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        測(cè)水何家水庫河道疏浚及污水回灌對(duì)取水口的影響分析

        2017-05-12 01:53:03卜躍先安貞煜
        湖南水利水電 2017年2期
        關(guān)鍵詞:取水口懸浮物底泥

        劉 啟 卜躍先 安貞煜

        (湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007)

        測(cè)水何家水庫河道疏浚及污水回灌對(duì)取水口的影響分析

        劉 啟 卜躍先 安貞煜

        (湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007)

        文章通過對(duì)湖南省何家水庫河道疏浚及污水回灌對(duì)取水口水質(zhì)影響的計(jì)算與分析,為何家水庫制定水環(huán)境保護(hù)措施,提高突發(fā)事件應(yīng)對(duì)能力提供參考。

        何家水庫 疏浚 回灌 取水口

        1 項(xiàng)目概況

        何家水庫大壩座落在湖南省婁底市雙峰縣永豐鎮(zhèn),漣水支流測(cè)水上,犁頭咀(測(cè)水與洣水交匯處)下游0.66 km,壩址處多年平均流量28.2 m3/s,控制集雨面積1 461.0 km2,正常蓄水位76.5 m,相應(yīng)庫容136.44萬m3。 工程規(guī)模為小(Ⅰ)型水庫,主要建筑物為翻板閘壩、非溢流壩,為雙峰縣縣城應(yīng)急抗旱水源工程。 同時(shí)對(duì)部分河段進(jìn)行疏浚治理。 通過建壩攔截水流,增加正常庫容,在干旱季節(jié),能滿足雙峰縣城30天應(yīng)急供水和246.67 hm2(3 700畝農(nóng)田)應(yīng)急灌溉的需要;在正常情況下,新增供水規(guī)模達(dá)4萬m3/d,提高了供水保證率和調(diào)節(jié)性能。

        何家水庫由測(cè)水及洣水匯合而成, 其中測(cè)水為漁業(yè)用水區(qū),執(zhí)行Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);洣水為飲用水源一級(jí)保護(hù)區(qū),執(zhí)行Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)??h城取水點(diǎn)位于洣水河江東潭(交匯口上游約140 m)。 入庫另一支流測(cè)水流經(jīng)雙峰縣城主城區(qū),目前尚有約30%居民生活污水未經(jīng)處理直接排入測(cè)水。

        項(xiàng)目所在水系情況見附圖。

        2 疏浚影響分析

        2.1 對(duì)水廠取水口SS的影響分析

        附圖 測(cè)水水系圖

        疏浚河段位于取水口上游約2 km, 濕法施工,采用環(huán)保挖泥船開挖,施工期疏挖作業(yè)時(shí),由于挖泥船疏浚攪動(dòng)使得底泥再懸浮, 在疏浚點(diǎn)周圍形成圓形或橢圓形的渾濁帶, 引起局部水域的SS污染,對(duì)水體水質(zhì)和透明度產(chǎn)生影響。根據(jù)1991年交通部水運(yùn)工程科學(xué)研究所對(duì)絞吸式挖泥船作業(yè)源強(qiáng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)(代表船型為1 600 m3/h絞吸式挖泥船)[1],將本項(xiàng)目挖泥船(疏浚效率為1 450 m3/h)與其實(shí)測(cè)資料進(jìn)行類比,本工程挖泥時(shí)懸浮物泥砂的源強(qiáng)為7.56 t/h,濃度為(250~350)mg/L。

        挖泥船施工時(shí)基本上是定點(diǎn)作業(yè),懸浮疏浚物的擴(kuò)散機(jī)理類似于連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散。 施工時(shí)由于鏟頭的擾動(dòng)造成底泥懸浮并隨流擴(kuò)散, 在施工區(qū)水域形成條狀渾濁水體。作業(yè)船開挖的河床底質(zhì)主要為卵石,泥砂粒徑大,懸砂量小,且易于沉降,加之施工作業(yè)開挖量不大,因此產(chǎn)生的懸浮物總量較小。根據(jù)湘江航道維護(hù)疏浚現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)資料,在作業(yè)點(diǎn)附近,底層水體中懸浮物含量在(300~400)mg/L之間,表層水體中懸浮物含量在(100~180)mg/L之間。在施工期的水文條件下,懸浮物沉降速度較快,一般懸浮疏浚物隨流擴(kuò)散(100~200)m即接近水域懸浮物背景濃度,影響范圍較小。

        取水口位于疏浚河段下游約2 km,挖泥船疏浚攪動(dòng)造成的懸浮物濃度增加范圍在200 m以內(nèi),取水口的SS濃度不會(huì)受到疏浚施工的影響。

