宋曉波，徐媛媛，吳 剛

(貴州水利水電設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴陽(yáng) 550002)

1 研究背景

按照水利部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)《關(guān)于開展第三次全國(guó)水資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作的通知》(水規(guī)計(jì)【2017】139號(hào))要求，《第三次全國(guó)水資源調(diào)查評(píng)價(jià)任務(wù)書》、《第三次全國(guó)水資源調(diào)查評(píng)價(jià)技術(shù)細(xì)則》、長(zhǎng)江流域和珠江流域第三資源水資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作大綱，開展第三次貴州省水資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作，主要任務(wù)中包括了三個(gè)專題的研究，其中一個(gè)專題就是貴州省入河污染物衰減系數(shù)研究等專題研究。

污染物衰減系數(shù)是入河污染物在水體中變化的綜合概化，反映了污染物在輸移過(guò)程中受水力、水文、物理、化學(xué)、生物化學(xué)、地理、地質(zhì)及氣象、氣候等因素綜合作用結(jié)果，是研究水體水質(zhì)污染變化、計(jì)算水環(huán)境容量、確定水體納污能力、制定區(qū)域排污總量控制及水資源配置規(guī)劃的重要參數(shù)[1]。

水體中污染物種類多，性質(zhì)各異，衰減程度差異較大，近年來(lái)針對(duì)某種污染物衰減系數(shù)率定方法開展的研究發(fā)展很快，特別是針對(duì)南方污染較重的江河湖庫(kù)開展的研究，成果主要涉及 COD和氨氮，近年來(lái)水利部將 COD 和氨氮作為水質(zhì)污染的控制指標(biāo)，為污染物衰減系數(shù)研究明確目標(biāo)。

2 研究方法

2.1 模型參數(shù)確定

模型計(jì)算的結(jié)果的精度很大程度取決于輸出系數(shù)的選取。輸出系數(shù)的選取主要有2種方法，一種是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，第二種是采用常規(guī)監(jiān)測(cè)資料。

采用常規(guī)監(jiān)測(cè)資料是常用的方法，結(jié)合研究河流一定的監(jiān)測(cè)情況，確定研究河流河段的污染物入河衰減系數(shù)。

本次研究擬主要采用常規(guī)斷面水質(zhì)監(jiān)測(cè)，輔以必要的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)來(lái)確定研究河段的3種污染物的CODMn、氨氮、總磷的入河衰減系數(shù)。

2.2 污染物衰減模型

研究者們根據(jù)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)證明，污染物在水體中的降解過(guò)程近似符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律。其表達(dá)式如下：

(1)

C=C0e-kt

(2)

式中：C為t=t時(shí)污染物濃度，mg/L；C0為t=0時(shí)污染物濃度，mg/L；t為兩點(diǎn)之間水流的傳輸時(shí)間，s；k為污染物衰減系數(shù)，s-1。

3 水質(zhì)監(jiān)測(cè)方案確定及監(jiān)測(cè)成果

3.1 河流斷面的選擇

由于投放示蹤劑會(huì)對(duì)河流水質(zhì)造成一定的污染，對(duì)投放的河流環(huán)保也有一定的要求，依據(jù)最嚴(yán)格保護(hù)水資源的根本原則，本次水質(zhì)取樣挑選上游有污水處理廠(作為固定污染源)，中間無(wú)其他污染源匯入，能較為客觀反映該河流在取樣斷面之間河段的對(duì)污染物的分解衰減能力，結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)全省河流流域的了解情況與可執(zhí)行性的綜合分析，選取了多條河流河段，進(jìn)行對(duì)比分析[3]。

考慮本次研究主要是河流衰減系數(shù)的研究，因此河流河段選取的原則主要包括“兩有一無(wú)”，即有污染有監(jiān)測(cè)無(wú)大的干擾(區(qū)間無(wú)大支流水量匯入、無(wú)大點(diǎn)源污染匯入)。貴州溝壑縱橫，無(wú)支流匯入的情況較少,因此完全滿足“兩有一無(wú)”的理論情況，實(shí)際極少，研究河段總會(huì)匯入河流或者污水。而污染較為明顯的主要是集中于城市河流城區(qū)河段。經(jīng)在全省初步分析，綜合確定本次研究選擇黔南州都勻市劍江。

對(duì)于檢測(cè)指標(biāo)的確定，本次分析研究的指標(biāo)主要考慮COD、氨氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)四項(xiàng)指標(biāo)。對(duì)于COD和高錳酸鹽指數(shù)主要考慮貴州省COD近年來(lái)檢測(cè)成果普遍偏低，因此用高錳酸鹽指數(shù)相互印證檢測(cè)成果的可靠性。氨氮和總磷主要考慮的是屬于城市生活污水的主要污染物，對(duì)于城市生活污水為主的研究具有普遍意義[4]。

3.2 監(jiān)測(cè)方案與結(jié)果

根據(jù)綜合因素分析，多次反復(fù)對(duì)比確定本次研究選取斷面作為污染物衰減系數(shù)研究對(duì)象，自2020年4月起至今，每月月初到各斷面取水樣，送至貴州省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行水樣檢測(cè)，目前已獲取了8次水樣，每組斷面情況及水質(zhì)化驗(yàn)成果見表1。

