南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計研究院集團股份公司 劉淑惠，李政宇，潘紅澈

一、前言

近年來，海陽市城市發(fā)展迅速，城區(qū)生產(chǎn)活動產(chǎn)生的廢污水和徑流雨水均由東村河消納，水環(huán)境壓力驟增，線性單一的解決措施已不能滿足復(fù)雜多變的水環(huán)境問題。數(shù)值模擬作為預(yù)測的重要手段，有利于為進一步統(tǒng)籌協(xié)調(diào)流域治理提供良好的決策依據(jù)。

使用FLUENT[1]、MATLAB[2]、Mike[3]均能建立水質(zhì)模擬模型，但mike zero作為成熟的水與環(huán)境模擬軟件，支持多模塊耦合，能夠較好地模擬地表徑流[4]。Turgeon,Felix[5]利用mike she構(gòu)建地表水-地下水耦合模型，研究沃德勒伊-蘇朗熱地區(qū)拉奎特河流域在冰川地質(zhì)環(huán)境中流域水位、流量的變化；Panda,Rabindra K[6]對比mike11 HD模型和ANN模型模擬流域水位的精度；Bisht,DeepakSingh[7]利用MIKE URBAN模擬極端降雨事件下洪水范圍和水位峰值，為高強度降雨期間提供合適的調(diào)蓄方案；都能夠利用mike zero模塊精準(zhǔn)地模擬徑流和水環(huán)境變化[8]。因此，本文采用mike 11耦合nam模型模擬河道水動力[9]，預(yù)測水質(zhì)變化趨勢。

二、研究區(qū)概況

（一）水資源狀況

東村河流域徑流量主要集中在汛期的6～9月份，汛期多年平均徑流量占全年的80%左右。根據(jù)東村河水文站-海陽站逐年6月-9月流量資料，東村河2015-2019年平均流量為0.53m3/s，年最大平均流量為2018年1.13m3/s，最小為2016年0m3/s。受區(qū)域連續(xù)兩年干旱影響，2016年汛期流量均為0m3/s。

（二）水利工程

東村河上無大中型水庫，以小型水庫、塘壩和攔河閘壩為主，主要建筑物有翻板閘23座，橡膠壩16座，攔沙坎23座，跨河橋28座，穿堤建筑物5處，取水口兩處。根據(jù)水工構(gòu)筑物情況，構(gòu)建流域河網(wǎng)，見圖1。

圖1 東村河流域河網(wǎng)模型

（三）水質(zhì)現(xiàn)狀

根據(jù)2019-2021年東村河入?？诶斜O(jiān)測數(shù)據(jù)可知，東村河入海口斷面達(dá)標(biāo)率從2019年的57.1%提 升 至2021年 的100%，其水質(zhì)有了顯著提升，2021年符合地表水Ⅳ類的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)逐月水質(zhì)分析可知，受汛期農(nóng)業(yè)面源污染和城鎮(zhèn)管網(wǎng)污水溢流影響，其汛期水質(zhì)明顯劣于非汛期，同時其河道存在斷流情況。

三、水動力模型

（一）NAM模型

根據(jù)下墊面條件、流域分布情況對東村河流域進行小流域劃分，利用2016-2019年的實測徑流資料對模型進行率定，最終得擬合的流量過程。根據(jù)率定的參數(shù)運行2019年汛期流量進行擬合和部分參數(shù)調(diào)整，流量總體吻合度較好，其率定參數(shù)見表1。

表1 東村河流域子流域參數(shù)

（二）mike11HD模型

根據(jù)降雨徑流模型耦合2020年東村河水動力，依據(jù)2020年海陽站水位資料對模型進行率定，其水位率定結(jié)果見圖2，可知模型水位計算結(jié)果與實測值絕對誤差均值在10cm以內(nèi)，整體吻合度較好。率定得到糙率為0.03-0.04之間。

