南水北調(diào)中線總干渠污染物降解及自凈能力研究

肖新宗 郭芳 賈慶林 劉信勇 王超

摘要：自凈過程是影響河湖水體水質(zhì)變化的重要因素，污染物降解系數(shù)是決定水體自凈能力的關(guān)鍵參數(shù)。定量分析長(zhǎng)距離輸水過程中渠道本身的自凈作用，對(duì)于認(rèn)識(shí)總干渠水質(zhì)變化過程，區(qū)分其他外源因素對(duì)水質(zhì)變化的影響都有著重要意義。以高錳酸鹽指數(shù)和氨氮為研究對(duì)象，采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M的方法測(cè)定了南水北調(diào)中線輸水總干渠典型斷面的污染物降解系數(shù)，并將模擬的自凈衰減過程與水質(zhì)實(shí)際變化過程進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示：① 總干渠污染物降解系數(shù)k相對(duì)天然河流處于較低水平，陶岔斷面k_CODMn為0.055 d^-1，k_NH3-N為0.003 d^-1，鄭灣斷面k_CODMn為0.049 d^-1，k_NH3-N為0.003 d^-1，大安舍斷面k_CODMn為0.032 d^-1，k_NH3-N為0.009 d^-1；考慮到高錳酸鹽指數(shù)實(shí)際組分復(fù)雜，渠道降解系數(shù)較模擬結(jié)果可能更低。② 模擬的自凈衰減過程受溫度、流速的影響較大，不同條件下總干渠高錳酸鹽指數(shù)將從1.8 mg/L下降至0.228～1.042 mg/L，氨氮濃度將從0.034 mg/L下降至0.026～0.030 mg/L。由于存在藻源性、大氣沉降和坡面徑流等外源輸入增量，總干渠沿程實(shí)測(cè)高錳酸鹽指數(shù)介于1.8～2.4 mg/L之間（2019年），基本維持穩(wěn)定；氨氮濃度介于0.029～0.096 mg/L之間（2019年），有升高趨勢(shì)。理想條件下，自凈作用最大能夠消減高錳酸鹽指數(shù)增量的81.81%，消減氨氮增量的30.37%。研究成果可為深入認(rèn)識(shí)南水北調(diào)中線總干渠輸水過程中水質(zhì)沿程變化提供參考。

關(guān) 鍵 詞：污染物降解；自凈過程；高錳酸鹽指數(shù)；氨氮；降解系數(shù)；模擬實(shí)驗(yàn)；南水北調(diào)中線總干渠

中圖法分類號(hào)：TV68；X52

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.05.007

0 引 言

南水北調(diào)中線工程是華北地區(qū)的重要水資源戰(zhàn)略配置工程，水質(zhì)安全決定了工程成敗^［1］。中線工程總干渠全長(zhǎng)1 432 km，長(zhǎng)距離輸水過程中，渠道本身的自凈作用是影響渠道水質(zhì)的重要因素。定量分析總干渠水質(zhì)指標(biāo)的自凈過程，對(duì)于認(rèn)識(shí)總干渠水質(zhì)變化過程，區(qū)分其他外源因素對(duì)水質(zhì)變化的影響有重要的意義。

污染物降解系數(shù)是決定水體自凈能力的關(guān)鍵參數(shù)，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)河流污染物降解系數(shù)開展了大量研究。如陳炎等在多閘壩河流上，利用枯水期斷面多年的氨氮同步監(jiān)測(cè)資料估算出河南省境內(nèi)淮河流域部分河流氨氮降解系數(shù)為0.080～0.340 d^-1［2］；王玲等通過現(xiàn)場(chǎng)追蹤實(shí)驗(yàn)，測(cè)得滏陽河邯鄲段不同水期的COD_Cr降解系數(shù)為0.270～0.437 d^-1［3］；游學(xué)靜等采集閩江不同河段水樣，利用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究，得出閩江上游流域氨氮的平均降解系數(shù)為0.140～0.260 d^-1，中下游流域氨氮的平均降解系數(shù)為0.099～0.203 d^-1［4］?？傮w來看，已有的水體自凈作用研究多針對(duì)長(zhǎng)江、黃河等大流域或是天然水體的河流，對(duì)于南水北調(diào)中線總干渠這類大型人工輸水渠道還沒有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。雖然很多學(xué)者提出可以利用已有研究成果，根據(jù)地形、水文、水質(zhì)等條件類比確定水體污染物降解系數(shù)^［5］，但人工渠道往往具有壁面硬化、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差、微生物豐富度低等區(qū)別于天然河道的特點(diǎn)，可能造成總干渠水體污染物降解系數(shù)與天然河道具有較大的差異，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)值或者文獻(xiàn)參考值可能難以準(zhǔn)確反映總干渠水質(zhì)指標(biāo)的消減過程^［6］。

