劉陽

（遼寧省朝陽水文局，遼寧 朝陽 122000）

水體納污能力是按照水體功能、水文條件及水環(huán)境需求進行水體所能容納污染物總量的計算[1]。在不破壞河流水環(huán)境功能前提下所能承擔的污染物數(shù)量最高值，主要涵蓋污染物的稀釋、轉(zhuǎn)移及水體凈化的容量[2]。遼寧農(nóng)業(yè)灌溉用水主要在5月份水庫集中供水，遼渾太河作為主要的供水水源，需要對其農(nóng)灌期水質(zhì)進行分析，從而確保灌溉水質(zhì)達標。而由于北方河流的季節(jié)性特點，冬季河流流量很小，大部分污水積存在河床內(nèi)，河流水質(zhì)污染較重，對灌溉用水水質(zhì)會產(chǎn)生很大影響[3]。通過對農(nóng)灌期河流水體納污能力進行分析和預測，可以有助于制定灌溉計劃，保障農(nóng)業(yè)灌溉用水的水質(zhì)[4]。近些年來，對于河流農(nóng)灌期水體納污能力分析及預測已取得一定研究成果[5-12]，但是對于遼寧省典型重要農(nóng)業(yè)供水水源的遼渾太河還未進行深入研究，為保障農(nóng)灌期遼渾太河水體水質(zhì)，下面結合水體納污能力計算模型及預測模型分別對農(nóng)灌期遼渾太河的典型COD指標進行分析和預測，研究成果對于指導遼渾太河科學灌溉補水具有重要參考價值。

1 研究方法

1.1 水體納污能力模型

根據(jù)灌溉期河流流失變化大、供水時期較為集中的特點，假定污染物在寬深比較低的河流里較短時間內(nèi)能夠均勻混合，污染物沿程濃度變化較小，對其縱向遷移可采用一維水質(zhì)模型進行污染物的模擬分析。通過概化河流納污在單位河段內(nèi)的總量可假定為W/L，選定長度為的微河段，則該微河段內(nèi)的污染物在x=L段的質(zhì)量計算方程：

x=L段斷面在單位時間內(nèi)污染物總量，需要對其上游L河長內(nèi)的所有微河段的質(zhì)量到該斷面質(zhì)量的跌加：

對于L段斷面的污染物濃度計算方程：

按照納污能力計算方法，其納污能力計算方程：

式中：m為污染物質(zhì)量，kg；W為納污能力，kg/d；L為計算河段河長，m；k為降解系數(shù)，l/s；u為水體流速參數(shù)；C為上斷面來水的水質(zhì)濃度，mg/L；Q為斷面設計流量，m3/s；K為綜合衰減系數(shù)，l/s；Cs斷面污染物控制濃度，mg/L；C0為斷面初始水質(zhì)濃度，mg/L；V為河流水流流速，m/s。

1.2 水質(zhì)預測模型

將Cs視為C(x)對納污能力模型計算公式（4）進行反推得出水質(zhì)計算模型：

式中：C(x)為控制斷面污染物濃度，mg/L；Si為污染源量，kg/d；i為計算河段。

2 計算結果

2.1 計算范圍

結合遼渾太水體污染指標控制值，選用COD作為模型計算控制指標參數(shù)，按照水環(huán)境質(zhì)量標準要求的農(nóng)業(yè)用水Ⅴ類作為其計算標準值，計算范圍為遼河、渾河、太子河，大遼河沒有污水匯入，故不進行計算，以渾河大伙房水庫出口到七間房為計算河段、遼河以柴河入河口到珠爾山為計算河段、太子河以窩水庫出口到唐馬寨為計算河段，進行COD水體納污能力分析計算。

