郭曉明,喬 明

(1.丹華水利環(huán)境技術(上海)有限公司，上海 200235；2.浙江省環(huán)境科技有限公司，杭州 310000)

前 言

近年來，中國水污染問題日益嚴重，水環(huán)境治理已成為中國當前最重要的任務之一。通常情況下污水處理廠的排污標準遠遠低于地表水Ⅱ類或Ⅲ類水體標準，這就造成地表水水體局部超標區(qū)域的存在。如何更好地確定局部超標區(qū)域范圍、污染物超標濃度、對于附件敏感水環(huán)境目標影響，提高水質(zhì)預測的精度和可靠性，數(shù)學模型成為其中關鍵的一環(huán)。

按照水質(zhì)組分的空間分布特性，水質(zhì)模型分為零維、一維、二維、三維水質(zhì)模型，其中二維水質(zhì)模型常用于大中河流、湖泊、水庫、海洋等方面水環(huán)境預測[1]。國內(nèi)外常用二維水質(zhì)模型包括MIKE21、EFDC、DELFT 3D、WASP等模型[2]，其中丹麥水力研究所開發(fā)的MIKE21[3～8]廣泛應用于河流、湖泊水質(zhì)模擬，曾應用于黃河、岷江、秦淮新河、萬寶湖等水域的水環(huán)境研究。本文以某新區(qū)污水處理廠排污口地表水環(huán)境預測為例，通過MIKE21模型進行長江黃岡段地表水水質(zhì)預測。

由于反補貼法沒有明確其對非市場經(jīng)濟國家的適用性，法院需要判斷在沒有明確法律條文規(guī)定的情況下，國會的態(tài)度。法院認為國會對反補貼法的態(tài)度很好地體現(xiàn)在了兩個方面：即反傾銷法的立法歷史和反補貼法的發(fā)展史。

1 項目概況

某擬建污水處理廠位于黃岡市禹王新區(qū)，排污口地理位置及長江黃岡段水系見圖1。該污水廠處理3.5萬m3/d，污水處理廠處理一級處理工藝采用“粗格柵+細格柵+曝氣沉砂池”工藝流程；二級生化處理采用改良A2/O 工藝。其出水達到GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A標準進行排放，收納水體為長江黃岡市區(qū)段，排放口下游7km有敏感目標黃岡市三水廠取水口，其中長江黃岡段執(zhí)行地表水環(huán)境質(zhì)量標準Ⅱ類標準。

2 MIKE21模型計算原理

2.1 水動力模型計算原理

平水期選取排污口上游500m的監(jiān)測斷面監(jiān)測值作為當前背景斷面，即CODCr取13mg/L，NH3-N取0.095mg/L；枯水期選取1～3月份長江二水廠水源地監(jiān)測斷面的最大監(jiān)測值作為背景斷面，即COD取10mg/L，NH3-N取0.31mg/L。同時考慮正常排放、事故排放、雨天排放、調(diào)試期排放四種排放方式，具體參數(shù)如表2。

(1)

(2)

(3)

蘇霍姆林斯基說：“手是意識的偉大培育者，又是智慧的創(chuàng)造者，手使腦得到發(fā)展，使之更加明智；腦使手得到發(fā)展，使之變成創(chuàng)造的聰明工具，變成思維的工具和鏡子”因此，在認知的關鍵處，要讓學生動手操作、親身經(jīng)歷、實踐體驗，這樣不僅有助于學生通過多種感官來主動獲取數(shù)學知識，更重要的是學生在操作、交流中能夠逐步領悟?qū)W習數(shù)學的方法，進而激活創(chuàng)新思維。

2.2 二維水質(zhì)模型計算原理

MIKE21采用二維對流擴散方程[10]進行求解見公式(4)：

鉆探鉆井孔內(nèi)安全基礎性問題應包括孔壁安全和軌跡安全?？妆诎踩橇W平衡和物化平衡問題，是一個多場多介質(zhì)(應力場、壓力場、溫度場和流體場；流體、巖體、鉆具)條件下的壓力、應力和物化等平衡，同時各平衡相互影響，其中一項不平衡都會導致孔壁安全問題。鉆孔軌跡安全是空間力學問題，是鉆孔軌跡空間形態(tài)引起的孔壁與鉆桿柱摩阻力對起下鉆、鉆進和其他孔底作業(yè)的屏蔽作用，可導致鉆進過程難以掌控和起下鉆遇卡等問題。