高錳酸鹽指數(shù)和氨氮是河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)以及水體自凈研究的主要對(duì)象^［7-8］，本研究選擇這兩項(xiàng)基本指標(biāo)，基于總干渠污染物的降解系數(shù)測(cè)定和自凈過程分析，研究水體自凈作用對(duì)高錳酸鹽指數(shù)和氨氮沿程變化的影響，為深入認(rèn)識(shí)南水北調(diào)中線總干渠輸水過程中水質(zhì)沿程變化提供參考。

1 研究區(qū)域概況

南水北調(diào)中線總干渠全長(zhǎng)共計(jì)1 432 km，其中天津輸水支線長(zhǎng)156 km。總干渠渠首位于丹江口水庫東岸的淅川縣陶岔村，全線自流至渠尾北京市頤和園團(tuán)城湖，地跨河南、河北、天津、北京4個(gè)?。ㄖ陛犑校鼐€無在線調(diào)節(jié)水庫，具有自流輸水和供水的優(yōu)越條件，輸水方式以明渠為主，局部采用管涵過水^［9］。為保障水質(zhì)安全，工程設(shè)計(jì)通過立體交叉、封閉圍欄、水源保護(hù)區(qū)，確立了中線工程三道防線。總干渠沿線還建立了日常監(jiān)測(cè)體系，包括30個(gè)固定監(jiān)測(cè)斷面，斷面位置布設(shè)見圖1，其中河南省內(nèi)16個(gè)，河北省內(nèi)9個(gè)，北京市內(nèi)2個(gè)，天津市3個(gè)，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)干渠沿線的常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)。截至2023年8月，中線干線累計(jì)輸水超過584億m³，已成為京津冀豫地區(qū)的主力水源。

2 研究方法

2.1 樣品采集

樣品采樣于2019年5月開展，分別于27個(gè)固定監(jiān)測(cè)斷面（天津市干線3個(gè)斷面未采集）采集水樣500 mL，并采用便攜式水質(zhì)儀（YSI，美國）測(cè)定水溫、溶解氧和pH（表1）。將總干渠劃分為前段（陶岔至鄭灣）、中段（鄭灣至大安舍）和尾段（大安舍至團(tuán)城湖）3個(gè)區(qū)段，選取陶岔、鄭灣、大安舍3個(gè)斷面分別采集水樣10 L，用于開展污染物降解系數(shù)測(cè)定室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)。上述樣品均于4 ℃低溫保存，送回實(shí)驗(yàn)室后立即測(cè)定高錳酸鹽指數(shù)和氨氮。高錳酸鹽指數(shù)的測(cè)定采用 GB 11892-89《水質(zhì) 高錳酸鹽指數(shù)的測(cè)定》，氨氮的測(cè)定采用GB 7479-87《水質(zhì) 銨的測(cè)定 納氏試劑比色法》。

2.2 降解系數(shù)測(cè)定

2.2.1 自凈衰減過程模擬

總干渠污染物降解系數(shù)采用實(shí)驗(yàn)室模擬方法測(cè)定。室內(nèi)培養(yǎng)方法如下：將水樣轉(zhuǎn)移到10 L的敞口玻璃容器中靜置培養(yǎng)，先穩(wěn)定培養(yǎng)3 d后再進(jìn)行降解試驗(yàn)，培養(yǎng)溫度為20 ℃。原水高錳酸鹽指數(shù)和氨氮濃度均較低，直接培養(yǎng)難以分析水質(zhì)指標(biāo)的降解過程。因此通過添加葡萄糖和硫酸銨^［10-11］，調(diào)節(jié)高錳酸鹽指數(shù)初始值擬定為15 mg/L，氨氮初始濃度擬定為4 mg/L。每隔1 d測(cè)定水體高錳酸鹽指數(shù)和氨氮值，連續(xù)測(cè)定18 d。

2.2.2 降解系數(shù)擬合

對(duì)于水體中污染物濃度較低的降解過程，一般認(rèn)為符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型^［12-13］，如式（1）所示：

