黃代忠，方神光，張義樂(lè)

(珠江水利科學(xué)研究院，水利部珠江河口海岸工程技術(shù)研究中心，廣東廣州510611)

水是生命之源，但隨著工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的粗獷式發(fā)展，水污染事故正成為危害人民生存健康的重大環(huán)境問(wèn)題。由于突發(fā)性水污染事故具有發(fā)生、發(fā)展、危害的不確定性，流域性、影響的長(zhǎng)期性和應(yīng)急主體不明確等顯著特征[1-3]，一旦發(fā)生，不僅對(duì)人群安全與生存帶來(lái)極大危害，還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成極大影響[4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)從2000—2011年期間就發(fā)生1 176起突發(fā)性水污染事故。如2004年2月沱江支流由于約2 000 t純氨氮排入，造成江水嚴(yán)重污染；2005年11月苯類污染物污染松花江重大水污染事故和2005年12月粵北北江流域嚴(yán)重鎘超標(biāo)水污染事故等。這一系列水污染事故的發(fā)生，給人民的身體健康和財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失，因此突發(fā)性水體污染的應(yīng)對(duì)和解決方法已成為當(dāng)前水環(huán)境研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。

在修建有梯級(jí)水庫(kù)的中上游河道，通過(guò)梯級(jí)水庫(kù)的聯(lián)合調(diào)度來(lái)應(yīng)對(duì)突發(fā)性水體污染事故的方法已經(jīng)在實(shí)際情況中得到初步使用并取得了不錯(cuò)的結(jié)果。如2005年北江鎘污染事件中采用了加大上游水庫(kù)排量稀釋水體污染物、利用人工小洪峰加快污染物運(yùn)移到下游處置區(qū)的應(yīng)急措施以控制污染事故的惡化；2012年廣西龍江發(fā)生的錫污染事件中，通過(guò)調(diào)度柳江上游大埔、麻石等水庫(kù)水量來(lái)進(jìn)行稀釋，保證下游柳州市的飲水安全。由于突發(fā)性水污染事件頻繁發(fā)生，對(duì)于該領(lǐng)域的研究也得到快速發(fā)展。方神光等[5]對(duì)西江中游突發(fā)性污水團(tuán)沿河運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了分析，提出了其影響變化范圍主要分為隨流剪切擴(kuò)散階段和稀釋影響衰減階段。辛小康等[6]建立MIKE21[7]模型，以宜昌江段為研究對(duì)象，計(jì)算選取了三峽水庫(kù)對(duì)三種排放類型不同的調(diào)水方式對(duì)污染物輸移傳播的影響；于磊等[8]對(duì)大寧水庫(kù)發(fā)生突發(fā)性水污染事故時(shí)，綜合考慮風(fēng)、水庫(kù)調(diào)度的因素，設(shè)定了5種場(chǎng)景來(lái)模擬污染物擴(kuò)散的規(guī)律。為了解西江中游水庫(kù)群對(duì)污染物輸移擴(kuò)散的影響，尋找合適的梯級(jí)水庫(kù)調(diào)度方案以應(yīng)對(duì)突發(fā)性水污染事故，本文建立了西江中游河網(wǎng)水動(dòng)力及污染物輸移擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型，通過(guò)不同調(diào)度方式下污染物擴(kuò)散結(jié)果的對(duì)比分析，探討梯級(jí)水庫(kù)在突發(fā)性水體污染下的合理調(diào)度模式。

1 數(shù)學(xué)模型

1.1 河道梯級(jí)水庫(kù)水動(dòng)力及污染物輸移擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型

水動(dòng)力及污染物輸移擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型如下：

(1)

(2)

(3)

式中s——距離，m；Q——流量，m3/ s；Z——水位，m；g——重力加速度，m/s2；t——時(shí)間，s；A——過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；R——水力半徑，m；n——河道糙率系數(shù)；D——擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；C——某斷面t時(shí)刻的濃度，mg/m3；q——網(wǎng)格單位長(zhǎng)度上的源或匯，m3/(s·m)；cl——源項(xiàng)或匯項(xiàng)的污染物濃度。

