章宏偉

(浙江省水利水電勘測設(shè)計院，浙江 杭州310002)

在制定湖泊水質(zhì)管理規(guī)劃時,需建立描述有機(jī)污染物降解規(guī)律的湖泊水質(zhì)模型,而建模的關(guān)鍵是估計各種有機(jī)物的降解系數(shù)。有關(guān)湖泊可降解有機(jī)物降解系數(shù)的研究[1-6]，國內(nèi)外已開展了大量的工作，常用的有野外實(shí)測數(shù)據(jù)估算、室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)測定、經(jīng)驗(yàn)公式估計等。本文以淳安城中湖為例，根據(jù)所得水質(zhì)監(jiān)測資料，采用3種常用的湖泊降解系數(shù)的估值方法計算了城中湖主要污染物CODMn、T-P和NH3-N的降解系數(shù)，并對各估值結(jié)果進(jìn)行分析討論，希望為水質(zhì)模擬等實(shí)際研究工作中如何選擇湖泊降解系數(shù)的估值方法提供參考。

1 污染物降解系數(shù)的確定

1.1 野外實(shí)測數(shù)據(jù)估算

利用野外實(shí)測數(shù)據(jù)對參數(shù)進(jìn)行計算，包括野外兩點(diǎn)測定法和野外多點(diǎn)測定法。

1.1.1 野外兩點(diǎn)測定法

對湖泊，在點(diǎn)源排放時，如測出離排放口x1、x2(x1＜x2)處的濃度c1、c2(有效結(jié)果應(yīng)是c1＞c2)，按湖泊推流衰減模式(導(dǎo)則—6)有：

式中：φ——點(diǎn)源在湖泊中排放的混合角度，弧度為單位。中心排放可取2π，平直岸邊排放可取π，其它情況可酌情決定。Qp——廢水的排放量，m3/s；cp——污水中污染物的濃度，mg/l；ch——湖泊本底濃度，mg/l；k1——污染物降解系數(shù)，1/d；H1、H2——距排放口x1、x2處的平均水深，m。

1.1.2 野外多點(diǎn)測定法

原理與野外兩點(diǎn)測定法相同，只是進(jìn)行了多點(diǎn)測量，并用最小二乘法進(jìn)行了回歸處理。測得距點(diǎn)排放源xi(xi＞xi-1)處的污染物濃度為ci(ci＞ci=1)，則：

表4 降解系數(shù)k計算結(jié)果

1.1.3 降解系數(shù)估算

監(jiān)測點(diǎn)取距城中湖西園總污口20m、200m和1000m三處，監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)數(shù)據(jù)見表1；距西園總污口20m和200m處水深分別為23.8m和27.5m；總污口日排放量為8500噸。按上面的計算方法，得到CODMn、T-P和NH3-N的降解系數(shù)見表2。

1.2 經(jīng)驗(yàn)公式估算

把湖泊視為一個完全混合反應(yīng)器，并且不考慮漏，湖泊內(nèi)污染物僅發(fā)生衰減反應(yīng)并且符合一級反應(yīng)動力學(xué)時，其方程可表達(dá)為：

式中：c——湖泊污染物濃度，mg/l；ci——第i個污染源入流濃度，mg/l；V——湖泊體積，m3；qi——第i個污染源入流水量，m3/d；k1——污染物綜合降解系數(shù)，1/d。（7）的穩(wěn)態(tài)解為。若已知排入湖泊的污染物濃度、湖泊的本底濃度、水量及湖泊的體積，即可求得k=。根據(jù)對城中湖污染源的調(diào)查分析，目前排入城中湖的廢水量為 13058t/d，CODMn為 783.28kg/d、T-P 為 28.03kg/d 和 NH3-N為 257.6 kg/d，統(tǒng)計結(jié)果見表 3；城中湖水體體積取 7.57×107m3,CODMn、T-P 和 NH3-N 的本底濃度分別取 1.58mg/l、0.038mg/l和 0.077mg/l。 代入（7）式，得各污染物的降解系數(shù)，見表4。