C=C₀·exp（-kt）（1）

式中：C為t時(shí)刻污染指標(biāo)濃度，mg/L；C₀為污染指標(biāo)初始濃度，mg/L；k為降解系數(shù)，d^-1；t為污染物降解時(shí)間，d。

室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)為每隔1 d取樣分析，由所得的濃度隨時(shí)間變化繪制散點(diǎn)圖，按照公式（1）對(duì)散點(diǎn)進(jìn)行指數(shù)曲線擬合。散點(diǎn)圖和擬合分析均在SPSS18.0中執(zhí)行。

2.2.3 降解系數(shù)修正

實(shí)際水環(huán)境中，水流流動(dòng)通過改變大氣復(fù)氧過程和溶解氧的傳輸擴(kuò)散過程影響污染物的降解速率，水流紊動(dòng)越劇烈，水面與空氣中的氧氣交換速率越高，水體內(nèi)部溶解氧的擴(kuò)散和運(yùn)輸越快，污染物的降解速率越高^［14］。考慮到實(shí)驗(yàn)測(cè)定條件與實(shí)際水體的差異，對(duì)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定下的降解系數(shù)進(jìn)行水力及水溫的修正，修正公式如式（2）所示^［15-16］：

式中：k_T為溫度T對(duì)應(yīng)的降解系數(shù)，d^-1；k_T0為溫度T₀對(duì)應(yīng)的降解系數(shù)，d^-1；θ為溫度校正系數(shù)，研究探討水溫在10～30 ℃的情形，一般取值為1.045^［17］；v為渠段平均流速，m/s；h為渠段水深，m；a為河床活度系數(shù)，與河道坡度有關(guān)，由于干渠水力坡度較小，取值為0.03^［15］。

根據(jù)總干渠水溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，各斷面水溫基本都在8～28 ℃之間，設(shè)置3個(gè)溫度梯度（10，20，30 ℃）?？偢汕\(yùn)行以來輸水流量、流速有所波動(dòng)，各渠段由于分水，流速、水深也會(huì)有所變化。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，2019年3月屬于低流速輸水期，2019年5月屬于高流速輸水期。因此以2019年3月和5月為例，將總干渠水深、流速分布設(shè)定低流速與高流速2個(gè)流速情景。按照總干渠水溫和流速的變化設(shè)定6種不同的情景組合，對(duì)室內(nèi)測(cè)得的降解系數(shù)進(jìn)行修正。流速和流量分布如圖2所示。

2.3 污染物沿程自凈衰減過程

陶岔、鄭灣和大安舍斷面的室內(nèi)降解系數(shù)分別代表3個(gè)區(qū)段內(nèi)相應(yīng)斷面的室內(nèi)降解系數(shù)，結(jié)合總干渠流速、水深分布，對(duì)其進(jìn)行修正，結(jié)果如表2所列。

依據(jù)總干渠27個(gè)監(jiān)測(cè)斷面將總干渠視為26個(gè)渠段單元，各渠段單元的流速、降解系數(shù)取上游監(jiān)測(cè)斷面流速及降解系數(shù)。以陶岔斷面的濃度為初始濃度，下游各斷面的降解時(shí)間為上游所有渠段單元的累計(jì)過流時(shí)間，各渠段單元的過流時(shí)間由渠段單元長(zhǎng)度除以對(duì)應(yīng)流速所得。按照公式（1）模擬不同情景總干渠水體理想條件（沒有外源輸入）下的自凈衰減過程，并繪制不同條件下水質(zhì)指標(biāo)的自凈衰減趨勢(shì)線。

2.4 自凈作用對(duì)總干渠水質(zhì)沿程變化的影響

將理想狀態(tài)的衰減趨勢(shì)與實(shí)際沿程濃度進(jìn)行對(duì)比，分析自凈過程對(duì)總干渠水質(zhì)沿程變化的影響。由于采樣監(jiān)測(cè)工作在5月份開展，總干渠平均溫度在20 ℃左右，故基于20 ℃高流速理想狀態(tài)下的水體自凈能力，對(duì)比總干渠有無自凈作用時(shí)各水質(zhì)指標(biāo)沿程變化趨勢(shì)。

