水动力水质模型在温黄平原河网入河污染负荷削减中的应用

为了探究入河污染负荷削减对河网水环境改善的效果,针对台州市提出的河网水质改善需求,以浙南温黄平原河网为例,设定河网主要污染物氨氮为评价指标,建立能反映出河网水动力水质时空变化规律的模型,通过对入河污染物削减率和配水水源的调节,进行方案模拟计算。结果表明:在长潭水库和灵江联合配水、入河污染负荷削减率达到55%时,水质改善效果最好;温黄平原整体河网平均水质达到较好的Ⅳ类水。提高入河污染物削减率虽然能够大幅度的强化内部河网的治污体系,但控制污染物排放、调水引流、加强区域内截污治污多措并举才能从根本上有利于河网水环境改善。本模型的应用研究可为台州及其他类似城市的河网水污染治理和控制提供参考,为建立有效可行的城市河网水污染防治安全体系提供技术支撑。     

嘉兴市区水功能区水质达标纳污能力研究

嘉兴市区属于平原河网水系,往复流情况严重,上游来水水质较差且区域内污染源排污量大,导致其水质逐年恶化。嘉兴市区污染源调查结果表明:市区内面源污染相对严重,畜禽污染源为水环境污染的重点污染源。利用污染源影响权重分析得到:研究区域内内源及点源影响相对较大。在此基础上进行重点污染源概化,建立一维非稳态水量水质数学模型,实现水功能区水质与其流域内概化污染源的响应关系,结合水功能区划成果得到各水功能区的纳污能力,提出总量控制方案。计算结果表明:①嘉兴市区18个河流水功能区COD纳污能力为8642t/a,氨氮纳污能力为794 t/a,TP纳污能力为227 t/a;②污染物超标严重,氨氮和TP为主要污染因子;③在2011年现状入河量基础上,COD、氨氮和TP分别需削减49%、57%和56%。本研究结果为水功能区水质达标及污染源减排工作提供决策依据。     

西安市主要河流纳污能力及污染物总量控制探析

通过对西安市境内主要河流基本情况的分析,在给定河流水功能区现状的和规划的水质目标、设计流量、污染物综合衰减系数以及水质背景条件下,采用一维水质模型核算了河流水功能区的纳污能力;在调查分析现状年河流水环境状况和污染物入河量的基础上,预测了规划年生活和工业污染物的排放量和入河量;根据计算的纳污能力和污染物入河量,提出了规划年河流水功能区的污染物入河量控制方案,为西安市河流污染治理和水资源保护提供技术支撑。结果表明:规划年黑河污染物入河削减量任务最轻,COD入河削减量均为0,氨氮入河削减量2020年为1.6 t,2030年为0.6 t。灞河最为繁重,COD入河削减量2020年达到4215.2 t;2030年达到4401.8 t;氨氮2020年入河削减量达到624.5 t;2030年达到696.8 t。     

基于水动力水质模型的金川河流域水质长效达标分析

为解决金川河流域水质全年不能稳定达标的现状,在对金川河流域污染特征分析的基础上,考虑流域污水处理厂处理能力、补水能力、截污能力提升,拟定了3种长效达标方案,对各方案水质提升效果进行预测分析。结果表明：现状污染源条件下,在流域污水处理厂提质增效10%,以及在此基础上增加50%流域补水量两种方案中,虽氨氮浓度峰值有所下降但浓度仍高于Ⅴ类水标准;在以南方污水处理厂考核目标进水浓度方案中,流域入河污染负荷总量降低约44.4%左右,河网氨氮浓度则明显降低,其中下游考核断面宝塔桥断面氨氮浓度降至1.85 mg/L,其水质全过程基本能够满足水质长效达标的效果。计算结果可为金川河流域水污染治理与防控提供有效的科学依据。     