為保障污染物輸移擴(kuò)散模型的迎風(fēng)特性，在對(duì)式(3)中對(duì)流項(xiàng)進(jìn)行離散和計(jì)算過(guò)程中，需要判斷每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位置的流向，同時(shí)河道水系中的污染物輸移擴(kuò)散主要以對(duì)流剪切為主，紊動(dòng)擴(kuò)散影響相對(duì)微小，因此在計(jì)算過(guò)程中進(jìn)行了忽略處理。一維水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型采用Preissmann四點(diǎn)隱式差分格式進(jìn)行離散，通過(guò)追趕法對(duì)離散得到的大型對(duì)角稀疏方程組進(jìn)行求解。

1.2 模型驗(yàn)證

通過(guò)水庫(kù)調(diào)度來(lái)改變污染物輸移轉(zhuǎn)化的特性，能在很大程度上減輕污染物的危害程度和危害范圍。但由于突發(fā)性水污染事故具有發(fā)生、發(fā)展等特性，真正通過(guò)大型水庫(kù)及梯級(jí)水庫(kù)群調(diào)水的方式來(lái)處理水污染的案例和研究很少。為驗(yàn)證此污染物輸移擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性和可靠性，本文通過(guò)對(duì)相同工況下數(shù)值模擬和解析公式的結(jié)果分析，對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。

設(shè)置一個(gè)長(zhǎng)10 km，底寬67.5 m，邊坡1∶2.5，底坡為0.15‰的棱柱形梯形河道，河道糙率系數(shù)取0.027，上邊界條件為保持恒定流量2 000 m3/s，下邊界根據(jù)明渠均勻流公式推算到的水深確定水位并保持恒定不變。假定在河道上游某斷面突然泄露了1 t的可溶性難降解污染物，試估算下游5、10 km斷面處污染物濃度的變化過(guò)程以及0.5、1 h后河道的污染物濃度分布[9]。此類問(wèn)題可給出輸移擴(kuò)散式(3)的解析解如下：

(4)

式中u——斷面平均流速，m/s；x——下游距離污染源的距離，m；M0——進(jìn)入水體污染初始面源強(qiáng)度，g/m2；k——污染物衰減系數(shù)，s-1。

忽略污染物在垂向和橫向的擴(kuò)散，推算斷面摩阻流速0.11 m/s；初始面源強(qiáng)度934.929 g/m，縱向擴(kuò)散系數(shù)D=6.01hu*=7.4 m2/s。圖1給出了下游不同控制斷面位置污染物濃度隨時(shí)間的變化以及不同時(shí)刻污染物濃度沿程分布的模型解和解析解比較，驗(yàn)證了建立的污染物輸移擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性和可靠性。

a) 斷面濃度變化過(guò)程線

b) 不同時(shí)間點(diǎn)污染物濃度沿程分布圖1 模擬解與解析解的對(duì)比

1.3 西江中游河網(wǎng)水動(dòng)力及污染物輸移數(shù)學(xué)模型建立

西江為典型的樹(shù)狀河網(wǎng)，主干河流有紅水河、黔江、潯江；柳江、郁江為主要支流。由于西江中游梯級(jí)水庫(kù)的建設(shè)，河道上下游水流失去了水力連續(xù)性，圣維南方程組在此處不能適用，為達(dá)到同步計(jì)算的目的，并融入水庫(kù)的調(diào)度方案，此處引入子河網(wǎng)的概念，將水利樞紐作為河網(wǎng)細(xì)分為子河網(wǎng)的特殊節(jié)點(diǎn)，以便計(jì)算過(guò)程中考慮水利樞紐的調(diào)度作用，從而將各個(gè)河段連接成一個(gè)計(jì)算整體，詳細(xì)可參見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)[10]。

2 紅水河突發(fā)性水污染事故下的水庫(kù)調(diào)度分析

2.1 突發(fā)性水體污染地點(diǎn)及調(diào)度水庫(kù)的選定

大化瑤族自治縣位于廣西壯族自治區(qū)中部偏西北的紅水河中游，隸屬于河池市。大化鎮(zhèn)是該縣的政治、經(jīng)濟(jì)、文化、交通中心，是集建材、冶煉、建筑、加工等產(chǎn)業(yè)為一體的工業(yè)城鎮(zhèn)。大化工業(yè)集中區(qū)是由原來(lái)的大化縣城南工業(yè)園區(qū)和巖灘工業(yè)區(qū)合并而成，在園內(nèi)集中著以金屬硅、硅錳合金冶煉，電解錳等為主的企業(yè)，給當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境帶來(lái)巨大的隱患。

