董鋪水庫有機污染物水環(huán)境容量研究

王嵩嶸 王 煜 韓小勇 孫 璞

董鋪水庫有機污染物水環(huán)境容量研究

王嵩嶸 王 煜 韓小勇 孫 璞

董鋪水庫是合肥市城市飲用水水源地，位于巢湖水系南淝河上游，是一座以攔洪防汛和城市供水為主的大型水庫。水庫正常蓄水水面面積21.72km2，總庫容2.49億m3，流域集水面積約為207.5km2。20世紀在90年代中期，水質(zhì)良好，基本處于低營養(yǎng)狀態(tài)。近年來，隨著經(jīng)濟、社會的發(fā)展和城市化進程的加快，董鋪水庫流域入庫污染負荷逐漸加劇，庫區(qū)水體有較為明顯的富營養(yǎng)化趨勢，水庫作為城市飲用水水源地的功能將很快受到嚴重威脅。

董鋪水庫陸源污染主要包括農(nóng)田徑流與養(yǎng)殖業(yè)排污、人工干渠調(diào)水沿途帶來的污染、居民生活污水與生活垃圾、局部工業(yè)區(qū)污水與廢水排放。該研究依據(jù)董鋪水庫2002～2014年期間的3個監(jiān)測點所包含的多個監(jiān)測指標的1～12月監(jiān)測數(shù)據(jù)及調(diào)水入庫的關鍵閘壩（羅管閘）相應監(jiān)測數(shù)據(jù)，以地表水II類水質(zhì)判定標準，選擇CODM n的水作為水環(huán)境容量計算的主要參數(shù)，采用零維湖（庫）模型對董鋪水庫CODM n水環(huán)境容量進行了估算。為董鋪水庫的水質(zhì)控制和管理、決策提供科學的依據(jù)。

一、分析方法及模型

1.環(huán)境容量模型的選取

根據(jù)董鋪水庫近15年（2002～2014年）的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，董鋪水庫水質(zhì)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，可將董鋪水庫視為完全混合反應器。該研究選擇零維湖（庫）模型對董鋪水庫CODM n水環(huán)境容量進行了估算。

當把水庫視為完全混合反應器時，水庫中污染物濃度隨時間的變化率是輸入、輸出和在水庫內(nèi)沉積質(zhì)量的函數(shù)，因此，可根據(jù)完全混合非保守模型（Vollen-weider模型）對湖泊有機污染物水容量進行估算。當水庫水質(zhì)處于平衡狀態(tài)時，其函數(shù)表達式為：

式中：V為水庫中水的體積，m3；Qi為平衡時入庫流量，m3a-1；Ci為流入水庫水量中污染物濃度，mg·L-1；Qe為平衡時出庫流量，m3a-1；C為水庫中污染物濃度，mg·L-1；k為污染物在水庫中的生物降解系數(shù)，d-1。

以水功能區(qū)水質(zhì)目標Cs為控制，水庫的最大水環(huán)境容量W則為：

2.模型參數(shù)值

水質(zhì)模型中的參數(shù)是指物理、化學、生物過程中的常數(shù)。該研究在計算董鋪水庫水環(huán)境容量時涉及CODM n的降解系數(shù)，分析計算公式如下：

式中：ΔtLin為Δt時段內(nèi)流入水庫的污染物數(shù)量，kg；ΔtLout為Δt時段內(nèi)流出水庫的污染物數(shù)量，kg；W0為初始時間水庫中污染物數(shù)量，kg；Wt為時段末水庫中污染物數(shù)量，kg。

該研究根據(jù)董鋪水庫2009年逐月實測值推到董鋪水庫CODM n降解系數(shù)。以逐月調(diào)水數(shù)據(jù)、降雨徑流數(shù)據(jù)、用水數(shù)據(jù)、水庫庫容變化數(shù)據(jù)、及測定的CODM n濃度，推算出CODM n的逐月降解系數(shù)變化范圍為0.003～0.024d-1，均值約為0.011d-1。

三、水環(huán)境容量結果

1.董鋪水庫有機污染物水環(huán)境容量

根據(jù)中國《水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002），采用地表水 II類水CODM n值為4mg/L，計算得到董鋪水庫2002～2014年的CODM n水環(huán)境容量變化范圍為1710～2873t/a，均值約為2100t/a。如采用地表水Ⅲ類水質(zhì) CODM n值為6mg/L，則得到董鋪水庫2002～2014年的CODM n水環(huán)境容量變化范圍為 2564 ～4310 t/a，均值約為3157t/a，見圖1。

圖1 董鋪水庫2002～2014年COD水環(huán)境容量的變化圖

影響董鋪水庫COD水環(huán)境容量變化的主要因素包括庫容、調(diào)水量和水質(zhì)、及用水量。COD水環(huán)境容量與庫容、調(diào)水量及用水量呈正相關關系。

2.董鋪水庫有機污染物背景儲量

水環(huán)境容量是指在設計條件下目標水體理論上的納污能力。在判斷水庫是否能允許污染物排放時，首先要明確水庫在目標年污染物的背景儲量。背景儲量指的是水庫現(xiàn)狀所容納的污染負荷。根據(jù)2002～2014年每月連續(xù)對董鋪水庫3個樣點的CODM n濃度進行監(jiān)測，以每月污染物濃度均值作為水庫區(qū)的月濃度值，計算得到2002～2014年董鋪水庫CODM n的背景儲量變化范圍為521～834t/a，均值為652t/a。因此，在目標水質(zhì)下，董鋪水庫可容許的有機污染物排放量約為1450t，超過此值，將導致董鋪水庫的水質(zhì)惡化。

四、結論

以零維模型和II類水為控制目標計算得到董鋪水庫2002～2014年CODM n的水環(huán)境容量均值約為2100t/a。在II類目標水質(zhì)下，水庫允許CODM n的年均入庫量約為1450t/a。水庫陸源徑流有機污染物輸送對董鋪水庫水質(zhì)影響較大，應進一步加強陸源污染控制■

（作者單位：安徽省水文局230028）