        2.2 河流底泥再懸浮物重金屬對(duì)水質(zhì)的影響

        根據(jù)水質(zhì)與底泥現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)結(jié)果,測(cè)水中重金屬元素含量滿足Ⅲ類水質(zhì)要求,底泥監(jiān)測(cè)值滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618-1995)中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)20世紀(jì)80年代《湘江污染綜合防治》研究中對(duì)底泥重金屬形態(tài)及遷移轉(zhuǎn)化研究成果:水體中重金屬污染物經(jīng)絮凝沉降作用,隨泥沙一起沉積在河床中,底泥重金屬形態(tài)一般以硫化物結(jié)合態(tài)為主,含量最高,約占75%,腐殖質(zhì)結(jié)合態(tài)和硝酸鹽結(jié)合態(tài)的含量約為8%~10%,鹽酸鹽物質(zhì)結(jié)合態(tài)約占10%,水溶性物質(zhì)為可給態(tài),含量約為5%。可給態(tài)要轉(zhuǎn)化為毒性最大的離子態(tài)需要一定的條件,這些條件就是水體的pH、溫度、Eh、重金屬的原始濃度等。根據(jù)水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測(cè)結(jié)果,測(cè)水河多年平均水溫為(9.5~14.5)℃,夏天(18.95~29.0)℃,冬天(4.9~8.7)℃,水溫較高,水體中的重金屬具有較高的吸附速率系數(shù),促進(jìn)低價(jià)金屬離子變成高價(jià)金屬離子,生成氧化物沉淀,有利于懸浮物絮凝、聚合、絡(luò)合等物理化學(xué)過程的進(jìn)行,使重金屬進(jìn)入底泥。根據(jù)污染源調(diào)查,何家水庫庫區(qū)河段無排酸性廢水排入,疏浚作業(yè)也無酸性廢水產(chǎn)生。

        由于施工不產(chǎn)生酸性廢水,同時(shí)水體中pH值正常,再懸浮于水體中的重金屬形態(tài)不會(huì)發(fā)生新的改變,因此,疏浚工程除增加作業(yè)區(qū)下游局部水域水體中懸浮物濃度外,不會(huì)造成重金屬污染。

        2.3 疏浚作業(yè)區(qū)底泥中重金屬釋放定量分析

        本文采用模型計(jì)算疏浚作業(yè)區(qū)范圍內(nèi)底泥擾動(dòng)重金屬釋放量對(duì)下游取水口水質(zhì)的影響。

        ① 預(yù)測(cè)因子。

        根據(jù)現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),洣水河底泥中重金屬含量滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-95)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。但Cd監(jiān)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值較接近,且水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)要求較高。預(yù)測(cè)因子定為Cd。

        ② 預(yù)測(cè)模式。

        洣水河為小型河流,污染物的擴(kuò)散能力較強(qiáng),從污染物排入到完全混合的過程較短,采用一維模型進(jìn)行預(yù)測(cè):

        式中 c0——計(jì)算初始點(diǎn)污染物濃度貢獻(xiàn)值(mg/L);

        K1——綜合衰減系數(shù)(1/d);

        x——預(yù)測(cè)點(diǎn)與排放點(diǎn)的距離(m);

        u——河流平均流速(m/s);

        cp——排放廢水中污染物的濃度(mg/L);

        Qp——廢水排放量(m3/s);

        Qh——河流流量。

        ③ 預(yù)測(cè)參數(shù)。

        水質(zhì)模型需識(shí)別的參數(shù)有:綜合衰減系數(shù)K1、流速、流量等,取值見表1。

        表1 氵米水河水文參數(shù)

        ④ 污染源強(qiáng)。

        參考河海大學(xué)論文《里運(yùn)河底泥重金屬釋放試驗(yàn)研究》,文中以Cd為例,表層土中的鎘在前8天平均每天1 L土向水體釋放的污染物質(zhì)的量為(14~ 20)ug/(L·d)。在后8天釋放的速度加快,平均每天1L土向水體釋放的污染物質(zhì)的量為(15~35)ug/(L·d)。

        深層土當(dāng)中,鎘在前8天平均每天1 L土向水體釋放的污染物質(zhì)的量為(20~25)ug/(L·d)。在后8天釋放的速度加快,平均每天1 L土向水體釋放的污染物質(zhì)的量為(25~33)ug/(L·d)。

        該文中指出,底泥污染越嚴(yán)重,其污染物釋放量越大,里運(yùn)河底泥中Cd的濃度超出《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618-1995)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)8.78倍,洣水河底泥中Cd的濃度接近標(biāo)準(zhǔn)值,本次預(yù)測(cè)按最不利情況考慮,釋放污染物按其倍數(shù)的1/8.78計(jì)算。

        洣水河疏浚底泥體積為0.69萬m3,按最不利情況下計(jì)算,該河段疏浚擾動(dòng)情況下釋放污染物質(zhì)Cd的量為0.000 32 g/s。

        ⑤ 取水口水質(zhì)影響預(yù)測(cè)。

        根據(jù)模型預(yù)測(cè),在不考慮衰減的情況下,疏浚擾動(dòng)段河床底泥 Cd對(duì)取水口處的濃度貢獻(xiàn)值為0.000 03 mg/L,滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類(0.005 mg/L)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。疏浚作業(yè)擾動(dòng)底泥,對(duì)水體中Cd濃度的貢獻(xiàn)值較小,基本不會(huì)對(duì)取水口處水質(zhì)造成不利影響。