本次計(jì)算分析假定在大化瑤族自治縣大化鎮(zhèn)發(fā)生突發(fā)性水污染事故，事故地點(diǎn)上距天峨水文站147 km，下距巖灘水電站2.2 km，具體位置見(jiàn)圖2。假設(shè)污染物從2月1日8時(shí)開(kāi)始進(jìn)入河道，在10時(shí)流量達(dá)到50 m3/s的最大流量，一直以該流量維持到18時(shí)，然后再20時(shí)降為0。污水所含的污染物濃度值初始值設(shè)為1，計(jì)算范圍內(nèi)污染物濃度的本底值是0，設(shè)河道內(nèi)的污染物濃度值超過(guò)0.000 1時(shí)，視為超標(biāo)。

選取參與調(diào)度的水庫(kù)有巖灘、紅花、大藤峽，這些水庫(kù)在枯水期調(diào)度的規(guī)則見(jiàn)表1，在不影響水庫(kù)運(yùn)行的前提條件下調(diào)度一定的水量去稀釋及加快污染物的輸移，讓其危害程度降到最低。

表1 突發(fā)性污染物事故應(yīng)對(duì)方案

2.2 選取的水文條件及還原

枯季天然來(lái)流小，斷面流速小，污染物停留在河道中時(shí)間變長(zhǎng)，影響距離增大。因此，選擇了2014年2月1日至3月13日的流量、水位實(shí)測(cè)資料作為水文邊界條件(圖3)。

區(qū)間入流采用分段還原，將西江中游河網(wǎng)分為天峨—橋鞏段，橋鞏、柳州—武宣段，武宣、南寧—大湟江口、大湟江口—梧州段，梧州—高要段共計(jì)5部分。結(jié)合上下游洪量差值還原區(qū)間入流，區(qū)間入流分別設(shè)于刁江、洛清江、蒙江、桂江和賀江入流口。天峨—橋鞏分段還原時(shí)，上、下邊界條件分別由天峨站、橋鞏電站實(shí)測(cè)資料確定，巖灘、大化、百龍灘、樂(lè)灘壩前水庫(kù)都采用實(shí)測(cè)資料值，區(qū)間入流設(shè)在刁江口。橋鞏、柳州—武宣分段還原時(shí)，上、下游邊界條件分別由遷江、柳州和武宣站實(shí)測(cè)資料確定，紅花水電站壩前水位為正常蓄水位，區(qū)間入流設(shè)在洛清江口。武宣、南寧—梧州分段還原時(shí)，上、下游邊界條件分別由武宣、南寧和梧州站實(shí)測(cè)資料確定，西津、貴港、桂平長(zhǎng)洲樞紐壩前水位由實(shí)測(cè)資料確定，區(qū)間入流分別設(shè)在蒙江口、桂江口。梧州—高要分段還原時(shí)，上、下游邊界條件根據(jù)梧州和高要站實(shí)測(cè)資料確定，區(qū)間入流設(shè)在賀江口。各河段還原獲得的水位、流量計(jì)算值與實(shí)測(cè)值在允許誤差范圍內(nèi)，其中天峨—橋鞏段還原與驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖2 突發(fā)性水污染發(fā)生地點(diǎn)示意

a) 上下游邊界條件

b) 區(qū)間入流過(guò)程還原

c) 橋鞏流量驗(yàn)證圖3 天峨—橋鞏段還原與驗(yàn)證

d) 天峨水位驗(yàn)證續(xù)圖3 天峨—橋鞏段還原與驗(yàn)證

2.3 無(wú)應(yīng)對(duì)措施下污染物輸移特性

假設(shè)污染物進(jìn)入河道后，下游各梯級(jí)水庫(kù)未采取調(diào)度措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)，事故發(fā)生地點(diǎn)下游巖灘電站、大化電站、樂(lè)灘電站、橋鞏電站、石龍三江口、桂平三江口、梧州水文站點(diǎn)位置污染物濃度變化曲線見(jiàn)圖4。表2給出了各特征斷面污染物濃度變化特征值。

