點(diǎn),推進(jìn)農(nóng)村水環(huán)境協(xié)同治理。

本文以龍王港流域?yàn)檠芯繀^(qū)域,以現(xiàn)狀調(diào)查為基礎(chǔ)、以問(wèn)題為導(dǎo)向,按照“流域統(tǒng)籌、系統(tǒng)治理、以效定案、分片分期、精準(zhǔn)施策”的流域水環(huán)境治理思路,將流域分為龍王港上游、雷鋒河、肖河及龍王港中下游四大片區(qū)。并利用基于MIKE工具構(gòu)建的動(dòng)態(tài)水環(huán)境模型,以水環(huán)境容量和污染負(fù)荷控制為核心,根據(jù)農(nóng)村區(qū)域、未建城區(qū)、新建城區(qū)、老城區(qū)等類(lèi)型,因地制宜地提出各區(qū)域、各階段的治理目標(biāo),科學(xué)合理地制定分片、分期的水環(huán)境治理方案,實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)融合、遠(yuǎn)近期結(jié)合、差異化施策。另外從污染削減、水質(zhì)改善等方面對(duì)流域水環(huán)境治理方案進(jìn)行評(píng)估,為特征相近的流域水環(huán)境治理及評(píng)估提供參考,對(duì)水環(huán)境改善及工程實(shí)施具有借鑒意義。

1 區(qū)域概況及研究方法

1.1 流域概況

龍王港流域位于長(zhǎng)沙市湘江新區(qū)核心區(qū)域,流域面積為173 km2。流域內(nèi)水系發(fā)達(dá),主要涉及龍王港及其支流雷峰河、肖河共3條河流,雷鋒湖、梅溪湖、咸嘉湖共3處湖泊,魚(yú)婆塘、大沖、石沖、牌樓壩、新華、蓮花塘、石塘及洪寺庵共8座水庫(kù),水系分布如圖1所示。龍王港由西向東至岳麓區(qū)溁銀橋匯入湘江,屬于長(zhǎng)江一級(jí)支流,全長(zhǎng)達(dá)28.9 km,多年平均流量為3.67 m3/s,多年平均地表水資源量為1.15億m3。

圖1 流域水系及分區(qū)Fig.1 Drainage System and Zoning

1.2 技術(shù)路線

根據(jù)現(xiàn)狀水環(huán)境調(diào)研數(shù)據(jù)和水環(huán)境功能區(qū)劃,利用ArcGIS和MIKE工具搭建管網(wǎng)及河網(wǎng)的水文、水動(dòng)力、水質(zhì)耦合模型,結(jié)合負(fù)荷計(jì)算模型和環(huán)境容量評(píng)估模型,開(kāi)展流域現(xiàn)狀水環(huán)境動(dòng)態(tài)評(píng)估,明確污染排放與水體水質(zhì)變化的響應(yīng)關(guān)系,研究流域水環(huán)境變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,提出流域水環(huán)境治理目標(biāo),制定綜合、系統(tǒng)的分期分片治理方案,并評(píng)估方案的目標(biāo)可達(dá)性。技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 技術(shù)路線Fig.2 Technical Route

2 動(dòng)態(tài)水環(huán)境模型構(gòu)建

2.1 模型構(gòu)建

2.1.1 水文、水動(dòng)力及水質(zhì)模型

本次研究采用丹麥水力研究所(Danish Hydraulic Institute,DHI)研發(fā)的MIKE系列軟件對(duì)流域管網(wǎng)、河網(wǎng)構(gòu)建水文、水動(dòng)力、水質(zhì)模型,是用于模擬城市集水區(qū)和排水系統(tǒng)的地表徑流、管流、水質(zhì)和泥沙傳輸?shù)膶?zhuān)業(yè)工程軟件包,可研究管網(wǎng)各排口不同條件下水量、水質(zhì)的時(shí)空變化特征。梳理修正后的地形、下墊面、水系及排水管網(wǎng)數(shù)據(jù),導(dǎo)入MIKE URBAN模型進(jìn)行概化。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)泰森多邊形法為管道每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配子集水區(qū),并利用GIS和MIKE工具建立排水管網(wǎng)、流域河網(wǎng)、水工建筑物一維拓?fù)潢P(guān)系,結(jié)合污染負(fù)荷模型,構(gòu)建一維MIKE URBAN管網(wǎng)水文、水動(dòng)力、水質(zhì)模型和一維MIKE 11河網(wǎng)水文、水動(dòng)力及水質(zhì)模型,模擬區(qū)域的典型降雨徑流、污染負(fù)荷及時(shí)空分布特性,評(píng)估污染源對(duì)流域水質(zhì)影響。

