水污染物擴散模型應用研究

黃濤

(廣州市環境保護科學研究院， 廣東 510620)

水污染物擴散模型應用研究

黃濤

(廣州市環境保護科學研究院， 廣東 510620)

本文以東江水源保護區為研究對象，利用有限體積元方法對二維潮流運動基本方程組進行離散，得到離散方程組，從而得出流速、流向、潮位。考慮灘地隨漲、落潮或淹沒或露出，采用活動邊界技術，以保證計算的精度和連續性。結果表明，所選排污口對飲用水源保護區有明顯影響。

東江；數學模型；流污染物擴散

0 問題提出

隨著工農業生產的迅猛發展，對天然水質造成的污染日趨嚴重。因此水中污染物問題越來越受到人們的重視。為了有效減少污染物對東江上游水源保護區的影響，我們建立了數學模型進行分析研究和模擬，計算所選排污口排放對上游飲用水源保護區的影響。

1 控制方程組及模型建立

(2)邊界條件和初始條件 ①邊界條件。對于本次數值模擬方案，計算域外海開邊界條件給定水位，水位數據通過查找潮汐表內伶仃島的潮位值給出。河流開邊界采用流量作為輸入條件，根據模擬要求，流量邊界采用枯水期90%保證率的徑流量數據，其中東江博羅站枯水期90%保證率流量為132m3/s，其值根據1956-2005年博羅站的實測數據得到。

所謂閉邊界條件即水陸交界條件，計算水域與陸地交界的固邊界上有：

②初始條件

③活動邊界處理。本模型采用干濕點判斷法處理潮灘活動邊界，在岸邊界處，將鄰近計算點的水位等值外推，根據潮灘“淹沒”與“干出”過程同潮位變化的相關關系，當水深 時，潮灘露出，當水深 時，潮灘淹沒。

(3)污染物擴散模型控制方程 二維潮流物質輸運擴散基本方程：

采用三階有限差分格式進行離散，上述解的定解條件為：

(4)污染物排放位置及源強 位于東江北干流處，排放口坐標為東經113°33′39.28″，北緯23°5′19.28″。

工況一、岸邊連續排放，氨氮正常排放流量0.069m3/s，污染物濃度2.29mg/L；工況二、岸邊連續排放，氨氮事故排放流量0.069m3/s，污染物濃度67.5mg/L；工況三、岸邊連續排放，Cl-正常排放流量0.069m3/s，污染物濃度102000mg/L；工況四、岸邊退潮排放，氨氮正常排放流量0.069m3/s，污染物濃度2.29mg/L；工況五、岸邊退潮排放，氨氮事故排放流量0.069m3/s，污染物濃度67.5mg/L；工況六、岸邊退潮排放，Cl-正常排放流量0.069m3/s，污染物濃度102000mg/L。

(5)模型計算 計算區域與網格設計。模型計算區域選擇由21°11.8′N～23°2.8′N，112°14.5′E～114°27.5′E為外海開邊界構成的區域，東西長大約229.1km，南北寬大約209.7km。模型采用三角形網格剖分計算區域，工程前三角形網格節點數為29996個，三角形網格數為47177個。計算網格在項目所在區域進行了局部加密，本項目附近的網格分辨率為5m。

(6)模型計算結果 工況一，排污口的氨氮濃度平均值為0.479mg/L。飲用水源準保護區下邊界氨氮污染物濃度平均值為0.052mg/L。最大值未超過0.5mg/L。工況二，事故排放發生在漲潮初期時，氨氮污染物增量未擴散至飲用水源保護區下邊界。飲用水源準保護區(排放口上游3.75km)未受到事故排放的影響，下邊界未出現≧0.2mg/L的污染物增量。工況三，正常排污情況下，Cl-的排放影響到了飲用水源準保護區下邊界，污染物濃度增量平均值為275mg/L，兩個潮周期內大約有12.5小時的Cl-濃度增量超標。飲用水源二級保護區的下邊界Cl-污染物濃度增量平均值為4.8mg/L，遠小于250mg/ L。工況四，排污口的氨氮濃度最大值為0.690mg/L，平均值為0.351mg/L。飲用水源準保護區下邊界最大值為0.229mg/L，平均值為0.037mg/L。最大值未超過0.5mg/L(水源水濃度)。工況五，排污口的氨氮濃度最大值為1.701mg/L，平均值為0.508mg/L。飲用水源準保護區下邊界氨氮污染物濃度最大值為0.399mg/L，平均值為0.056mg/L。飲用水源二級保護區下邊界污染物濃度最大值為0.243mg/L，平均值為0.022mg/L。最大值未超過0.5mg/L(水源水濃度)。工況六，大潮期落潮期排污，飲用水源準保護區下邊界Cl-污染物濃度增量最大值達到366mg/L，平均值為46mg/L。飲用水源二級保護區的下邊界Cl-污染物濃度增量最大值為87 mg/L，平均值為3.6mg/ L，小于250mg/L。

2 結語

通過計算結果可知，在設定的6種工況條件下，飲用水源保護區邊界的污染物濃度增量值都較小。

[1]金菊良,楊曉華,金保明.水環境質量綜合評價的新模型[J].中國環境監測,2000，16(4)：42-47.