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        湯溪水庫水環(huán)境容量研究

        2017-09-22 04:26蔣婧媛
        綠色科技 2017年16期
        關(guān)鍵詞:氨氮

        蔣婧媛

        摘要:采用化學(xué)需氧量模型與Vollenweider模型、合田健模型、OECD模型等三種湖庫氮磷預(yù)測模型對湯溪水庫水質(zhì)進(jìn)行了模擬,結(jié)果表明:化學(xué)需氧量模擬的相對誤差在可接受范圍內(nèi),OECD模型比Vollenweider與合田健模型更適用于湯溪水庫的氮磷模擬預(yù)測。計算得到典型枯水年條件和地表水Ⅱ類水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)下,湯溪水庫化學(xué)需氧量、氨氮和總磷的水環(huán)境容量分別為4923.91、257.27和12.26 t/a。

        關(guān)鍵詞:湯溪水庫;水環(huán)境容量;化學(xué)需氧量;氨氮;總磷

        中圖分類號:X143

        文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:16749944(2017)16005602

        1引言

        湯溪水庫位于饒平縣黃岡河中游湯溪鎮(zhèn)花橋村境內(nèi),是粵東庫容最大的水利工程,是饒平縣黃岡河中下游地區(qū)的主要飲用及農(nóng)業(yè)灌溉水源。隨著水庫集雨區(qū)內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長和人口的快速增加,水資源利用量和污染物排放總量增大,對湯溪水庫水質(zhì)造成了一定影響。為了保護(hù)湯溪水庫的水環(huán)境質(zhì)量、保障人民群眾的飲水安全,有必要通過構(gòu)建模型對湯溪水庫的水環(huán)境容量進(jìn)行研究,為湯溪水庫水環(huán)境保護(hù)與污染物排放總量控制提供科學(xué)依據(jù)。

        2研究對象與方法

        2.1研究區(qū)域概況

        湯溪水庫于1959年底建成,水庫總庫容3.8億m3,正常蓄水位56.0 m,相應(yīng)庫容2.86億m3,死水位30.52 m,相應(yīng)庫容0.12億m3。壩后電站裝機(jī)共8240 kW,年發(fā)電量2300×104 kW·h,一般日發(fā)電流量24~25 m3/s[1]。水庫集雨面積667 km2,涵蓋上饒鎮(zhèn)、饒洋鎮(zhèn)、新豐鎮(zhèn)、三饒鎮(zhèn)、新塘鎮(zhèn)、韓江林場、建饒鎮(zhèn)、湯溪鎮(zhèn),占饒平縣陸域面積的30%。

        2.2模型選擇

        湯溪水庫的主要功能是蓄水發(fā)電,氮、磷等污染物排入湖庫水域后,在庫流和風(fēng)浪作用下,所具有的停留時間是足夠發(fā)生充分混合的,庫中污染物分布基本均勻。因此,可以把湯溪水庫看成是完全均勻混合的水體,應(yīng)用各種均勻混合的箱式模型進(jìn)行水質(zhì)模擬。

        2.2.1化學(xué)需氧量(CODcr)模型

        如果把水庫看作為一個完全混合反應(yīng)器,水流進(jìn)入后立即完全分散到整個系統(tǒng),其中各水團(tuán)是完全混合均勻的,因此可以假定水庫為完全混和型,根據(jù)質(zhì)量平衡原理,可建立水庫CODcr濃度變化的微分方程[2]:

        穩(wěn)定態(tài)時dc/dt=0,則:

        C=W入/(K·V+Q出)

        為保持水庫水質(zhì)任何時間CODcr不超過水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),取C=Cs,則CODcr的允許負(fù)荷量為:

        Lc=Cs·K·V+Cs·Q出(1)

        式(1)中:W入為入庫污染物量(g/y);C為CODcr濃度(mg/L);Cs為CODcr水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(mg/L);K為CODcr自凈系數(shù)(1/d);V為水庫容積(m3);Lc為CODcr的允許負(fù)荷量,g/(m2·y);