圖4 無(wú)應(yīng)對(duì)措施下各控制站點(diǎn)污染物濃度變化過(guò)程線

典型斷面開(kāi)始超標(biāo)時(shí)刻開(kāi)始達(dá)標(biāo)時(shí)刻出現(xiàn)峰值時(shí)刻峰值濃度/(mg·L-1)超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)/h巖灘電站2月1日15時(shí)2月3日9時(shí)2月2日4時(shí)0.033 644大化電站2月5日17時(shí)2月8號(hào)9時(shí)2月6日17時(shí)0.023 866樂(lè)灘電站2月10號(hào)10時(shí)2月12號(hào)18時(shí)2月11號(hào)12時(shí)0.019 159橋鞏電站2月13號(hào)9時(shí)2月15日14時(shí)2月14號(hào)10時(shí)0.017 262石龍三江口2月17號(hào)4時(shí)2月19號(hào)21時(shí)2月18號(hào)2時(shí)0.011 167武宣水文站2月21日3時(shí)2月24日6時(shí)2月22日13時(shí)0.011 076桂平三江口2月27號(hào)5時(shí)3月2日1時(shí)2月28日11時(shí)0.004 970梧州水文站3月5號(hào)9時(shí)3月8日23時(shí)3月7號(hào)3時(shí)0.006 176

巖灘電站從2月1日15時(shí)開(kāi)始超標(biāo)，在2月2日4點(diǎn)達(dá)到最大值0.033 6，至2月3日9時(shí)消失，總共超標(biāo)歷時(shí)44 h；大化電站壩址污染物濃度從2月5日17時(shí)開(kāi)始超標(biāo)，在2月6日17時(shí)達(dá)到最大值0.023 8，至2月8號(hào)9時(shí)開(kāi)始達(dá)標(biāo)，總共超標(biāo)歷時(shí)66 h；樂(lè)灘電站壩址污染物濃度從2月10號(hào)10時(shí)開(kāi)始超標(biāo)，在2月11號(hào)12點(diǎn)達(dá)到最大值0.019 1，至2月12號(hào)18時(shí)消失，總共超標(biāo)歷時(shí)59 h；橋鞏電站壩址處濃度在2月13號(hào)9時(shí)開(kāi)始超標(biāo)，在2月14號(hào)10時(shí)達(dá)到最大值0.017 2，至2月15日14時(shí)消失，總共超標(biāo)歷時(shí)62 h；石龍三江口污染物濃度從2月17號(hào)4時(shí)開(kāi)始超標(biāo)，在2月18號(hào)2時(shí)達(dá)到最大值0.011 1，至2月19號(hào)21時(shí)消失，總共超標(biāo)歷時(shí)67 h；武宣水文站位置從2月21日3時(shí)開(kāi)始超標(biāo)，在2月22日13點(diǎn)達(dá)到最大值0.011，至2月24日6點(diǎn)消失，總共超標(biāo)歷時(shí)76 h；桂平三江口從2月27號(hào)5時(shí)開(kāi)始超標(biāo)，在2月28日11時(shí)達(dá)到最大值0.004 9，至3月2日1時(shí)消失，總共超標(biāo)歷時(shí)70 h；梧州水位站位置污染物濃度從3月5號(hào)9時(shí)開(kāi)始超標(biāo)，在3月7號(hào)3時(shí)達(dá)到最大值0.006 1，至3月8日23時(shí)消失，總共超標(biāo)歷時(shí)76 h。

從圖4中看出各典型斷面位置污染物濃度變化呈拋物線狀，拋物線從上游向下游呈現(xiàn)由尖瘦型向矮胖型過(guò)渡，顯示各控制站點(diǎn)污染物濃度都呈現(xiàn)某個(gè)時(shí)間段逐漸增大，達(dá)到最大值后逐漸減少直至消失，即污染團(tuán)通過(guò)了該站點(diǎn)。各斷面污染物濃度的超標(biāo)時(shí)間從上游的巖灘電站44 h增大到下游梧州水文站76 h，峰值濃度從0.033 6降低到0.006 1，在樂(lè)灘電站總超標(biāo)歷時(shí)減少是由于刁江支流的匯入加快了污染物的輸移，桂平三江口位置總超標(biāo)歷時(shí)減少是郁江水流的匯入加快了污染物的輸移傳播。

2.4 水庫(kù)調(diào)度方案設(shè)置

2.4.1梯級(jí)水庫(kù)基本特性

事故發(fā)生地下游沿線各梯級(jí)水庫(kù)情況見(jiàn)表3，由表中可知，事故發(fā)生地下游各梯級(jí)水庫(kù)興利庫(kù)容較大的有巖灘、紅花和大藤峽，由于本次模擬事故發(fā)生時(shí)間為枯水期，考慮水庫(kù)沖污、興利等綜合因素，本次調(diào)度方案主要對(duì)巖灘、紅花和大藤峽3個(gè)梯級(jí)水庫(kù)進(jìn)行調(diào)度。