(4)

根據(jù)研究內(nèi)容，選取COD和NH3-N為預測的水質(zhì)指標，主要工況描述如下：

第二種調(diào)節(jié)機制是α-酮酸(尤其是丙酮酸)對AOX活性的刺激[12,14], 這種作用獨立于丙酮酸代謝，直接作用于AOX蛋白，使AOX的構象發(fā)生變化而導致活性增加。Carré等[17]用純化的AOX與丙酮酸反應也證明了這一觀點，并指出只有在丙酮酸存在的條件下，AOX的活性才能保持穩(wěn)定。

模型擬采用非結構網(wǎng)格有限體積法進行數(shù)值離散。

根據(jù)研究的目的、水文資料完整性及模型計算的要求，計算范圍選擇自王家寨至鄂黃大橋下游4km處長約21km的沙洲水道江段。

3 排污口地表水預測模型搭建與參數(shù)

3.1 模型范圍

1.3 統(tǒng)計學處理 采用SPSS18.0和GraphPad Prism 5統(tǒng)計軟件進行分析。計量資料以表示，采用t檢驗，相關性分析采用Pearson相關分析，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

平面二維數(shù)模計算網(wǎng)格主要采用非結構四邊形網(wǎng)格，總體網(wǎng)格數(shù)為14 097個，網(wǎng)格大小間距20～300m，根據(jù)研究重點，排污口下游區(qū)域采用加密網(wǎng)格，見圖2。

圖2 網(wǎng)格地形圖Fig.2 Grid-based topographic map

3.2 計算水文條件確定

典型水文條件選擇平水期和枯水期不利的水文條件。計算河段與漢口水文站相距約70km，中間無較大支流入?yún)R，故用漢口站流量代表本河段流量。統(tǒng)計漢口水文站1973～2012年近40年的月平均流量，其中枯水期為11月至次年2月份，豐水期為6～9月。經(jīng)頻率計算得到：枯水期90%保證率的月平均流量為8 650m3/s。選用多年平均流量22 600 m3/s作為平水期代表流量。計算工況見表1。

（1）嚴格區(qū)分煤礦關閉和企業(yè)破產(chǎn)。煤礦關閉是行政行為，而企業(yè)破產(chǎn)是法律行為，二者政策大不相同。國內(nèi)煤礦關閉和企業(yè)破產(chǎn)之間沒有嚴格的區(qū)分，安置措施缺乏針對性。

表1 計算工況Tab.1 Calculation conditions

3.3 模擬工況

其中：C：濃度；

采用河道平面二維水流數(shù)學模型MIKE21計算分析工程排污河段河道水位及流場的分布，基本原理為基于N-S的淺水方程[9]。見公式(1)～(3)即：

Dx，Dy： x和y方向上的擴散系數(shù)；

表2 污染源源強參數(shù)一覽表Tab.2 Parameters of pollution source

3.4 參數(shù)選取

本研究表明,Epley手法復位和Barbecue翻滾手法復位在治療耳石癥中均能取得較好的臨床療效,但根據(jù)患者病情選用不同的復位手法療效更好,說明二者在不同類型的耳石癥患者中臨床療效有所差異,Epley手法復位更適合為前、后半規(guī)管耳石癥的患者,Barbecue翻滾手法復位則在外側(cè)半規(guī)管耳石癥患者中療效更好。根據(jù)患者自身情況選擇合適的復位手法進行治療,能取得更好地療效。

根據(jù)MIKE 21水動力模型的基本原理，需要對部分參數(shù)進行定義，糙率參數(shù)取0.025～0.033；渦粘系數(shù)采用Smagorinsky公式[11～13]，Smagorinsky系數(shù)取值為0.28m2/s；計算時步長在0.01～30s之間；對計算區(qū)域內(nèi)灘地干濕過程，采用網(wǎng)格凍結方法處理，干水深臨界值取0.05m，濕水深臨界值0.1m。