        根據(jù)污染物質(zhì)量平衡方程,自凈系數(shù)可通過某一時段的實(shí)測資料推出:

        K=(P△t-m△t+W0+Wt)/(△t·W0)

        式中,P△t和m△t為△t時段內(nèi)進(jìn)入與流出水庫CODcr的量,W0和Wt為時段初與時段末水庫中CODcr儲量。

        2.2.2氮、磷模型

        求解均勻混合條件下湖庫水中的氮、磷濃度,應(yīng)用廣泛的方法包括國際經(jīng)濟(jì)協(xié)作與開發(fā)組織提出的OECD模型、Vollenweider模型、合田健模型等,具體公式如表1所示[3,4]。但不同的水體均有其特定的自然環(huán)境條件,因此適用的氮、磷環(huán)境容量模型也不盡相同,需通過水質(zhì)驗(yàn)證進(jìn)一步選擇湯溪水庫適用的模型。

        表1中,L為氮、磷單位面積負(fù)荷量,g/(m2·y);Cs為氮、磷的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(mg/L);Ci為流入庫水按流量加權(quán)的年總平均氮、磷濃度(mg/L);C為庫水中平均氮、磷濃度(mg/L);為平均水深(m);R為氮磷的滯留系數(shù)(1/y),R=1-W出/W入,W出和W入分別為氮、磷的年出庫和入庫量(g/y);Q出和Q入分別為年出庫和入庫水量(m3/y);為年出庫水量(m3/y);qs為水庫單位面積的水量負(fù)荷(m/y),qs=Q入/A,A為水庫表面積(m2);V為水庫庫容(m3)。

        3結(jié)果與分析

        3.1模型構(gòu)建與驗(yàn)證

        3.1.1參數(shù)確定

        根據(jù)湯溪水庫管理處提供的2012年水文水質(zhì)數(shù)據(jù),湯溪水庫水質(zhì)和水環(huán)境容量模型參數(shù)取值如表2所示。

        3.1.2水質(zhì)驗(yàn)證

        根據(jù)表2所列參數(shù),分別帶入化學(xué)需氧量模型和表1中的三種氮磷模型進(jìn)行計算,結(jié)果如表3所示。結(jié)果表明OECD模型計算得出的氨氮、總磷預(yù)測結(jié)果與實(shí)測值較接近,相對誤差較小,故選用OECD模型作為湯溪水庫氨氮、總磷的環(huán)境容量計算模型。

        3.2水環(huán)境容量計算

        根據(jù)《廣東省地表水環(huán)境功能區(qū)劃》(粵府函[2011]29號),湯溪水庫執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中的Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)歷年水文資料,選取典型枯水年2009年的水文條件作為環(huán)境容量計算的設(shè)計水文條件。計算結(jié)果如表4所示。

        4結(jié)論

        (1)水質(zhì)模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)的比較表明,化學(xué)需氧量模型和OECD模型分別適用于湯溪水庫的CODcr和氮磷模擬預(yù)測。

        (2)在地表水Ⅱ類水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)下,湯溪水庫的CODcr環(huán)境容量為4923.91 t/a,氨氮環(huán)境容量為257.27 t/a,總磷環(huán)境容量為12.26 t/a,管理中應(yīng)以環(huán)境容量為限制控制湯溪水庫流域的污染物排放總量。

        參考文獻(xiàn):

        [1]

        楊明海,陳翔,鄭巍. 湯溪水庫興利調(diào)度研究[J]. 人民珠江,2007(6):89~91.

        [2]趙顯波,雷曉云,沈志偉,等. 蘑菇湖水庫水環(huán)境容量總量控制研究[J]. 灌溉排水學(xué)報,2007(2):86~89.

        [3]李衛(wèi)平,李暢游,王麗,等. 不同數(shù)學(xué)模型下的烏梁素海水環(huán)境氮磷容量模擬計算[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2007(S2):379~385.

        [4]蔡金傍,李文奇,逄勇,等. 洋河水庫污染現(xiàn)狀及對策分析[J]. 水利水電技術(shù),2006(5):10~13.endprint

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