周新明

(廣西崇左市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站,廣西崇左532200)

1 引言

河流水質(zhì)數(shù)學(xué)模型(簡(jiǎn)稱為河流水質(zhì)模型)是河流中污染物隨空間和時(shí)間遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的描述。按模型推算方式不同,可區(qū)分為理論模型、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃桶肜碚撃Ｐ?種。河流水質(zhì)模型多應(yīng)用于環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的預(yù)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)分析、水質(zhì)規(guī)劃和管理以及污染防治等方面。

為了便于分析,本文按源強(qiáng)排放在時(shí)間長(zhǎng)度上的不同選擇河流一維水質(zhì)模型中3個(gè)基本方程的圖形特征來(lái)進(jìn)行分析。即一維河流穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型(連續(xù)穩(wěn)定排放的源強(qiáng)),一維河流突發(fā)性排污的水質(zhì)模型(瞬時(shí)排放的源強(qiáng))和一維河流非穩(wěn)態(tài)的水質(zhì)模型(短時(shí)間里排放的源強(qiáng))的3者圖形特征進(jìn)行比較,然后作出簡(jiǎn)要判別分析。

1.1 一維河流穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型

C為x處的河水污染物濃度,[ML-3];C0為 x=0處的河水污染物濃度,[ML-3];u為平均流速,[LT-1];k為污染物的衰減系數(shù),[T-1];E為彌散系數(shù),[L2T-1]。

1.2 一維河流突發(fā)性排污的水質(zhì)模型

C為x處t時(shí)河水?dāng)嗝嫖廴疚餄舛?[ML-3];C0為x=0處,瞬時(shí)投放的平面污染源濃度,[ML-3T],C0=W/Q;W為瞬時(shí)排放的污染物總量;Q為河水流量,[L3T-1];A為河流斷面積,[L2];u為平均流速,[LT-1];E為彌釤系數(shù),[L2T-1];k為污染物衰減速率系數(shù),[T-1]。

1.3 一維河流非穩(wěn)態(tài)有限差分水質(zhì)模型

2 一維河流水質(zhì)模型的圖形特征

2.1 一維河流穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型

一維河流穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型在環(huán)境影響評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)中使用很多。它的源強(qiáng)是連續(xù)穩(wěn)定的。一維河流穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型的圖形特征見(jiàn)圖1(c-x變化曲線示意圖)和圖2(c-t變化曲線示意圖)。由圖1看出,在污染物影響范圍x=m處,污染物的濃度是相對(duì)不變的;由圖2看出,污染物隨時(shí)間推移,污染物影響范圍x=m處,污染物的濃度也是相對(duì)不變的。

圖1 一維稱態(tài)河流污染物濃度空間分布(c-x變化曲線)示意圖

圖2 一維稱態(tài)河流污染物濃度時(shí)間分布(c-t變化曲線)示意圖

2.2 一維河流突發(fā)性排污水質(zhì)模型

一維河流突發(fā)性排污水質(zhì)模型的源強(qiáng)是瞬時(shí)突發(fā)性排放的。一維河流突發(fā)性排污水質(zhì)模型的圖形特片見(jiàn)圖3(c-x變化曲線示意圖)和圖4(c-t變化曲線示意圖)。由圖3看出,在污染物影響范圍x=m處,污染物的濃度隨時(shí)間推移,(t1＜t2＜t3,先由低C1升高到C2再降低到 C3;由圖 4看出,污染物隨時(shí)間推移,污染物影響范圍(x=m)處,污染物的濃度也是先低后高再降低的過(guò)程。

2.3 一維河流非穩(wěn)態(tài)的水質(zhì)模型

一維河流非穩(wěn)態(tài)的水質(zhì)模型的源強(qiáng)是指短時(shí)間內(nèi)(一定時(shí)間長(zhǎng)度,如幾十分鐘或數(shù)小時(shí)不等)排放入水體,隨之污染源消失或污染源排污總量大幅度減少的情況。這種情況,在河流突發(fā)性污染事故中經(jīng)常遇到。