將總干渠水質(zhì)指標(biāo)的沿程濃度變化視為渠首輸入的本底濃度沿程增量以及水體自凈三者綜合作用的結(jié)果，如式（3）所示：

C=C_本底+ΔC_增量-ΔC_自凈（3）

式中：C為水質(zhì)指標(biāo)實(shí)際監(jiān)測(cè)濃度，mg/L；C_本底為水質(zhì)指標(biāo)本底濃度，即渠首陶岔斷面的監(jiān)測(cè)指標(biāo)濃度，mg/L；ΔC_增量為水質(zhì)指標(biāo)渠道內(nèi)源性增加和外界輸入濃度，mg/L；ΔC_自凈為水質(zhì)指標(biāo)自凈消減濃度，即自凈衰減曲線對(duì)應(yīng)的濃度與初始濃度（渠首陶岔斷面濃度）的差值，mg/L。

基于總干渠自凈衰減曲線可以得到自凈消減濃度ΔC_自凈，因此可以基于式（3）計(jì)算增量濃度ΔC_增量。通過計(jì)算自凈消減濃度占增量濃度比例ΔC_自凈/ΔC_增量，定量分析自凈作用對(duì)水質(zhì)指標(biāo)沿程變化的影響。

3 結(jié)果和討論

3.1 高錳酸鹽指數(shù)和氨氮降解系數(shù)

圖3為陶岔、鄭灣、大安舍3個(gè)斷面培養(yǎng)水樣的高錳酸鹽指數(shù)和氨氮濃度變化情況。經(jīng)過18 d的連續(xù)監(jiān)測(cè)，高錳酸鹽指數(shù)呈現(xiàn)出顯著的衰減過程，其中陶岔斷面由15.04 mg/L下降到5.41 mg/L，鄭灣斷面由14.48 mg/L下降到6.08 mg/L，大安舍斷面由12.32 mg/L下降到7.09 mg/L。氨氮衰減幅度相對(duì)較小，其中陶岔斷面由4.88 mg/L下降到4.45 mg/L，鄭灣斷面由4.05 mg/L下降到3.75 mg/L，大安舍斷面由3.49 mg/L下降到3.02 mg/L。擬合結(jié)果顯示，陶岔、鄭灣、大安舍3個(gè)斷面高錳酸鹽指數(shù)降解系數(shù)k值分別為0.055 d^-1（p＜0.01）、0.049 d^-1（p＜0.01）、0.032 d^-1（p＜0.01），均為極其顯著。氨氮降解系數(shù)k值分別為0.003 d^-1（p＜0.05）、0.003 d^-1（p＞0.05）、0.009 d^-1（p＜0.05），其中鄭灣斷面擬合k值統(tǒng)計(jì)結(jié)果不顯著。相比高錳酸鹽指數(shù)，總干渠水體對(duì)氨氮的自凈作用很不明顯，這可能是因?yàn)榭偢汕w較為清潔，顆粒物較少，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)氨氮自凈的硝化細(xì)菌豐度不足，難以形成有效的氨氮自凈效果^［18］。

表3為27個(gè)斷面降解系數(shù)的修正結(jié)果?？梢钥闯觯偢汕诘蜏氐土魉贄l件下高錳酸鹽指數(shù)的降解系數(shù)介于0.023～0.038 d^-1，氨氮的降解系數(shù)介于0.004～0.014 d^-1，高溫高流速下高錳酸鹽指數(shù)的降解系數(shù)介于0.054～0.090 d^-1，氨氮的降解系數(shù)介于0.009～0.021 d^-1。

與其他地區(qū)相比，中線總干渠水體高錳酸鹽指數(shù)、氨氮降解系數(shù)相對(duì)較低。如郭儒等指出中國河流COD降解系數(shù)在0.009～0.470 d^-1之間，氨氮降解系數(shù)在0.105～0.350 d^-1之間^［7］；馮帥等測(cè)得太湖流域上游河網(wǎng)COD與氨氮的降解系數(shù)范圍分別是0.021 6～0.197 4 d^-1和0.015 2～0.312 3 d^-1［19］。總干渠污染物降解系數(shù)較低，主要原因可能是渠底和邊坡均采取硬化措施，土壤基質(zhì)缺失導(dǎo)致難以形成完善的附著生物和底棲生境，生物相趨于離散態(tài)，不利于自凈能力的增強(qiáng)^［20-21］。此外，總干渠作為引用水水源地，水質(zhì)已優(yōu)于GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)^［22］，低濃度的營(yíng)養(yǎng)鹽使得水體中生物群落數(shù)量較少。