        3 回灌影響分析

        工程實(shí)施后,當(dāng)枯水期洣水流量小于取水口取水流量0.93 m3/s時(shí),湄水(Ⅲ類水體)將回灌洣水(Ⅱ類水體),對(duì)取水口水質(zhì)產(chǎn)生不利影響。評(píng)價(jià)對(duì)此風(fēng)險(xiǎn)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。

        預(yù)測(cè)采用O’connor河口上溯模式,公式如下:

        式中 x——距離排入口距離(m),x<0,自x=0處排入;

        C——預(yù)測(cè)濃度(mg/L);

        Cp——污染物排放濃度(mg/L);

        Qp——污水排放量(m3/s);

        Ch——上游污染物濃度(mg/L);

        Qh——上游河流流量(m3/s);

        u——河流流速(m/s);

        Ml——斷 面縱 向混 合系 數(shù) (m2/s);M=,為保證取水口水質(zhì)安全,衰減系數(shù)k1設(shè)為0。

        (1)現(xiàn)狀條件下。

        以COD和NH3-N為預(yù)測(cè)因子,預(yù)測(cè)湄水倒灌對(duì)洣水水質(zhì)的影響,水文參數(shù)采用典型年最小日均流量,結(jié)果如表2、表3。

        表2 水環(huán)境預(yù)測(cè)參數(shù)

        由表2可見,當(dāng)枯水期洣水流量小取水流量時(shí),受湄水倒灌影響,洣水COD和NH3-N濃度均有一定增加,影響距離180 m。取水口距離湄水排入口約140 m,當(dāng)發(fā)生湄水回灌時(shí),取水口的水質(zhì)將無法滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。

        表3 湄水倒灌對(duì)氵 米水河段污染物濃度預(yù)測(cè)值

        (2)庫區(qū)河道截污情況下。

        何家水庫屬雙峰縣應(yīng)急水源工程,為確保取水口水質(zhì)安全,應(yīng)對(duì)庫區(qū)湄水河段的水域功能區(qū)劃進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整(擬劃為飲用水源保護(hù)區(qū));加快湄水沿岸截污管網(wǎng)建設(shè),將湄水河雙峰縣城段排污口全部截污,納入污水廠進(jìn)行處理后排入壩下河道,做到“污水不下河”。

        以COD和NH3-N為預(yù)測(cè)因子,預(yù)測(cè)湄水河段調(diào)整水源保護(hù)區(qū)范圍,河道截污情況下,倒灌對(duì)洣水水質(zhì)的影響,結(jié)果如表4、表5。

        表4 截污后水環(huán)境預(yù)測(cè)參數(shù)

        由表4可見,湄水河段調(diào)整水源保護(hù)區(qū)范圍,河道截污情況下,當(dāng)枯水期洣水流量小于取水流量時(shí),受湄水倒灌影響,洣水COD和NH3-N濃度均有一定增加,影響距離80 m。取水口位置CODCr及NH3-N的預(yù)測(cè)值分別為14.17 mg/L、0.30 mg/L,水質(zhì)滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。

        表5 截污后湄水倒灌對(duì)氵 米水河段污染物濃度預(yù)測(cè)值

        4 結(jié)語

        水利工程建設(shè)對(duì)取水口的影響是重點(diǎn)問題之一,本文以何家水庫為例,分析了疏浚及回灌對(duì)取水口水質(zhì)的影響。

        疏浚過程中污染物釋放量與底泥擾動(dòng)量、底泥污染程度有關(guān),若不規(guī)范作業(yè),如對(duì)河床底泥擾動(dòng)的深度加大,擾動(dòng)面積增加等,使底泥中釋放的重金屬量增加,將對(duì)下游取水口水質(zhì)造成威脅。

        枯水期,當(dāng)取水口所在支流流量小于取水口取水流量時(shí),如另一支流污染超標(biāo),受其倒灌影響,取水口的水質(zhì)將無法滿足相關(guān)要求。需對(duì)受污染河段的水域功能區(qū)劃進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,同時(shí)加快沿岸截污管網(wǎng)建設(shè),將排污口全部截污,納入污水廠進(jìn)行處理后排入壩下河道,做到“污水不下河”。在落實(shí)以上措施條件下,回灌風(fēng)險(xiǎn)對(duì)取水口的影響控制在一定范圍之內(nèi)。

        2016-11-28)

        劉啟(1983-),男,湖南長(zhǎng)沙人,大學(xué)本科,助理工程師,目前從事環(huán)境評(píng)價(jià)工作。

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