2.1.2 污染負(fù)荷模型

參考《第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)》,采用入河系數(shù)法,通過(guò)各片區(qū)常住人口、單位人口污染負(fù)荷產(chǎn)生量及入河系數(shù)進(jìn)行污染源入河負(fù)荷估算。建模時(shí),晴天溢流量、農(nóng)村生活污染、畜禽養(yǎng)殖、內(nèi)源污染均按全年均勻入河,雨污混流和農(nóng)田徑流污染隨降雨徑流均勻入河。污染負(fù)荷模型如式(1)～式(2)[3]。

Wp,j=∑φpiθpi,j·C·T

(1)

Wn,j=∑φniθni,j·Sni·T

(2)

其中:Wp,j、Wn,j——點(diǎn)、面源污染物j單位時(shí)間內(nèi)的污染排放量,t/a;

φpi、φni——i點(diǎn)處點(diǎn)、面源污染物入河系數(shù);

θpi,j、θni,j——i點(diǎn)處點(diǎn)、面源污染物j的排污系數(shù);

C——i點(diǎn)的單位產(chǎn)生量,mg/L;

T——計(jì)算時(shí)段,d;

Sni——污染物類(lèi)型i的面積或人數(shù),m2或人。

2.1.3 水環(huán)境容量模型

根據(jù)水環(huán)境功能區(qū)劃,結(jié)合流域特性、污染源分布情況,將流域劃分為4個(gè)控制計(jì)算單元,包括雷鋒河、龍王港上游、肖河及龍王港中下游。利用《全國(guó)水環(huán)境容量核定技術(shù)指南》中推薦的一維河流模型,如式(3)～式(4),按照多年平均最枯月90%保證率的設(shè)計(jì)流量條件來(lái)計(jì)算流域水環(huán)境容量。

(3)

(4)

其中:Wi——第i個(gè)排污口允許排放量,t/a;

Ci——河段第i個(gè)節(jié)點(diǎn)處的水質(zhì)本底質(zhì)量濃度,mg/L;

Cn——沿程質(zhì)量濃度,mg/L;

Qi——河道節(jié)點(diǎn)后流量,m3/s;

Qj——第i節(jié)點(diǎn)處廢水入河量,m3/s;

K——綜合降解系數(shù),d-1;

u——第i個(gè)河段的設(shè)計(jì)流速,m/s;

x——計(jì)算點(diǎn)到第i節(jié)點(diǎn)的距離,m;

W——環(huán)境功能區(qū)內(nèi)的水環(huán)境容量,t/a。

2.2 模型輸入條件

2.2.1 設(shè)計(jì)降雨

根據(jù)《降水量等級(jí)》(GB/T 28592—2012)并結(jié)合長(zhǎng)沙20年降雨資料,將日降雨進(jìn)行劃分為小雨(<10 mm)、中雨(10～25 mm)、大雨(25～50 mm)、暴雨(50～250 mm)、大暴雨(>250 mm)共5等級(jí)。以2017年為評(píng)估基準(zhǔn)年,全年降雨量為1 515 mm,全年有超過(guò)1/3為雨天,主要為小于10 mm的小雨,約占70%,大暴雨僅有一場(chǎng),占全年雨量的8.4%,各等級(jí)降雨的雨量分布較為均勻?；谧畈焕瓌t,選取各等級(jí)中降雨強(qiáng)度偏大的場(chǎng)次作為該等級(jí)典型降雨(圖3)。