(2) 除套箍指標(biāo)較小試件S-5外，其余試件位移延性系數(shù)在3.05～4.67之間，均值為3.56，表明高溫后鋼管再生混凝土柱的延性良好，并建議合理控制鋼管混凝土的套箍指標(biāo)。

表1 劍江不同時(shí)段各河段每組斷面水質(zhì)變化情況表

劍江為清水江上游，其污水處理廠上游翻板壩受到河岸周邊居民生活生產(chǎn)的影響，平時(shí)水質(zhì)較差，在受到其上游水庫(kù)在汛期下放水量，釋放庫(kù)容迎接洪峰時(shí)，水質(zhì)相對(duì)變好，但同時(shí)豐水期受到雨水沖刷河岸污染物影響，水質(zhì)又會(huì)變差，但河段沒(méi)有污染點(diǎn)源匯入，總體水質(zhì)指標(biāo)變化符合上游大于下游規(guī)律；污水處理廠下游斷面，也符存在同樣情況，但總體水質(zhì)指標(biāo)變化符合上游大于下游規(guī)律[5]。

3.3 各斷面不同時(shí)段水流速度分析

根據(jù)測(cè)速儀與浮標(biāo)法兩種方法綜合分析，取每條河平均流速來(lái)對(duì)污染物進(jìn)行分析，具體流速見表2。

表2 劍江各斷面平均流速情況表 m3/s

4 計(jì)算成果

根據(jù)4-11月各斷面取樣水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，分析計(jì)算，去除特殊值，估算分析出各個(gè)斷面不同時(shí)段衰減系數(shù)，具體分析值見表3。

表3 各河段污染物衰減系數(shù)K估算情況表

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

選取1條河流，4個(gè)斷面，連續(xù)8個(gè)月進(jìn)行取樣檢測(cè)，觀察水質(zhì)變化規(guī)律，分析上下游斷面污染物變化原因，運(yùn)用一維水質(zhì)模型，估算出各個(gè)河段不同時(shí)段污染物衰減系數(shù)。

由于人工每月一次取樣較強(qiáng)的偶然性，加之河流河段降雨、泄洪等因素的影響，各河流水質(zhì)也存在一定的波動(dòng)；上下游斷面之間總體呈現(xiàn)下降衰減趨勢(shì)，但偶爾也存在下游劣于上游的反常情況，也存在中間滲漏污水溢流污水影響的可能性。

從取樣的高錳酸鹽指數(shù)和COD人工取樣檢驗(yàn)成果可知，高錳酸鹽指數(shù)普遍低于3mg/L左右，COD基本在10mg/L左右，甚至低于檢測(cè)線，最高一次也僅有15mg/L達(dá)到Ⅱ類。因此各城市在2018年之后加大了分布式(即就近處理后達(dá)標(biāo)排放模式)污水處理措施和污水處理提標(biāo)后，城市下游河流COD普遍在Ⅱ類-Ⅲ類之間，治理效果逐步顯現(xiàn)，而且十分明顯。

從貴州省水資源公報(bào)以往水質(zhì)檢測(cè)情況和本次對(duì)河流的取樣分析也可以看出，貴州省內(nèi)河流高錳酸鹽指數(shù)和COD本底值普遍較低，尤其是城市加大污水處理之后，因此在貴州省研究其衰減的意義和效果不是很明顯。

從氨氮的情況可知，位于城市下游的都勻市劍江氨氮基本在Ⅲ類左右。

不同時(shí)段不同河流，其入河污染物衰減系數(shù)受影響的條件較多，上游來(lái)水、季節(jié)變換、豐枯水期等等因素，都能引起污染物濃度變化，進(jìn)而影響衰減系數(shù)的變化，本次研究?jī)H僅是對(duì)此課題的一個(gè)拋磚引玉，在今后期待更多關(guān)于這方面的研究專題得以開展。

5.2 建議

1)進(jìn)一步加強(qiáng)污染物入河衰減系數(shù)的分析研究，開展對(duì)各個(gè)流域具有針對(duì)性的專題研究，全面了解貴州省各大流域河流污染物衰減規(guī)律與實(shí)際衰減情況。

2)為更全面對(duì)貴州省各主要河流河段斷面污染物入河衰減系數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，應(yīng)建立相應(yīng)的實(shí)時(shí)水質(zhì)與水文因素監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)包括：監(jiān)控中心、監(jiān)控站點(diǎn)和通信網(wǎng)絡(luò)，由監(jiān)控中心收集各河流監(jiān)控站點(diǎn)實(shí)時(shí)上傳的流量、水位、水質(zhì)指標(biāo)信息，并對(duì)監(jiān)控站點(diǎn)發(fā)送指令，從而實(shí)現(xiàn)信息交換和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3)為了更好的研究效果，只有加密監(jiān)測(cè)頻次，即充分利用自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)的長(zhǎng)系列監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)有效扣除暴雨、洪水、雨污溢流等影響，提升研究有段和精細(xì)化程度，才又可能達(dá)到一定的研究成果。