太湖流域滨湖城市多水源引水方案优化研究

引调水是目前许多城市改善河道水环境的重要手段,不同引水水源、流量对河道水质、水动力有较大影响,因此需要定量分析不同引水方案对河道水质、水动力的改善程度。以太湖流域无锡滨湖城市河网为研究对象,以太湖流域一维河网水量水质耦合模型为基础,将梅梁湖和五里湖作为引水水源,在不同引水流量条件下定量分析区域水动力和总磷(TP)浓度改善情况。结果表明,梅梁湖引水方案增加引水流量,可以有效提示水体流动性;五里湖引水时,可有效削减主要河道总磷(TP)浓度。考虑梅梁湖水量充足、水质较差,五里湖水质较好但水量不足,提出了双水源(梅梁湖-五里湖)联合调度方案。     

吴江市水功能区纳污能力及限制排污总量研究

依据《江苏省水功能区划》,结合吴江市水资源质量及污染现状,采用一维非稳态模型确定水质参数,计算吴江市水功能区纳污能力,核定限排总量,与吴江市现状污染物入河量对比,确定污染物削减量,为吴江市水污染防治与污染减排工作提供方法和依据。结果表明:吴江市水功能区水域纳污能力CODCr和氨氮分别为17 344和1 672 t/a,为入河量的56%和57%,CODCr和氨氮的平均削减率分别为54%和56%,该结果与污染物入河量、水质超标率结果基本吻合,说明纳污能力与限排总量计算结果合理。     

基于重污染区入湖断面水质(总氮)达标的污染控制方案

基于2009年10月26—28日太湖重污染区野外水文、水质同步监测数据,分析水量水质现状,建立一维水环境数学模型,并计算不同污染控制方案下水质(总氮)的改善效果。计算结果表明:现状污染物排放方案及污染物总量达标控制方案不能完全控制入湖断面总氮,鉴于河流水质总氮因子没有明确的地表水环境质量标准,必须在污染物总量达标控制方案基础上制定更严格的入湖控制断面水质功能区达标方案。水质功能区达标方案的实施可以有效地改善入太湖控制断面总氮状况,基本实现河网水质达到功能区水质目标。     

山丘区水环境容量计算及限制排污总量分析——以临海市“五水共治”规划为例

为改善山丘区水环境,以典型山丘区城市临海市为研究对象,基于对临海市水环境现状、水环境功能及水污染负荷的充分调查,建立河网水量水质数学模型,计算了河网水环境容量,并提出了污染物排放总量控制和削减方案。结果表明:临海市河网的水环境容量COD为15 904.3 t/a,NH3-N为1585.2 t/a,水质超标率分别为COD 15.61%,NH3-N 16.67%。规划年工程实施后预计新增水环境容量COD 1 137.7 t/a,NH3-N 114 t/a,削减污染物入河量COD 10 610.6 t/a,NH3-N 1 082 t/a,水环境质量得到较大提升。     

淀山湖流域平原河网水环境容量及控制断面水质达标方案研究

根据2013年淀山湖水质监测数据,淀山湖水质总体评价为轻度富营养水平。通过建立淀山湖流域一维平原河网水量水质模型,对各项参数进行率定验证,计算得到2020年COD环境容量为13091 t/a,氨氮环境容量为1 021 t/a,总磷环境容量为196 t/a。结合各水功能区污染物最大允许入河量计算结果以及各入湖河道污染物通量占比结果,设计了相应的断面水质达标方案,建议进一步对面源进行治理以改善总磷指标,为进一步实行淀山湖流域水环境综合整治提供了理论支撑。     

郑州市贾鲁河水环境容量及污染调控研究

以功能区整体水质达标控制与控制断面水质达标控制的双控管理为基础,在充分考虑水环境自净能力和水文条件的基础上,根据河流纳污能力计算理论,采用流域单元断面功能区达标控制的分段概化、断面分段计算方法,采用公式法、模型法、系统最优化等传统水环境容量计算方法,在排污口水质达标约束下,对贾鲁河各水功能区的COD、氨氮水环境容量进行计算,确定各河段污染物最大允许入河量和削减量,并根据2017—2030年规划COD、氨氮目标含量下的纳污总量分配,确保实现流域污染物削减和控制。按照入河污染物总量、断面双达标的环境容量约束和削减方法,贾鲁河(郑州市区段)不仅能够实现功能区水质控制目标,而且可以实现全河段功能区达标率约束下的排污权优化调配。     