2.4.2水庫(kù)應(yīng)對(duì)調(diào)度方案設(shè)置

針對(duì)該突發(fā)性水污染事故，設(shè)置了4種水庫(kù)調(diào)度方案，見(jiàn)表4。

a) 由于水污染事故發(fā)生的突然性，現(xiàn)實(shí)發(fā)生水污染事件時(shí)采取的應(yīng)對(duì)手段多采用單庫(kù)調(diào)度進(jìn)行應(yīng)對(duì)，因此水庫(kù)調(diào)度方案1為當(dāng)巖灘電站壩址處的污染物濃度從2月1日15時(shí)開(kāi)始超標(biāo)時(shí)，巖灘水庫(kù)開(kāi)始調(diào)度。

表3 事故地點(diǎn)下游各梯級(jí)水庫(kù)情況

b) 水庫(kù)調(diào)度方案2在方案1調(diào)度巖灘水庫(kù)的基礎(chǔ)上，加入紅花水庫(kù)一起調(diào)度，為并聯(lián)式雙庫(kù)調(diào)度，考慮到紅花調(diào)電站下泄流量與巖灘流量在石龍三江口匯合以增強(qiáng)調(diào)度效果的需要，紅花水庫(kù)的起調(diào)時(shí)間定為2月12日9時(shí)。

c) 水庫(kù)調(diào)度方案3在方案2同時(shí)調(diào)度巖灘和紅花水庫(kù)的基礎(chǔ)上，加入大藤峽水庫(kù)，大藤峽水庫(kù)的起調(diào)時(shí)間為當(dāng)壩址處污染物濃度開(kāi)始超標(biāo)時(shí)，即從2月22日2時(shí)。

d) 大藤峽水庫(kù)興利庫(kù)容較大，如有需要可進(jìn)一步增加下泄流量促進(jìn)污染物輸移擴(kuò)散，因此水庫(kù)調(diào)度方案4在方案3調(diào)度巖灘、紅花和大藤峽水庫(kù)的基礎(chǔ)上，將大藤峽水庫(kù)調(diào)度下泄流量從方案3的5 000 m3/s增大為6 000 m3/s。

表4 水庫(kù)調(diào)度方案設(shè)置

2.5 調(diào)度結(jié)果分析

2.5.1水庫(kù)調(diào)度方案1結(jié)果分析

水庫(kù)調(diào)度方案1實(shí)施后的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。方案1單獨(dú)調(diào)度巖灘水庫(kù)，選擇以增大下泄流量至4 000 m3/s，直至庫(kù)內(nèi)水位降至219 m的最低限制水位，調(diào)度時(shí)長(zhǎng)共計(jì)26 h。圖5、6給出了典型斷面在調(diào)度方案1實(shí)施前后污染物濃度峰值削減比例和超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)減少值(正值表示超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)減少，負(fù)值表示增加)。結(jié)果顯示：巖灘電站壩址處水質(zhì)達(dá)標(biāo)的時(shí)間從2月3日9時(shí)提前到2月2日的1時(shí)，污染物濃度的峰值降低了22.3%，污染物超標(biāo)時(shí)間縮短32 h。武宣水文站處的污染物濃度超標(biāo)時(shí)刻由2月21日3時(shí)提前到2月16日9時(shí)，達(dá)標(biāo)時(shí)刻從2月22日13時(shí)提前到2月20日8時(shí)，污染物濃度的峰值降低了41.8%，但污染物超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)增加了20 h；梧州水文站處污染物濃度超標(biāo)時(shí)刻由3月5號(hào)9時(shí)提前到3月2日3時(shí)，污染物濃度達(dá)標(biāo)時(shí)間從3月8日23時(shí)提前到3月6日12時(shí)，污染物濃度峰值降低了49.1%，但污染物超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)增加了32 h。分析調(diào)度方案1得到以下結(jié)論。

