劉松平，李維杰，李 沁

（1. 中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410014； 2. 湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院，湖南 長沙 410007； 3. 湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 湘潭 411000）

1 流域概況

前湖水上游來水主要由前湖水、云溪水和臥龍景觀水組成。云溪水發(fā)源于云溪路與320 國道，流域面積7.5 km2，于學(xué)府大道交匯處匯入前湖。以前湖大壩為界，前湖水系分為壩上、壩下兩部分。壩下區(qū)域面積為14.7 km2，地面高程為17.0～18.0 m；壩上游集雨面積為47.1 km2，來水均匯入前湖水庫。前湖壩下區(qū)域面積匯水與大壩下泄流量通過前湖電排站排至贛江。

前湖水庫壩下為紅角洲景觀渠，位于紅谷灘中心城區(qū)學(xué)府大道、豐和南大道、紅谷灘大道之間。前湖下泄水量經(jīng)學(xué)府大道向右流入紅角洲景觀渠，渠系縱橫交錯，沿紅谷南大道進入前湖電排站與贛江相連，設(shè)計景觀水位17.5 m，渠系內(nèi)水體流動性較差。前湖及景觀渠水系圖如圖1 所示。

圖1 前湖及景觀渠水系

2 現(xiàn)狀調(diào)查與分析

2.1 現(xiàn)狀調(diào)查與分析

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，項目區(qū)存在生活污水散排，管網(wǎng)錯漏接嚴重等問題，前湖水發(fā)現(xiàn)23 處直排口、7 處垃圾堆。另外區(qū)域內(nèi)九龍湖污水處理廠（3 萬m3/d）污水處理率占其規(guī)模為40%～50%，尾水排放一級B，處理率和標準較低。前湖水系水體流動性差，前湖出現(xiàn)中度富營養(yǎng)化，河道水生態(tài)系統(tǒng)已遭到破壞。

根據(jù)收集的2015—2017 年全年水質(zhì)數(shù)據(jù)及2017年4 月和7 月兩期水質(zhì)數(shù)據(jù)，采用標準指數(shù)法進行評價，結(jié)果顯示前湖水系水質(zhì)多為V 類或劣V 類，其中前湖和景觀區(qū)污染較嚴重，NH3-N 為主要的超標因子，其次是COD 和TP。前湖主要來水前湖水入湖口監(jiān)測斷面COD、NH3-N、TP 超標2.3、8.47、3.57 倍，前湖COD、NH3-N、TP 超標1.40、3.72、3.90 倍，前湖出口斷面NH3-N 超標2.57，COD 和TP 均能達到IV 類水，景觀渠入口監(jiān)測斷面NH3-N、TP 超標5.14、2.1 倍，出口斷面NH3-N、TP 超標5.77、1.3 倍。

2.2 污染負荷統(tǒng)計

依據(jù)《南昌市年鑒》、排污口統(tǒng)計和污水處理廠實際運行數(shù)據(jù)資料，根據(jù)城市污染源的類型[1,2]，分為工業(yè)廢水、污水處理廠尾水、生活污水散排、農(nóng)田化肥、畜禽養(yǎng)殖，城鎮(zhèn)面源[3]和內(nèi)源污染幾大類進行統(tǒng)計（表1）?，F(xiàn)狀污染負荷總量COD、NH3-N 和TP 分別為4 118.44 t/a、338.59 t/a 和75.01 t/a。COD 主要的污染源來自城鎮(zhèn)面源污染，生活污染散排，畜禽養(yǎng)殖，NH3-N 的主要污染源分別是畜禽養(yǎng)殖，生活污水散排，城鎮(zhèn)面源污染。TP 的主要污染源分別是城鎮(zhèn)面源污染，內(nèi)源污染，畜禽養(yǎng)殖。

表1 各污染類型貢獻值 t/a

3 水生態(tài)治理措施

羅斯[4]和肖志愿[5]在南昌紅角洲景觀渠和儒樂湖進行了水生態(tài)現(xiàn)狀評價及研究，均表明從截污控源、生態(tài)修復(fù)、水體置換等進行水生態(tài)修復(fù)治理是保證水體水質(zhì)的必要條件。擬定對前湖水系采取以下治理措施：

1）外源治理工程。生活污水散排對區(qū)域的污染影響較大，通過對區(qū)域前湖水系新建DN400～1400 污水管19.75 km，DN600～1800 截流管20.62 km。