2.2 模型參數(shù)確定

2.2.1 綜合衰減系數(shù)K的確定

通常采用野外測量或數(shù)值求解方法對污染物綜合衰減系數(shù)進行求解計算。計算方程：

式中：CA為污染物在上游斷面的濃度，mg/L；CB為污染物在下游斷面的濃度，mg/L。

2.2.2 斷面平均流速u的計算

1）流速參數(shù)公式推算：

采用經(jīng)驗公式進行流速參數(shù)的推算：

α，β通過實測流速數(shù)據(jù)確定。α大小和河床相關，β值在一定范圍內(nèi)較為固定，文中兩個參數(shù)取值分別為0.4和0.6。

2）不同流量條件下的流速平均值，可結合各水文站流速歷史均值資料，通過建立實測流量～流速相關曲線獲得。

2.3 遼河段納污能力計算結果

農(nóng)灌期遼河柴河入河口至珠爾山段，通過測定COD在供水前積存量在60～100 t之間，鐵嶺清河區(qū)和開原市在水庫供水后，由于冬季積聚在河道內(nèi)的大量污水向下游河段內(nèi)運移，使得遼河在清河段COD濃度的輸入量較長時段內(nèi)保持在70～200 mg/L之間，明顯高于水質(zhì)Ⅴ類標準的40 mg/L要求。此外，冬天遼河積存在內(nèi)的污染物也一并匯入，使得較長時段內(nèi)遼河段沒有COD的污染物容納能力，模型計算值低于0。隨著河道內(nèi)供水水量的不斷沖刷，河段內(nèi)水質(zhì)變化相對較為穩(wěn)定，COD濃度一般在20 mg/L左右變化，該時段遼河分析計算段內(nèi)的COD承載量顯著增加。隨著水量變化，其COD承載量在80～280 t/d之間。COD承載量計算結果及與水量、水質(zhì)狀況的對比見圖1（a）。

2.4 渾河段納污能力計算結果

渾河大伙房水庫出口至七間房段，供水前河道內(nèi)冬季COD積存量在300～500 t之間，水庫供水后，河道內(nèi)COD承載容量明顯低于污染物積存量，需要通過水庫供水對污染物進行沖刷和稀釋。因此，從圖1（b）中可看出，在相對較長的一個時段內(nèi)，分析計算渾河河道的COD納污能力為負值。隨著供水量增多和不斷沖刷稀釋，河道內(nèi)的COD污染物容量顯著增加，其承載能力隨著水量的變化在150～1 000 t/d之間。

2.5 太子河段納污能力計算結果

圖1 農(nóng)灌期各河段不同COD納污量與排污量對比

3 預測精度分析

以渾河黃臘坨橋至邢家窩棚控制斷面為例，模型水質(zhì)參數(shù)選擇COD，各項參數(shù)確定同納污能力一致，根據(jù)黃臘坨橋斷面水質(zhì)監(jiān)測結果預測黃臘坨橋斷面以下至邢家窩棚控制斷面的水質(zhì)狀況。精度分析結果如表1所示。

表1 邢家窩棚控制斷面水質(zhì)預測與監(jiān)測結果及誤差統(tǒng)計

從預測與監(jiān)測結果誤差統(tǒng)計來看，COD預測值與實測值絕對誤差范圍為0.2～10.8 mg/L，平均為4.3 mg/L；相對誤差范圍為1.0%～36.6%，平均為12.8%，模型預測結果較好，滿足水質(zhì)預測標準規(guī)范相對誤差在±30%之內(nèi)的要求，建立的水質(zhì)模型可以用來進行農(nóng)灌期遼渾太河水質(zhì)的預測。

4 結語

建立水體納污能力計算模型對農(nóng)灌期遼河COD納污量進行定量核算，通過核算，遼河農(nóng)灌期COD納污量可在80～280 t/d之間，渾河可在150～1 000 t/d之間，太子河的納污量可在200～400 t/d之間，水庫供水前各河段內(nèi)COD承載容量明顯低于污染物積存量，水庫供水后對污染物沖刷和稀釋作用明顯，各河段COD納污量有所提高，農(nóng)灌期河流納污能力對于農(nóng)灌期水庫水量調(diào)度方案具有重要的參考意義，水庫供水在滿足農(nóng)業(yè)用水需求量外，還應增加相應水量用于降低河道本底COD濃度，保障農(nóng)業(yè)灌溉用水水質(zhì)。