表5 典型斷面污染物濃度特征值(水庫(kù)調(diào)度方案1)

a) 在突發(fā)性水體污染發(fā)生在巖灘庫(kù)區(qū)時(shí)，通過(guò)調(diào)度巖灘水庫(kù)，加大下泄流量，可以顯著降低庫(kù)區(qū)及下游典型斷面位置處的污染物濃度峰值，起到稀釋污染物的作用，典型污染物峰值削減幅度總體呈現(xiàn)向下游增大趨勢(shì)。

b) 由于加大巖灘出庫(kù)下泄流量，相應(yīng)增加了巖灘壩址下游河道的流速，下泄水流攜帶污染物以更快的速度向下游運(yùn)動(dòng)，巖灘水庫(kù)下游典型斷面位置污染物濃度超標(biāo)時(shí)刻及達(dá)標(biāo)時(shí)刻都顯著提前。

c) 巖灘水庫(kù)調(diào)度，可以顯著削減污染物在巖灘庫(kù)區(qū)和大化庫(kù)區(qū)滯留的時(shí)長(zhǎng)，但大化壩址以下河道典型斷面的污染物超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)呈現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)。

圖5 調(diào)度方案1下的典型斷面污染物濃度峰值削減比例

圖6 調(diào)度方案1下的典型斷面污染物濃度超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)削減值

2.5.2其他水庫(kù)調(diào)度結(jié)果分析

表6給出了水庫(kù)調(diào)度方案2實(shí)施后的主要斷面濃度特征值結(jié)果。由于調(diào)度方案2是在方案1調(diào)度巖灘水庫(kù)調(diào)度的基礎(chǔ)上，加入了紅花電站，紅花電站控制下泄流量為2 000 m3/s，于石龍三江口與巖灘下泄流量匯合，起到降低污染物濃度并快速向下游推移的作用。因此，從武宣水文站斷面污染物濃度變化過(guò)程來(lái)看，污水團(tuán)抵達(dá)該斷面的時(shí)間為2月15日18時(shí)，較方案1提前了15 h，污染物峰值濃度也較方案1下降了21.9%，但該斷面污染物濃度超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)則較方案1增加了11 h。污水團(tuán)抵達(dá)梧州水文站斷面的時(shí)間同樣較方案1提前了18 h，污染物峰值濃度較方案1下降了19.4%，但污染物超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)則增加了7 h。

表7給出了水庫(kù)調(diào)度方案3實(shí)施后的主要斷面污染物濃度特征值。該方案是在方案2巖灘和紅花電站聯(lián)合調(diào)度的基礎(chǔ)上，加入即將建成的大藤峽水庫(kù)，大藤峽水庫(kù)調(diào)度開(kāi)始時(shí)間為污水團(tuán)抵達(dá)壩址斷面的時(shí)刻，大藤峽水庫(kù)調(diào)度期間控制下泄流量5 000 m3/s。在大藤峽水庫(kù)參與調(diào)度的情形下，可以看到，污水團(tuán)抵達(dá)大藤峽斷面的時(shí)間與方案2一致，但由于大藤峽水庫(kù)通過(guò)加大下泄流量的方式加入調(diào)度，加快了庫(kù)區(qū)水體的流動(dòng)，因此污水團(tuán)峰值較方案2提前25 h抵達(dá)壩址斷面，污染物峰值濃度與方案2相差不大，但該斷面污染物濃度超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)較方案2顯著減少了44 h；污水團(tuán)抵達(dá)梧州水文站斷面較方案2提前了26 h，污染物濃度峰值較方案2提前18 h抵達(dá)，峰值濃度相差不大，但超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)較方案2顯著減少17 h，在峰值濃度差別不大的情況下，顯然梧州斷面污染物濃度超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)減少是由于大藤峽水庫(kù)加大下泄流量從而對(duì)污染物起到極大稀釋作用形成的。

表8給出了調(diào)度方案4下的大藤峽壩址斷面和梧州水文站斷面的污染物特征值。該方案與調(diào)度方案3基本一致，只是大藤峽電站調(diào)度期間下泄流量比方案3多1 000 m3/s?？傮w來(lái)看，該方案實(shí)施后的變化趨勢(shì)與方案3一致，污水團(tuán)及濃度峰值更快的抵達(dá)大藤峽壩址斷面和梧州水文站斷面，峰值濃度基本一樣，兩斷面污染物濃度超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)都進(jìn)一步縮短。

表6 典型斷面污染物濃度特征值(方案2)

表7 典型斷面污染物濃度特征值(方案3)

表8 典型斷面污染物濃度特征值(方案4)