鑒于當下旅游消費主體更加注重精神消費與深度體驗的情況，本研究認為山西黃河全域旅游建設應推進供給側(cè)改革，立足市場需求和資源基礎，設計富含地域特色的旅游產(chǎn)品，尤其是深度體驗性產(chǎn)品。通過增設景點和體驗項目來充分開發(fā)黃河這一天然廊道，促進黃河旅游由景點式觀光旅游向多功能于一體的廊道全域旅游轉(zhuǎn)變。

MIKE21二維水質(zhì)模型基于偏安全考慮，本次模擬未考慮衰減情形，故不用調(diào)試衰減系數(shù)；對流擴散系數(shù)采用等比渦粘系數(shù)[14-15]，比例系數(shù)取經(jīng)驗系數(shù)為1。

4 排污口地表水影響預測結果

不同水文條件、不同工況下排污口對于長江黃岡市區(qū)段和三水廠取水口水質(zhì)影響見表3和表4?？菟诤推剿谡Ｅ欧?、雨天排放和調(diào)試排放，污染物對長江黃岡市區(qū)段水體和三水廠取水口造成的影響較小，COD和NH3-N排放濃度預測值疊加背景值后均可滿足GB3838-2002《地表水質(zhì)量標準》中的Ⅱ類限值?？菟谑鹿逝欧藕推剿谑鹿使r下將存在超標區(qū)域。

表3 污染物對長江(黃岡市區(qū)段)影響一覽表Tab.3 Impact of pollutants on the Yangtze river (Huanggang city section) (mg/L)

表4 污染物對取水口影響一覽表Tab.4 Impact of pollutants on the water-intake (mg/L)

平水期事故排放時，排污口處COD疊加背景值后最大濃度15.4mg/L，超過地表水Ⅱ類標準，超標范圍在排污口80m范圍內(nèi)；枯水期事故排放時，排污口處NH3-N疊加背景值后最大濃度0.535mg/L，超過地表水Ⅱ類標準，超標范圍在排污口60m范圍內(nèi)。超標會對長江水體造成一定影響，但黃岡市三水廠取水口處COD和NH3-N不超標。圖2～圖5為事故排放下COD和NH3-N濃度貢獻值最大影響范圍圖。在實際運行中應采取積極的應對措施，同時設置事故池，發(fā)生事故排放時應存放至事故池，不得直接排放。

圖3 枯水期事故排放COD最大影響范圍圖Fig.3 The maximum influence range of COD discharged by accident in dry season

圖4 枯水期事故排放NH3-N最大影響范圍圖Fig.4 The maximum influence range of NH3-N discharged by accident release in dry season

圖5 平水期事故排放COD最大影響范圍圖Fig.5 The maximum influence range of COD discharged by accident in normal period

圖6 平水期事故排放NH3-N最大影響范圍圖Fig.6 The maximum influence range of NH3-N discharged by accident in normal period

5 結 語

采用MIKE21二維水動力和水質(zhì)模型對于某污水處理廠排污口地表水影響進行預測，枯水期正常排污情況下COD、NH3-N疊加背景濃度后最大值分別為10.375mg/L、0.348mg/L，平水期正常排污情況下COD、NH3-N疊加背景濃度后最大值分別為13.325mg/L、0.1275mg/L，均滿足GB3838-2002《地表水質(zhì)量標準》中的Ⅱ類限值標準。在事故排放時存在局部的超標，但對下游7km較遠處的三水廠取水口影響很小，枯水期事故排放COD、NH3-N對三水廠貢獻值為0.513mg/L和0.354mg/L。如何對排污口地表水環(huán)境影響進行準確的預測，涉及各個環(huán)節(jié)，諸如水文條件的準確性、參數(shù)取值的合理性、模擬工況的全面性，本文同時可為后續(xù)采用MIKE21做排污口地表水影響預測提供參考。