武澄锡低片畅流活水方案研究

近年来,太湖流域武澄锡虞区在城市化迅速发展的背景下,河网整体水动力条件差、污染累积。因此,利用一维河网水动力模型,以武澄锡低片区为研究区域,针对此区域河水动力条件弱、水体自净能力差等问题,以畅流活水提升骨干河网水动力条件为主要目标,模拟5种不同引水结构、不同水源地的调水方式,探究不同水源地引水对研究区的影响。结果表明,在引水规模基本一致时,分布式活水方案的综合改善效果明显好于单一工程集中活水。     

基于多断面水质达标的河网区点面源污染负荷优化分配模型

从污染物总量控制的核心——污染负荷分配的角度出发,对水系复杂的平原河网区点面源协同影响下污染负荷优化分配方案进行分析。通过引入水质达标保证率概念,将随机分析方法与确定性降雨产流、点面源产污及河网水动力、水质数学模型相结合,基于公平及可行性原则,以满足多控制断面水质达标保证率、点面源环境管控要求及污染治理水平为约束条件,构建了基于多控制断面水质达标保证率的点面源污染负荷优化分配模型。选取太湖某河网区域作为验证区域,区域点面源污染负荷优化分配后,各控制断面氨氮、总磷质量浓度均可达到全年90%水质达标保证率,表明所建模型是合理可行的,能够有效实现区域点面源污染负荷的优化分配,提高区域污染物全局管理效率。     

基于同步原型观测的水质改善效果敏感性分析与应用

将无锡运东大包围调水试验过程划分为背景期、调度期和恢复期3个阶段,通过长系列河网水动力-水质多要素同步原型观测,获得河网干支流水动力特性,掌握不同控制断面水质指标的变化规律,并分析水动力过程对不同水质指标改善的敏感性。在此基础上,基于引水流量、汊道分流比、河网流速、水位以及水质改善幅度控制阈值,论证白屈港-严埭港-转水河-环城河-古运河沿线主引水通道的可行性与存在的问题,构建区域精细化河网水动力模型,在模型率定验证基础上模拟了高水位单通道自引泵排、低水位单通道泵引泵排、双通道自引泵排运行方案,比选了不同生态补水方案的水动力与水质效果,为无锡运东大包围畅流活水方案制定提供了研究方法与数据支持。     

Identification of River Sections for Domestic Water Supply along the Yangtze River in Jiangsu Province, China

This paper presents major findings from a recent study aiming to systematically determine suitable river sections for local domestic water supply along the Yangtze River in Jiangsu Province, China. On the basis of analysis on the current riverbank utilization and bank stability, accessible and stable river sections in the region were selected. The water quality in these river sections was then studied using a two-dimensional unsteady flow and pollutant transport/transformation model, RBFVM-2D. The model was calibrated and verified against the hydrodynamic data, water quality data and remote sensing data collected from the river. The investigation on the pollution sources along the river identified 56 main pollution point sources. The pollution zones downstream of these point sources are the main threat for the water quality in the river. The model was used to compute the pollution zones. In particular, simulations were conducted to establish the relationship between the extent of the pollution zone and the wastewater discharge rate of the associated point source. These water quality simulation results were combined with the riverbank stability analysis to determine suitable river sections for local domestic water supply.     

改善张家港地区水环境引水方案的对比研究

基于张家港地区独特的地理位置,简述引水改善该地区水环境的必要条件、水动力条件及引水后合理调配水量的有利条件,拟定了4种调水方案.利用感潮河网数学模型,对4种方案调水后主要监测断面的CODCr进行预测,分析了各个监测断面调水后的水质变化趋势.从环境和经济的角度出发,提出在消减各类污染源的同时,充分利用长江水潮差大的特点自流引水冲污是综合整治张家港地区水环境的最佳方案.     