圖3 不同等級(jí)典型降雨過(guò)程Fig.3 Typical Rainstorm Process of Different Grades

2.2.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

在龍王港干流、支流、河口及上游水庫(kù)等位置選取31個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),于2018年3月—5月分別進(jìn)行晴天、雨天水質(zhì)采樣,前綴QH、QG、XYH、XYG的監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別為晴天河道、晴天管網(wǎng)排口、雨天河道及管網(wǎng)排口水質(zhì)采樣點(diǎn),對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)的CODCr、氨氮、TP 3類(lèi)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

2.2.3 管網(wǎng)及下墊面概化

管網(wǎng)和下墊面是水環(huán)境模型的重要輸入數(shù)據(jù),需對(duì)收集到的管網(wǎng)及下墊面普查數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理概化,保證模型的精度[6]。流域排水系統(tǒng)復(fù)雜,存在雨污合流與分流共存、節(jié)點(diǎn)位置偏移、流向反向、管線缺失、管線逆坡或重復(fù)等情況,利用AutoCAD軟件進(jìn)行概化處理后,導(dǎo)入ArcGIS軟件進(jìn)行拓?fù)錂z查與修正。最終模型輸入排水管道總長(zhǎng)為812.6 km,其中污水管為350.7 km,雨水管及合流管為461.9 km。同時(shí),利用ArcGIS工具將下墊面概化為植被、水體、道路、建筑物和其他5大類(lèi),以便于MIKE建模和地表徑流污染累積計(jì)算。圖4為流域管網(wǎng)及下墊面概化結(jié)果。

圖4 管網(wǎng)及下墊面概化Fig.4 Generalization of Pipe Network and Underlying Surface

2.2.4 水位水質(zhì)邊界

流域水文水動(dòng)力模型的上游邊界選取各個(gè)水庫(kù)的下泄流量,下游邊界選取湘江的水位。水質(zhì)模型邊界包括開(kāi)邊界和污染負(fù)荷邊界,上游邊界采用各個(gè)水庫(kù)晴天監(jiān)測(cè)的CODCr、氨氮及TP平均值,下游開(kāi)邊界按湘江Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)給定,CODCr、氨氮、TP取值為15.0、0.5、0.1 mg/L;污染負(fù)荷邊界按點(diǎn)源和面源的污染負(fù)荷年均值設(shè)置。

2.3 模型參數(shù)設(shè)置

模型參數(shù)設(shè)置決定模型模擬的準(zhǔn)確度,流域水文水動(dòng)力模型主要涉及的參數(shù)為平均坡面流速、模擬時(shí)間步長(zhǎng)、管道曼寧系數(shù)、檢查井局部水頭損失,流域水質(zhì)模型主要涉及的參數(shù)為衰減系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù);水環(huán)境容量模型主要涉及參數(shù)為污染因子綜合降解系數(shù),模型參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 模型參數(shù)設(shè)置Tab.1 Model Parameter Setting

2.4 模型率定與驗(yàn)證

采用2017年3月26日?qǐng)龃蔚那缣毂O(jiān)測(cè)點(diǎn)QG1、QG2、QG3進(jìn)行水量率定,在此基礎(chǔ)上,采用2017年4月22日?qǐng)龃蔚挠晏毂O(jiān)測(cè)點(diǎn)XYG10、XYG11、XYG13及XYG14率定管網(wǎng)水質(zhì)模型。同時(shí),采用梅溪湖水文站流量和水位率定流域水文水動(dòng)力模型,通過(guò)27處河道監(jiān)測(cè)斷面數(shù)據(jù)率定流域水質(zhì)模型。以CODCr為率定因子、QG1、XYG10、QH3為例的模型率定結(jié)果如圖5所示。采用納什系數(shù)(NS)和相對(duì)誤差(RE)作為水質(zhì)水量模型模擬精度的評(píng)價(jià)指標(biāo),經(jīng)分析,QG1、河道的水量率定NS分別為0.77、0.83,XYG10、QH3的水質(zhì)率定RE分別為9.1%、4.5%,皆滿足NS>0.75、RE<10%的要求,表明模型模擬結(jié)果較為準(zhǔn)確,與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合度較高,建立了污染負(fù)荷、水動(dòng)力條件與水質(zhì)之間的響應(yīng)關(guān)系,可滿足污染評(píng)估的需求。