一維河流非穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型的圖形特征見(jiàn)圖3的虛線部分,和圖4的虛線部分。從圖3和圖4的虛線部分看出,由于非穩(wěn)態(tài)排污是在短時(shí)間(一定時(shí)間長(zhǎng)度)里排放的污染物,在相同的初始排放濃度條件下,污染物排放總量要比瞬時(shí)排放大,污染物在水體中的濃度下降得慢些,在圖中“弓”形上部則相對(duì)寬和平緩些(曲線曲率變化小一些)。

圖3 一維河流突發(fā)性排污(全實(shí)線部分)和一維河流非穩(wěn)態(tài)排污(后部分分為虛線)污染物濃度時(shí)間分布(c-x變化曲線)示意圖

圖4 一維河流突發(fā)性排污(全實(shí)線部分)和一維河流非穩(wěn)態(tài)排污(后部分為虛線)污染物濃度時(shí)間分布(c-t變化曲線)示意圖

3 河流水質(zhì)模型在應(yīng)急監(jiān)測(cè)3個(gè)過(guò)程中的應(yīng)用分析

(1)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)過(guò)程的實(shí)施主要是依據(jù)污染物濃度在河流水體中的變化趨勢(shì)來(lái)判別的。在同一河流中,相同的污染物濃度(C0)排入水體后,污染物隨水流移動(dòng),在相同的時(shí)間里,河流中污染物影響范圍內(nèi)的濃度(C)的高低依次是連續(xù)穩(wěn)定排污,非穩(wěn)態(tài)排污和突發(fā)性排污。即河流中污染物濃度下降最快的是突發(fā)性排污,其次是非穩(wěn)態(tài)排污,最慢的連續(xù)穩(wěn)定排污。

(2)跟蹤監(jiān)測(cè)過(guò)程的實(shí)施主要是依據(jù)污染物濃度在河流水體中的遷移過(guò)程來(lái)判別的。連續(xù)穩(wěn)定的排污,污染物的濃度最高點(diǎn)始終在入河口,而突發(fā)性排污和非穩(wěn)態(tài)排污,當(dāng)污染物進(jìn)入河流水體后,污染源隨之消失;污染物隨著河水流動(dòng)和上游來(lái)水的同時(shí)作用,形成數(shù)百米或數(shù)公里的污染帶。在許多情況下,有必要對(duì)污染物的遷移位置和范圍進(jìn)行機(jī)動(dòng)地跟蹤監(jiān)測(cè)。

(3)總量監(jiān)測(cè)過(guò)程的實(shí)施主要是依據(jù)污染物瞬時(shí)最高濃度在河流水體中的位置來(lái)判別的。因?yàn)檫B續(xù)幾個(gè)小時(shí)的非穩(wěn)態(tài)排污造成的污染事故,當(dāng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí),污染源已經(jīng)消失,在數(shù)百米或數(shù)公里的污染帶中間部位往往保持著較高的瞬時(shí)濃度,這在應(yīng)急監(jiān)測(cè)中應(yīng)特別注意。特殊情況下,為了掌握排入河流中的污染物總量,就必須對(duì)此污染帶設(shè)置多個(gè)斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè),才能對(duì)污染物的影響范圍和可能的危害作出科學(xué)合理的判斷。

4 結(jié)語(yǔ)

在河流突發(fā)性污染事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)中,掌握(建立與推導(dǎo)等)和應(yīng)用(簡(jiǎn)化和修正等)河流水質(zhì)模型是極其重要和有利于應(yīng)急監(jiān)測(cè)方案制訂的。由于水質(zhì)模型的多樣性,按源強(qiáng)排放時(shí)間分類有連續(xù)穩(wěn)定排放、短時(shí)間排放和瞬時(shí)排放等形式;按空間分類有一維空間、二維空間和三維空間等形式;按排入水體分類有河流、河口、湖泊、水庫(kù)等形式。在突發(fā)性水體污染事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)中,掌握(建立和推導(dǎo)等)和應(yīng)用(簡(jiǎn)化和修正等)水質(zhì)模型是值得進(jìn)一步深入探討和研究的方向。

[1]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.HJ/T91-2002.地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京：國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局,2002.

[2]萬(wàn)本太.突發(fā)性環(huán)境污染事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)與處置技術(shù)[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,1996.

[3]傅國(guó)偉.河流水質(zhì)數(shù)學(xué)模型及其模擬計(jì)算[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,1987.