表1 城中湖地表水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù) 單位：mg/l

表2 CODMn、T-P和NH3-N的降解系數(shù) 單位：l/d

表3 城中湖污染物調(diào)查一覽表

2 估值討論

本文分別采用野外兩點(diǎn)測定法、野外多點(diǎn)測定法和經(jīng)驗(yàn)公式估計三種方法計算了城中湖主要污染物CODMn、T-P和NH3-N的降解系數(shù)。這三種方法的適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)各不相同，因而計算結(jié)果也差別較大。

兩點(diǎn)測定法適用的條件是污染物排放源較為集中，避免測點(diǎn)之間有其它污染源或水量輸入輸出，其優(yōu)點(diǎn)是計算簡便、易于實(shí)施，在實(shí)際工作運(yùn)用較多，缺點(diǎn)是精度不高；多點(diǎn)測定法適用的條件和兩點(diǎn)測定法一樣，由于其采用了回歸處理，計算精度比兩點(diǎn)測定法要高，但要花費(fèi)較大的人力、物力，同時由于測點(diǎn)較多，易受其它污染源的影響，在實(shí)際情況中很難滿足其適用條件。本文利用多點(diǎn)測定法計算得到的降解系數(shù)比兩點(diǎn)測定法計算得到的數(shù)值要小很多，其原因就是由于城中湖廢水排放口較分散，離西園排放口1000m處的監(jiān)測點(diǎn)除了西園排污口的污染物貢獻(xiàn)外，其余各排污點(diǎn)對該監(jiān)測點(diǎn)的水質(zhì)影響也較大，導(dǎo)致該點(diǎn)的監(jiān)測值與距西園排污口200m處監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)相差不大，在此情況下計算出來的降解系數(shù)明顯要偏小。

采用零維穩(wěn)態(tài)模型的表達(dá)式反求污染物的降解系數(shù)，其前提條件是湖泊是一完全混合反應(yīng)器，水質(zhì)空間差異很小。在實(shí)際情況中由于湖泊水體的流動性小，污染物在湖泊中的擴(kuò)散能力很弱，難以在整個湖內(nèi)達(dá)到充分混合，按這種方法計算出來的降解系數(shù)相當(dāng)于整個湖泊污染物降解系數(shù)的平均值，和兩點(diǎn)測定法、多點(diǎn)測定法所計算的典型區(qū)域的污染物降解系數(shù)值有所區(qū)別。此外，按這種方法計算時涉及到流入整個湖泊的污染物質(zhì)量，不僅調(diào)查的難度較大，而且取值的準(zhǔn)確性也有待探討。

3 結(jié)語

在研究湖泊的水質(zhì)問題時，水質(zhì)模型的選擇和采用取決于研究的目的和目標(biāo)。而水質(zhì)模型的可靠性取決于參數(shù)的取值。本文根據(jù)淳安城中湖當(dāng)?shù)氐乃?、水質(zhì)等資料，采用野外兩點(diǎn)測定法、野外多點(diǎn)測定法和經(jīng)驗(yàn)公式估計三種方法計算了城中湖主要污染物CODMn、T-P和NH3-N的降解系數(shù)，由于其適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)各不相同，計算結(jié)果也差別較大，使用時應(yīng)視研究內(nèi)容及所需精度慎重選擇。

［1］張永良,劉培哲.水環(huán)境容量手冊[M].北京：清華大學(xué)出版社，1991.

［2］中國環(huán)境規(guī)劃院.全國水環(huán)境容量核定技術(shù)指南[R].北京：中國環(huán)境規(guī)劃院，2003.

［3］慕金波，酒濟(jì)明.河流中有機(jī)物降解系數(shù)的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究[J].山東科學(xué)，1997，2：50－55.