圖5 模型率定Fig.5 Model Calibration

3 水環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估

3.1 溢流污染分析

基于MIKE URBAN管網(wǎng)水質(zhì)水量模型,根據(jù)水質(zhì)水量調(diào)查結(jié)果,選取典型場(chǎng)次的小雨、中雨、大雨及暴雨模擬現(xiàn)狀水平年區(qū)域排口的污染溢流情況,以CODCr、氨氮及TP作為水質(zhì)參數(shù),分析溢流濃度變化及其年負(fù)荷分配特性,評(píng)估溢流污染對(duì)流域水質(zhì)的影響。經(jīng)分析,流域CODCr、氨氮、TP溢流污染負(fù)荷總量分別為6 055.1、677.3、81.1 t/a,晴天溢流占54%～65%,主要溢流點(diǎn)為南園路排口和財(cái)經(jīng)泵站。35%以上的污染負(fù)荷來(lái)源于雨季溢流污染,以小雨、中雨為主,主要集中在龍王港中下游及肖河區(qū)域,由于肖河流域內(nèi)管網(wǎng)分流建設(shè)較完善、地勢(shì)較高且位于截污干管上游,入河負(fù)荷較龍王港中下游更低。各排口污染負(fù)荷分布不均,南園路排口、咸嘉湖排口為污染負(fù)荷較大的2個(gè)排口,約占所有排口降雨負(fù)荷的53%、21%。

3.2 污染負(fù)荷評(píng)估

基于區(qū)域土地利用強(qiáng)度和晴雨天水質(zhì)水量調(diào)查,識(shí)別和統(tǒng)計(jì)各區(qū)污染來(lái)源、類(lèi)型及時(shí)空變化特征。點(diǎn)源污染主要包括生活污染、晴天溢流以及雨污混流污染;面源污染主要包括農(nóng)村生活污染、農(nóng)村徑流污染以及畜禽養(yǎng)殖污染;內(nèi)源污染主要為污染物沉積于底泥中重新釋放的污染。據(jù)模型估算,流域CODCr、氨氮、TP污染負(fù)荷總量分別為8 293.902、932.752、121.720 t/a,其中晴天溢流及雨污混流溢流貢獻(xiàn)率最高,占流域總負(fù)荷的70%～78%,主要影響河段為肖河及龍王港中下游;其次分別是農(nóng)村徑流污染及生活污染,占總負(fù)荷20%～28%,主要影響了雷峰河及龍王港上游河段;內(nèi)源污染、畜禽養(yǎng)殖污染占比最低,各河段污染分布如圖6所示。

考慮到污染的產(chǎn)生機(jī)制,流域污染負(fù)荷隨降雨呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性分布,如圖7所示。雨季污染負(fù)荷約占全年的60%,以農(nóng)村和建成區(qū)的徑流污染為主,受降雨強(qiáng)度影響,6月、7月污染負(fù)荷最大;晴天溢流、農(nóng)村生活污染、內(nèi)源污染以及畜禽養(yǎng)殖污染則不受降雨影響,全年均勻下河,其中肖河基本無(wú)晴天負(fù)荷,溢流負(fù)荷隨降雨呈顯著變化,龍王港中下游晴天溢流量較大,負(fù)荷年內(nèi)變幅不大。