3.2 總干渠高錳酸鹽指數(shù)和氨氮沿程自凈衰減過程

不同水溫和流速條件下，總干渠水體高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的自凈衰減過程如圖4所示。理想狀態(tài)下，總干渠高錳酸鹽指數(shù)將從陶岔斷面的1.8 mg/L衰減到團(tuán)城湖斷面的0.228～1.042 mg/L，氨氮將從陶岔斷面的0.034 mg/L衰減到團(tuán)城湖斷面的0.026～0.030 mg/L?？梢钥吹剑魉俸退疁貙?duì)總干渠水質(zhì)指標(biāo)的自凈衰減過程都有明顯的影響，如30 ℃條件下，高流速和低流速的高錳酸鹽指數(shù)自凈衰減曲線最大能夠相差0.308 mg/L；低流速條件下，10 ℃和30 ℃的高錳酸鹽指數(shù)自凈衰減曲線最大能夠相差 0.500 mg/L。

可見冬季時(shí)由于氣溫降低，干渠水體自凈能力會(huì)明顯變?nèi)?sup>［23^］；對(duì)比不同流速，發(fā)現(xiàn)流速變化對(duì)總干渠污染物降解系數(shù)影響較小，這與干渠水流均勻，溶解氧含量較高，流速不會(huì)成為污染物降解系數(shù)的限制因素^［24］相吻合，反而相同溫度下，流速加快，過流時(shí)間變小，使得微生物的降解反應(yīng)時(shí)間縮短，水體流至各斷面時(shí)污染物自凈消減值有所降低。

另外，考慮到本研究降解試驗(yàn)是通過添加容易被生物降解的葡萄糖從而改變高錳酸鹽指數(shù)的濃度，而渠道有機(jī)物的實(shí)際組成可能更為復(fù)雜，通常含有一定比例的木質(zhì)素等難降解的部分^［25］，因此實(shí)際的降解系數(shù)可能較模擬試驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果偏小，自凈衰減幅度較理想的衰減曲線偏小。

3.3 自凈作用對(duì)總干渠高錳酸鹽指數(shù)和氨氮沿程變化的影響

總干渠水質(zhì)指標(biāo)實(shí)際沿程濃度變化與自凈衰減曲線的對(duì)比結(jié)果如圖5所示。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，總干渠沿程高錳酸鹽指數(shù)基本保持穩(wěn)定，平均濃度為1.93 mg/L，其中團(tuán)城湖斷面濃度達(dá)到最高，為2.4 mg/L。沿程氨氮濃度波動(dòng)較大，其中河南省境內(nèi)（陶岔至漳河北）相對(duì)穩(wěn)定，平均濃度為0.036 mg/L，河北省境內(nèi)（南營(yíng)村至西黑山）出現(xiàn)峰值，最高達(dá)到0.096 mg/L，北京市境內(nèi)（惠南莊和團(tuán)城湖）有所下降，團(tuán)城湖斷面濃度為0.045 mg/L。高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的沿程監(jiān)測(cè)濃度與自凈衰減曲線都存在較大差異，表明渠道沿程產(chǎn)生了部分營(yíng)養(yǎng)鹽和還原性物質(zhì)增量。研究表明：渠道藻類易于繁殖^［26］，藻類生長(zhǎng)代謝產(chǎn)生的藻源性有機(jī)物對(duì)高錳酸鹽指數(shù)有明顯的影響^［27］；另外，大氣干濕沉降、渠道坡面和橋面徑流等因素形成的外源輸入也會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)指標(biāo)沿途波動(dòng)^［28-30］，與理想狀態(tài)出現(xiàn)偏差。若忽略水體自凈作用，即斷面實(shí)測(cè)濃度加上由渠首陶岔至相應(yīng)斷面的累計(jì)理想自凈容量，總干渠高錳酸鹽指數(shù)將呈沿程穩(wěn)定上升的趨勢(shì)，最高能夠達(dá)到3.495 mg/L。但氨氮自凈能力不顯著，因此氨氮變化幅度不大。表4給出了各斷面的自凈消減濃度、增量濃度及自凈消減占增量濃度比例的計(jì)算結(jié)果。理想條件下，水體通過自凈作用最大能夠使得高錳酸鹽指數(shù)消減0.016～0.995 mg/L，占高錳酸鹽指數(shù)增量的平均比例為81.81%；使得氨氮消減0.000 1～0.004 mg/L，占氨氮增量的平均比例為30.37%?？傮w來看，自凈作用對(duì)高錳酸鹽指數(shù)的濃度沿程變化影響較大，而對(duì)氨氮濃度的沿程變化影響相對(duì)較小。