3 結(jié)論

本文在假定大化瑤族自治縣大化鎮(zhèn)發(fā)生突發(fā)性水污染事故的前提下，設(shè)置不同的調(diào)度方案，聯(lián)合調(diào)度西江流域上一座或某幾座水庫(kù)來(lái)應(yīng)對(duì)該事故，得到的結(jié)論如下。

a) 單獨(dú)調(diào)度巖灘水庫(kù)，加大下泄流量?？杉铀傥廴疚锵乱扑俣?，顯著降低庫(kù)區(qū)及下游典型斷面位置處的污染物濃度峰值，削減污染物在巖灘庫(kù)區(qū)和大化庫(kù)區(qū)滯留時(shí)長(zhǎng)；同時(shí)使巖灘水庫(kù)下游典型斷面位置污染物濃度超標(biāo)時(shí)刻及達(dá)標(biāo)時(shí)刻都顯著提前；但大化壩址以下河道典型斷面的污染物超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)呈現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)。當(dāng)增大巖灘下泄流量至4 000 m3/s時(shí)，巖灘電站壩前水質(zhì)污染物超標(biāo)時(shí)間縮短32 h，污染物濃度的峰值降低了22.3%；武宣水文站斷面污染物濃度的峰值降低41.8%，超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)增加了20 h；梧州水文站斷面污染物濃度峰值降低49.1%，污染物超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)增加32 h。

b) 同時(shí)調(diào)度巖灘水庫(kù)和紅花電站?？蛇M(jìn)一步降低石龍三江口下游典型斷面位置處的污染物濃度峰值；促進(jìn)下游典型斷面位置污染物濃度超標(biāo)時(shí)刻及達(dá)標(biāo)時(shí)刻的提前；也會(huì)進(jìn)一步延長(zhǎng)下游河道典型斷面的污染物超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)。當(dāng)增加紅花電站控制下泄流量為2 000 m3/s時(shí)，武宣水文站斷面污染物超標(biāo)時(shí)間較方案1提前15 h，超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)增加11 h，污染物峰值濃度下降21.9%；梧州水文站斷面污染物超標(biāo)時(shí)間提前18 h，超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)增加7 h，污染物峰值濃度下降19.4%。

c) 同時(shí)調(diào)度巖灘水庫(kù)、紅花電站和大藤峽水庫(kù)。大藤峽上游污染物移動(dòng)未發(fā)生改變，但是大藤峽壩址處污染物峰值到達(dá)時(shí)間提前，持續(xù)時(shí)間降低；大藤峽水庫(kù)下游各典型斷面污染物到達(dá)時(shí)間提前，持續(xù)時(shí)間降低，峰值濃度不變。當(dāng)增加大藤峽水庫(kù)控制下泄流量5 000 m3/s時(shí)，大藤峽壩前水質(zhì)超標(biāo)時(shí)間較方案2提前25 h，超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)減少了44 h，污染物峰值濃度基本不變；梧州水文站斷面水質(zhì)超標(biāo)時(shí)間較方案2提前26 h，超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)減少17 h，峰值濃度相差不大。

d) 同時(shí)調(diào)度巖灘水庫(kù)、紅花電站和大藤峽水庫(kù)，增加大藤峽水庫(kù)下泄流量。大藤峽壩址及下游各典型斷面污染物移動(dòng)速度進(jìn)一步加快，但是峰值濃度不變。當(dāng)大藤峽水庫(kù)控制下泄流量6 000 m3/s時(shí)，大藤峽壩前水質(zhì)超標(biāo)時(shí)間較方案3提前11 h，超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)減少了8 h，污染物峰值濃度基本不變；梧州水文站斷面水質(zhì)超標(biāo)時(shí)間較方案3提前22 h，超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)減少6 h，峰值濃度相差不大。

e) 對(duì)比以上4種調(diào)度方式中污染物運(yùn)動(dòng)情況可知，當(dāng)西江中游發(fā)生突發(fā)性水體污染時(shí)：①對(duì)于干流沿線的水庫(kù)，充分利用各梯級(jí)水庫(kù)的可利用庫(kù)容，根據(jù)污染物移動(dòng)的具體情況，上游水庫(kù)向下游逐級(jí)補(bǔ)水；②對(duì)于支流上的水庫(kù)，通過(guò)調(diào)控使支流水庫(kù)的調(diào)度流量過(guò)程傳遞到三江匯合口與污染物輸移傳播的過(guò)程保持同步。通過(guò)聯(lián)合調(diào)度西江中游各梯級(jí)水庫(kù)，可以取得比單庫(kù)調(diào)度更好的效果。