圖7 污染負(fù)荷年內(nèi)變化Fig.7 Annual Changes of Pollution Load

3.3 水環(huán)境容量核算

經(jīng)模型模擬評(píng)估,污染指標(biāo)為CODCr、氨氮、TP的水環(huán)境容量如表2所示。受到上游來(lái)流的影響,區(qū)域水環(huán)境容量與其匯水面積相關(guān),龍王港中下游河道由于具有較大的來(lái)流流量及區(qū)間匯流,CODCr、氨氮、TP水環(huán)境容量最大,雷鋒河次之,龍王港上游位居第3,肖河匯水面積小,水環(huán)境容量最小。由于龍王港流域上游為山區(qū)河道,中下游為城市河道,主要來(lái)水為本地的降雨徑流,其水量呈明顯的豐水期、枯水期變化特征。6月、7月隨降雨強(qiáng)度增大,水環(huán)境容量達(dá)最大,加之流域?yàn)榧撅L(fēng)性氣候,降雨時(shí)間分布不均勻,因此,水環(huán)境容量在年內(nèi)有較大的變化,如圖8所示。另外,污染物質(zhì)在水環(huán)境中的自?xún)裟芰κ艿剿νＡ魰r(shí)間、流域特性等影響,各河道水質(zhì)指標(biāo)環(huán)境容量存在一定差異,CODCr具有較大的自?xún)裟芰?TP自?xún)裟芰^差。

表2 水環(huán)境容量計(jì)算Tab.2 Calculation of Water Environment Capacity

圖8 水環(huán)境容量年內(nèi)變化Fig.8 Annual Variation of Water Environmental Capacity

3.4 水環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估

隨著流域人口和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng),生活污水、工業(yè)廢水及農(nóng)業(yè)農(nóng)村污水排放量劇增,污染物排放總量超過(guò)了龍王港流域水環(huán)境容量,水環(huán)境問(wèn)題突出。龍王港、雷鋒河上游等未建成區(qū)主要污染來(lái)源于農(nóng)村生活垃圾、農(nóng)村徑流、生活污水、畜禽養(yǎng)殖廢水以及農(nóng)藥化肥等面源污染,排放的氮、磷造成水體富營(yíng)養(yǎng)化;龍王港、雷鋒河、肖河中下游等已建城區(qū)人口密集,由于污水收集和處理設(shè)施不完善,雨污分流不徹底,部分污水未經(jīng)處理直排水體,溢流污染嚴(yán)重。而流域徑流主要由降雨補(bǔ)給,自然徑流量季節(jié)性強(qiáng),雨季4月—7月徑流量占全年70%以上,上游水庫(kù)共855萬(wàn)m3的興利庫(kù)容在滿足農(nóng)田灌溉后,難以保證枯水季節(jié)最小生態(tài)流量,斷流時(shí)有發(fā)生,季節(jié)性缺水問(wèn)題突出。

如表3和圖9所示,晴天流域內(nèi)除龍王港、雷鋒河上游為Ⅲ～Ⅳ類(lèi)地表水標(biāo)準(zhǔn),其他河段水質(zhì)與水環(huán)境功能區(qū)劃要求執(zhí)行的地表Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)相差甚遠(yuǎn),現(xiàn)狀基本為Ⅴ類(lèi)或劣Ⅴ類(lèi),Ⅴ類(lèi)及以下水質(zhì)的河段占64.5%,主要為雷鋒河松柏路支流及除上游水庫(kù)的全河段、肖河全河段、龍王港干流自馬頭壩河下游至入湘江口的全河段。流域整體水質(zhì)狀況較差,氨氮、TP均有不同程度超標(biāo)。雨天流域水質(zhì)全面不達(dá)標(biāo),水質(zhì)峰值明顯,河道水質(zhì)受排口污染溢流影響較大。

表3 流域水環(huán)境現(xiàn)狀(Ⅳ類(lèi))Tab.3 Current Situation of Water Environment in the Basin (Class IV)

圖9 水質(zhì)分布現(xiàn)狀Fig.9 Existing Water Quality Distribution

4 水環(huán)境治理方案與評(píng)估

4.1 治理目標(biāo)