2）初雨調(diào)蓄工程。城鎮(zhèn)降雨徑流面源污染，通過調(diào)控初期雨水，新建初雨調(diào)蓄池3 座，規(guī)模11.5 萬m3。

3）清淤工程。對上游前湖水、云溪水、前湖景觀渠等進行清淤，消除底泥中的污染物質(zhì)釋放，防止造成二次污染，前湖水系清淤量為26.6 萬m3。

4）生態(tài)修復(fù)工程。采取水生動植物、修建生態(tài)滲濾壩等相關(guān)措施鞏固水體的自凈能力，穩(wěn)定維持水質(zhì)提升效果。

5）生態(tài)補水工程[6]。現(xiàn)狀條件下，從臥龍路通過泵站抽水2m3/s，前湖水上游來水1.5m3/s，云溪水來水0.5m3/s。

6）智慧水務(wù)工程。新建智慧水務(wù)平臺，對管網(wǎng)、河道、工廠進行在線監(jiān)測，加強在線監(jiān)管。

7）管理措施。針對污水廠排放標準低的問題，建議當?shù)匚鬯畯S提標改造，提高排放標準。農(nóng)田化肥方面，推進農(nóng)業(yè)投入品減量化、生產(chǎn)清潔化、產(chǎn)業(yè)模式生態(tài)化等過程性措施；另外，在當?shù)匦笄蒺B(yǎng)殖方面，應(yīng)加快推進非禁養(yǎng)區(qū)畜禽養(yǎng)殖場糞污處理設(shè)施配套建設(shè)。

4 數(shù)值模型效果評估分析

4.1 模型簡介

本文選用MIKE11[7]和MIKE21[8]軟件對水生態(tài)措施進行研究。MIKE11 和MIKE21 綜合模擬軟件主要用于河流、湖泊和其他內(nèi)陸水域的水文學(xué)、水力學(xué)、水質(zhì)和泥沙傳輸模擬，在水資源管理、洪水預(yù)報、水利工程中均已得到廣泛應(yīng)用。

4.2 模型構(gòu)建

建立前湖水系水動力-水質(zhì)數(shù)值模擬模型，選取2017 年前湖入口、出口處的實測水質(zhì)數(shù)據(jù)對糙率及污染物衰減系數(shù)等進行率定，驗證模型可靠性，使模型精度達到模擬要求。模型河網(wǎng)構(gòu)建圖見圖2。

圖2 河網(wǎng)模型構(gòu)建圖

4.3 模型驗證

選取2015 年作為率定水平年，前湖入口、出口處的實測結(jié)果和水質(zhì)模擬結(jié)果對比如圖3 所示，前湖入口、出口處兩統(tǒng)計指標計算結(jié)果見表2。總體來說，模擬結(jié)果基本反映河道斷面的水質(zhì)變化趨勢。通過模型的率定[7]結(jié)合周邊其他項目經(jīng)驗，氨氮降解系數(shù)為0.04/d。

圖3 前湖出口處模擬值與實測結(jié)果對比圖

表2 前湖出口處兩統(tǒng)計指標計算結(jié)果

圖4 措施前后各主要控制斷面NH3-N 對比

4.4 計算結(jié)果效果分析

根據(jù)水功能區(qū)劃要求，控制斷面水質(zhì)達IV 類水以上，水質(zhì)達標率90%以上。氨氮為污染最嚴重因子，對氨氮削減效果進行分析，工程前后變化見圖4。

對工程措施實施后，對不同降雨保證率條件下，進一步進行前湖水系進行水質(zhì)模擬，各斷面NH3-N 達標率列于表3。

表3 各控制斷面NH3-N 達標率 %

由表3 可以看出，考慮工程措施后，控制斷面的水質(zhì)主要指標達標率在不同保證率下達到IV 類水以上，滿足南昌市河流水功能區(qū)劃水質(zhì)的要求，驗證了綜合性水生態(tài)措施治理的效果。

5 結(jié) 語

在對南昌市前湖水系現(xiàn)狀主要問題進行調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，對污染物負荷進行統(tǒng)計分析，分析主要的污染物和污染來源，以此指導(dǎo)水生態(tài)措施的制定，并采用MIKE11 和MI21 軟件對水生態(tài)治理前后進行研究。結(jié)果顯示，通過采取綜合性水生態(tài)治理措施，能夠?qū)崿F(xiàn)水質(zhì)目標，有利于南昌市打造“鄱湖明珠·中國水都”的愿景。