4 結(jié) 論

（1）選取陶岔、鄭灣、大安舍3個(gè)斷面進(jìn)行南水北調(diào)中線總干渠高錳酸鹽指數(shù)和氨氮降解系數(shù)測(cè)定，并通過對(duì)其修正，得出總干渠前段高錳酸鹽指數(shù)降解系數(shù)為0.038～0.090 d^-1，氨氮降解系數(shù)為0.004～0.009 d^-1；中段高錳酸鹽指數(shù)降解系數(shù)為0.035～0.081 d^-1，氨氮降解系數(shù)為0.005～0.009 d^-1；尾段高錳酸鹽指數(shù)降解系數(shù)為0.026～0.059 d^-1，氨氮降解系數(shù)為0.010～0.018 d^-1。

（2）在無增量的理想條件下，自凈過程將使高錳酸鹽指數(shù)明顯衰減，由初始的1.8 mg/L降低到0.228 ～1.042 mg/L，其中高溫（30 ℃）低流速條件下衰減幅度最大。氨氮自凈衰減相對(duì)較弱，由初始的0.034 mg/L降低到0.026～0.030 mg/L，其中高溫（30 ℃）低流速條件下衰減幅度最大。

（3）總干渠沿程實(shí)測(cè)高錳酸鹽指數(shù)介于1.8～2.4 mg/L之間，基本維持穩(wěn)定；氨氮濃度介于0.029～0.096 mg/L之間，有升高趨勢(shì)。理想條件下，自凈作用最大能夠消減高錳酸鹽指數(shù)增量的81.81%，消減氨氮增量的30.37%。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯：劉 媛）

Study on water self-purification process in main channel of Middle Route

of South-to-North Water Diversion Project

XIAO Xinzong¹，GUO Fang¹，JIA Qinglin^2，3，LIU Xinyong¹，WANG Chao^2，4

（1.China South to North Water Diversion Middle Route Corporation Limited，Beijing 100038，China；2.Yangtze River Water Resources Protection Institute，Wuhan 430051，China；3.Baowu Water Technology Corporation Limited Shanxi Branch，Taiyuan 030021，China；4.Key Laboratory of Ecological Regulation of Non-point Source Pollution in Lake and Reservoir Water Sources，Changjiang Water Resources Commission，Changjiang，430051，China）

Abstract：The self-purification process is an important factor influencing changes in the water quality of rivers and lakes，and the degradation coefficient of pollutants is the key parameter determining the self-purification ability of water bodies.The quantitative analysis of the self-purification function of the channel in long-distance water transport is of great significance for understanding the water quality change process and distinguishing the influence of other external factors on the water quality change.Using permanganate index （COD_Mn）and ammonia nitrogen （NH₃-N）as the research subjects，the pollution degradation coefficients of typical sections of main canal of Middle Route of South-to-North Water Diversion Project were determined using indoor experimental simulation methods，and the simulated self-purification decay process was compared with the actual water quality changes.The results showed that：① The pollution degradation coefficients for the main canal were relatively low compared to natural rivers.The degradation coefficients of COD_Mnof Taocha，Zhengwan and Daanshe were 0.055 d^-1，0.049 d^-1and 0.032 d^-1respectively，while the degradation coefficients of NH₃-N were 0.003 d^-1，0.003 d^-1and 0.009 d^-1respectively.Considering that the actual components of the permanganate index were complex，the channel degradation coefficient may be lower than the simulation results.② The simulated self-purification decay process was significantly influenced by temperature and flow rate.Under different conditions，the permanganate index in the main channel decreased from 1.8 mg/L to a range of 0.228 to 1.042 mg/L，while ammonia nitrogen concentration decreased from 0.034 mg/L to a range of 0.026 to 0.030 mg/L.Due to the external inputs from algae，atmospheric deposition，and surface runoff，the permanganate index along the main channel ranged between 1.8 to 2.4 mg/L （in 2019），remaining relatively stable；while ammonia nitrogen concentrations ranged from 0.029 to 0.096 mg/L （in 2019），showing an increasing trend.Under ideal conditions，the self-purification process can reduce the average proportion of changes in permanganate index and ammonia nitrogen by 81.81% and 30.37%，respectively.The research results can provide a reference for further understanding the changes of water quality along the main canal of the Middle Route of South-to-North Water Diversion Project.

Key words：pollutant degradation；self-purification process；permanganate index；ammonia nitrogen；degradation coefficient；simulation experiment；main canal of Middle Route of South-to-North Water Diversion Project