基于流域的水質(zhì)模型、負(fù)荷計(jì)算模型、環(huán)境容量評(píng)估模型,從河道水環(huán)境承載力出發(fā),綜合考慮城市發(fā)展、工程可實(shí)施性等因素,確定近期、中期和遠(yuǎn)期的水環(huán)境治理目標(biāo)(表4),以流域統(tǒng)籌、分片治理、分期建設(shè)、以效定案的原則,制定綜合治理方案,逐一實(shí)施治理。

表4 分期治理目標(biāo)Tab.4 Treatment Objectives in Phases

4.2 水環(huán)境治理方案概述

針對(duì)現(xiàn)狀不同區(qū)域在不同階段存在的水環(huán)境問(wèn)題,提出流域水環(huán)境綜合治理方案,如表5所示。雷鋒河及龍王港上游現(xiàn)狀主要污染源為農(nóng)村生活污染、農(nóng)村徑流污染,伴隨區(qū)域開(kāi)發(fā),逐步變成建成區(qū)徑流污染、農(nóng)村生活污染及徑流污染。因而,龍王港上游建成區(qū)以生活截污及徑流控制方案為主,農(nóng)村采用限制性開(kāi)發(fā),在農(nóng)村區(qū)域污染控制的基礎(chǔ)上,實(shí)行新開(kāi)發(fā)區(qū)域雨污分流。結(jié)合城鎮(zhèn)發(fā)展,雷鋒河近期以建成區(qū)生活污水納入市政管網(wǎng)、農(nóng)村生活污染分散收集治理、農(nóng)村徑流污染控制為主;遠(yuǎn)期在建成區(qū)面積擴(kuò)大、完全雨污分流的情況下,利用中期建設(shè)工程收集處理初期雨水徑流污染。肖河及龍王港中下游開(kāi)發(fā)建設(shè)空間基本飽和,隨著人口密度不斷增加,以生活污水及建成區(qū)徑流為主的污染負(fù)荷增加,在污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)建的基礎(chǔ)上,分期開(kāi)展市政管網(wǎng)分流改造和末端調(diào)蓄設(shè)施建設(shè),以實(shí)現(xiàn)溢流和徑流污染控制。

表5 水環(huán)境治理方案Tab.5 Water Environment Treatment Scheme

上述方案中,近期完善市政管網(wǎng)27.5 km,封堵現(xiàn)狀截污坎、槽,新建截污管網(wǎng)39.5 km,市政雨污錯(cuò)混接分流及截污改造共824處,增設(shè)4處污水提升及分布式污水處理設(shè)施,對(duì)截流污水及初期雨水進(jìn)行全處理;晴天利用50萬(wàn)t/a的雷鋒污水廠尾水(Ⅳ類(lèi))對(duì)肖河及龍王港中下游分別補(bǔ)水1.00、4.79 m3/s,雨天全部尾水就近直排龍王港。中期完善市政管網(wǎng)達(dá)30.0 km,封堵末端截污槽共37處,市政雨污錯(cuò)接點(diǎn)改造23處,小區(qū)內(nèi)部雨污錯(cuò)接點(diǎn)共398處,新建山水分離管共29 km、截洪溝共131 km、初雨截流管道共26.6 km,建設(shè)調(diào)蓄池共24個(gè),調(diào)蓄規(guī)模為22.6萬(wàn)m3,配套4處雨水凈化區(qū)建設(shè);同時(shí),完成262個(gè)建成及未建成小區(qū)的海綿城市建設(shè),另在龍王港河口處設(shè)置泵站,對(duì)雷鋒河進(jìn)行補(bǔ)水,規(guī)模為1.5 m3/s。遠(yuǎn)期基于近、中期方案,結(jié)合區(qū)域發(fā)展,進(jìn)一步雨污分流,肖河完成85%,龍王港下游完成80%,雷鋒河及龍王港上游新建成區(qū)100%雨污分流。