Risk Probability Assessment of Sudden Water Pollution in the Plain River Network Based on Random Discharge from Multiple Risk Sources

Starting from the time variance and uncertainty of accidental discharge, this paper describes the probability of the occurrence of the “normal-accident” alternate state for a risk source using the Markov state transfer model, simulates the behaviour of pollutants in rivers using the hydrodynamic and water quality models for non-conservative substances, and tracks the transport path of pollutants in rivers using the water quality model for conservative substances. The above models are coupled with the Sequential Monte Carlo algorithm, and the risk probability analysis model for sudden water pollution in the plain river network is established and applied to the Yixing river network. The results show that (a) the risk probability of exceeding ammonia nitrogen standard (PES of ammonia nitrogen) is lower in the upper reaches and higher in the middle and lower reaches; (b) dynamic changes in pollutant concentration lead to different changes in the PES of ammonia nitrogen in each reach; (c) the differences in the simulated PES values between the sudden scheme and the stable scheme (NPES of ammonia nitrogen) in the upper and middle reaches show a patchy distribution of high and low values, which are related to the risk source location, the water movement direction and the concentration change in the reach after accepting pollutant loads from the risk sources; (d) the NPES of ammonia nitrogen in the lower reaches results from the coupling effect caused by accidental discharges from multiple risk sources; and (e) the different effects of the lower boundary hydrological conditions on the upstream water inflow lead to the different coupling effect on the water quality probability of sections in the downstream area.

     

常州市运北主城区畅流活水方案设计与现场验证

为改善常州市运北主城区水环境,采用数学模型计算和现场试验验证相结合的方法,开展畅流活水水环境提升方案研究。依据常州市区域地形和水系情况,确定主城区引水水源、引排格局和引水水量,结合现状工程条件,提出“利用长江优质水源、打造两条清水通道、新建四座活动溢流堰、形成三级水位差”的畅流活水方案。基于Infoworks ICM构建常州市主城区水动力数学模型,模拟澡港河入口水位3.80~4.00 m多种方案下,运北主城区内部河道流量分配情况,确定最佳入城水位,并结合现场试验验证了活水效果。结果表明,常州市运北主城区畅流活水方案实施后大部分河道流量显著增加,流速达7 cm/s以上,多项水质指标达到Ⅲ类及以上水平。研究成果可为其他平原河网地区水环境提升提供借鉴。     

宜昌市黄柏河流域水污染特征及防治措施研究

黄柏河是长江的一级支流,于葛洲坝库区汇入,受葛洲坝回水顶托、入库污染负荷增长、上游水资源开发利用的共同影响,下游城区段部分时段水质无法达到管理目标,已影响宜昌市小溪塔区域经济社会的可持续发展。根据2013—2015年黄柏河常规监测断面实测水质资料,对黄柏河水质现状进行评价,收集了黄柏河流域20世纪80年代至今污染物排放量统计数据和冯家湾、黄柏河大桥断面高锰酸盐指数和氨氮实测资料,对黄柏河流域水质、污染负荷变化趋势进行分析,回顾流域水污染治理工作情况,识别出黄柏河流域水污染特征,并进一步提出防治措施。     

韩江三角洲河网航道整治水动力数学模型

对韩江三角洲河网区河道进行概化,采用Preissmann有限差分格式和松弛迭代法建立韩江三角洲河网水动力数学模型,并利用2005年的实测水文资料对韩江三角洲河网的水面线、分流比进行验证,最后对2个整治工程方案的整治效果进行模拟计算和方案比选。结果表明:水位计算值与实测值误差一般小于0.05m;分流比计算值与实测值误差小于1%;在整治流量条件下,各河道水位变化很小,分流比增加值最大为2.35%;在洪水条件下,水位壅高值最大为0.07 m,分流比增加值最大为2.06%。