圖2 東村河海陽站水位率定結(jié)果

四、水質(zhì)模型

根據(jù)2021年水文水質(zhì)同步監(jiān)測結(jié)果，對水質(zhì)進行率定，模擬得到各主要控制斷面的COD、氨氮、TN、TP濃度值，與同步監(jiān)測數(shù)據(jù)相對誤差見表2。由表可知，模型計算結(jié)果與實測值相對誤差均在30%以內(nèi)，總體吻合較好。

表2 各斷面率定結(jié)果相對誤差

五、整治措施

根據(jù)東村河山溪性雨源型河流的特點，枯水期存在斷流、區(qū)域管網(wǎng)存在不同程度的雨污混流。因此，進行截污工程、管網(wǎng)整治及生態(tài)補水等工程。

（一）生態(tài)補水

東村河上游無穩(wěn)定來水，旱季流量遠(yuǎn)低于生態(tài)基流要求，對流域內(nèi)的污水廠提標(biāo)改造至準(zhǔn)Ⅳ類水質(zhì)，并在污水廠南側(cè)建設(shè)2萬t/d生態(tài)補水泵站，生態(tài)補水壓力管沿東村河西岸敷設(shè)至威青高速橋下，在枯水期持續(xù)對東村河進行生態(tài)補水。

（二）循環(huán)活水

東村河上游段蓄水為海陽市自來水第一水廠水源地，中下游設(shè)置多處攔河壩，閘壩密布的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致東村河水體整體流動性差。因此，根據(jù)河道走勢、地形坡度和用地情況，在6號壩（南修家村西）、9號壩（鳳翔橋上）、12號壩（海河橋上）分別建設(shè)3座活水循環(huán)泵站，在旱季增加河道中下游水動力，提升河道自凈能力。具體位置見圖1。

根據(jù)設(shè)計方案，得到不同的方案下國控斷面-東村河入海口水文、水質(zhì)條件。（見表4、表5）

表4 整治方案設(shè)計

根據(jù)東村河水功能區(qū)管理目標(biāo)，其水質(zhì)目標(biāo)為準(zhǔn)Ⅳ類水，其中COD為30mg/L，氨氮為1.5mg/L，TN為8mg/L，TP為0.3mg/L。根據(jù)表可知，補水以后的東村河段水動力有了明顯改善，其流速和流量在非汛期分別增加0.0017m/s、0.23m3/s。在工程實施后（方案五），東村河城區(qū)段將晴天無污水下河、雨天無溢流，全年COD、氨氮、TP濃度平均減少0.46mg/L、0.29mg/L、0.015mg/L，總氮增加了0.56mg/L，但TN各個斷面水質(zhì)全年均符合小于8mg/L的限值；，汛期COD、氨氮、TP濃度平均減少。在實施內(nèi)循環(huán)工程（工程）、生態(tài)補水工程（方案四），受生態(tài)補水水質(zhì)和內(nèi)循環(huán)中段水質(zhì)影響，其東村河干流水質(zhì)有所惡化，但仍優(yōu)于地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

六、結(jié)論

（1）根據(jù)區(qū)域水環(huán)境分析，東村河受汛期城鎮(zhèn)污水溢流影響，東村河流域現(xiàn)狀的污染源主要為農(nóng)業(yè)源和生活源，尤其是入河的污染物主要來源于生活污水，其中化學(xué)需氧量、氨氮、總氮、總磷生活源入河量占比分別為70.64%、92.81%、80.34%和85.73%。非汛期水質(zhì)優(yōu)于汛期水質(zhì)。

（2）根據(jù)河網(wǎng)模型預(yù)測可知，整治工程實施后東村河國控斷面水質(zhì)優(yōu)于地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。在不改變國控斷面水質(zhì)的情況下，實施內(nèi)循環(huán)、生態(tài)補水工程，能從本質(zhì)上改變東村河斷流現(xiàn)象，有利于其水資源和水生態(tài)保護和修改。

（3）管網(wǎng)改造和截污工程實施后，其污水不再經(jīng)雨水管道直排河道，有效削減城區(qū)生活污水，保證流域水質(zhì)遠(yuǎn)優(yōu)于Ⅳ類水，但部分支流水質(zhì)受面源影響仍然不容樂觀，建議下一步加大支流面源污染治理。