4.3 方案評(píng)估

規(guī)劃方案實(shí)施后,通過(guò)模型模擬評(píng)估龍王港流域的污染削減和水質(zhì)改善情況,如圖10和圖11所示。結(jié)果表明,按多年平均最枯月90%保證率的設(shè)計(jì)流量條件,基于典型年的降雨條件和邊界條件,近期方案實(shí)施后流域年CODCr、氨氮、TP污染分別削減了62.2%(5 162.0 t/a)、78.7%(733.9 t/a)、70.1%(85.5 t/a),龍王港上游水質(zhì)基本達(dá)Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),雷鋒河、肖河及龍王港中下游受氨氮、TP限制性指標(biāo)影響難以達(dá)到Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn);中期方案實(shí)施后流域年CODCr、氨氮、TP污染分別削減了78.5%(6 515 t/a)、84.1%(793.8 t/a)、77.6%(94.6 t/a),區(qū)域基本達(dá)到Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),CODCr、氨氮、TP達(dá)標(biāo)率提高至91.5%、64.1%、82.7%,雷鋒河上游及龍王港上游滿足Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);遠(yuǎn)期方案實(shí)施后流域年CODCr、氨氮、TP污染分別削減了82.0%(6 801 t/a)、92.0%(858.3 t/a)、86.2%(105.1 t/a),CODCr、氨氮、TP的Ⅲ類(lèi)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率為80.8%、64.1%、84.1%,流域基本達(dá)到地表水Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),龍王港上游達(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),典型小雨工況下水質(zhì)情況如圖11所示。雷鋒污水廠提標(biāo)改造是遠(yuǎn)期達(dá)到Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的前提條件?？傮w上,流域?qū)嶋H污染削減量高于目標(biāo)削減量,不同階段區(qū)域污染負(fù)荷皆低于對(duì)應(yīng)水環(huán)境容量要求限值,水環(huán)境改善效果逐漸明顯,滿足污染削減和水質(zhì)改善目標(biāo),表明龍王港流域采用的綜合水環(huán)境治理思路及技術(shù)方案可行。

圖10 方案目標(biāo)可達(dá)性分析Fig.10 Accessibility Analysis of Scheme Objectives

圖11 典型小雨工況下水質(zhì)分布Fig.11 Water Quality Distribution under Typical Light Rain Conditions

5 結(jié)論

本文針對(duì)龍王港流域現(xiàn)狀水環(huán)境問(wèn)題,基于MIKE模型建立全流域動(dòng)態(tài)水環(huán)境數(shù)學(xué)模型,對(duì)污染負(fù)荷和治理方案進(jìn)行評(píng)估。

(1)根據(jù)收集到的地形及下墊面、水文氣象、排水系統(tǒng)、水工建筑物等基礎(chǔ)數(shù)據(jù),結(jié)合污染源調(diào)查及水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),利用MIKE模型對(duì)管網(wǎng)、河網(wǎng)搭建一維水文、水動(dòng)力、水質(zhì)模型,結(jié)合污染負(fù)荷模型和水環(huán)境容量模型,分析現(xiàn)狀污染負(fù)荷和水質(zhì)時(shí)空分布及變化規(guī)律。

(2)根據(jù)水環(huán)境功能區(qū)劃要求,結(jié)合城市發(fā)展,因地制宜地提出分區(qū)分期水環(huán)境治理方案,近期主要圍繞污染削減和跨流域生態(tài)補(bǔ)水展開(kāi),中期以徑流污染控制為治理重點(diǎn),遠(yuǎn)期在近、中期的基礎(chǔ)上,提高補(bǔ)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)一步控源截污。

(3)基于模型分析,流域現(xiàn)狀全年CODCr、氨氮、TP污染負(fù)荷總量分別為8 293.902、932.752、121.720 t/a,以晴天溢流污染及徑流污染為主。綜合方案實(shí)施后,CODCr、氨氮、TP污染負(fù)荷分別削減了82.0%(6 801 t/a)、92.0%(858.3 t/a)、86.2%(105.1 t/a),水質(zhì)基本達(dá)到Ⅲ類(lèi)地表水標(biāo)準(zhǔn),水環(huán)境改善效果明顯。