湯溪水庫水環境容量研究

蔣婧媛

摘要：采用化學需氧量模型與Vollenweider模型、合田健模型、OECD模型等三種湖庫氮磷預測模型對湯溪水庫水質進行了模擬，結果表明：化學需氧量模擬的相對誤差在可接受范圍內，OECD模型比Vollenweider與合田健模型更適用于湯溪水庫的氮磷模擬預測。計算得到典型枯水年條件和地表水Ⅱ類水質保護目標下，湯溪水庫化學需氧量、氨氮和總磷的水環境容量分別為4923.91、257.27和12.26 t/a。

關鍵詞：湯溪水庫；水環境容量；化學需氧量；氨氮；總磷

中圖分類號：X143

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）16005602

1引言

湯溪水庫位于饒平縣黃岡河中游湯溪鎮花橋村境內，是粵東庫容最大的水利工程，是饒平縣黃岡河中下游地區的主要飲用及農業灌溉水源。隨著水庫集雨區內社會經濟的持續增長和人口的快速增加，水資源利用量和污染物排放總量增大，對湯溪水庫水質造成了一定影響。為了保護湯溪水庫的水環境質量、保障人民群眾的飲水安全，有必要通過構建模型對湯溪水庫的水環境容量進行研究，為湯溪水庫水環境保護與污染物排放總量控制提供科學依據。

2研究對象與方法

2.1研究區域概況

湯溪水庫于1959年底建成，水庫總庫容3.8億m3，正常蓄水位56.0 m，相應庫容2.86億m3，死水位30.52 m，相應庫容0.12億m3。壩后電站裝機共8240 kW，年發電量2300×104 kW·h，一般日發電流量24～25 m3/s[1]。水庫集雨面積667 km2，涵蓋上饒鎮、饒洋鎮、新豐鎮、三饒鎮、新塘鎮、韓江林場、建饒鎮、湯溪鎮，占饒平縣陸域面積的30%。

2.2模型選擇

湯溪水庫的主要功能是蓄水發電，氮、磷等污染物排入湖庫水域后，在庫流和風浪作用下，所具有的停留時間是足夠發生充分混合的，庫中污染物分布基本均勻。因此，可以把湯溪水庫看成是完全均勻混合的水體，應用各種均勻混合的箱式模型進行水質模擬。

2.2.1化學需氧量（CODcr）模型

如果把水庫看作為一個完全混合反應器，水流進入后立即完全分散到整個系統，其中各水團是完全混合均勻的，因此可以假定水庫為完全混和型，根據質量平衡原理，可建立水庫CODcr濃度變化的微分方程[2]：

穩定態時dc/dt=0，則：

C=W入/（K·V+Q出）

為保持水庫水質任何時間CODcr不超過水質標準，取C=Cs，則CODcr的允許負荷量為：

Lc=Cs·K·V+Cs·Q出（1）

式（1）中：W入為入庫污染物量（g/y）；C為CODcr濃度（mg/L）；Cs為CODcr水質標準（mg/L）；K為CODcr自凈系數（1/d）；V為水庫容積（m3）；Lc為CODcr的允許負荷量，g/（m2·y）；

根據污染物質量平衡方程，自凈系數可通過某一時段的實測資料推出：

K=（P△t-m△t+W0+Wt）/（△t·W0）

式中，P△t和m△t為△t時段內進入與流出水庫CODcr的量，W0和Wt為時段初與時段末水庫中CODcr儲量。

2.2.2氮、磷模型

求解均勻混合條件下湖庫水中的氮、磷濃度，應用廣泛的方法包括國際經濟協作與開發組織提出的OECD模型、Vollenweider模型、合田健模型等，具體公式如表1所示[3，4]。但不同的水體均有其特定的自然環境條件，因此適用的氮、磷環境容量模型也不盡相同，需通過水質驗證進一步選擇湯溪水庫適用的模型。

表1中，L為氮、磷單位面積負荷量，g/（m2·y）；Cs為氮、磷的水環境質量標準（mg/L）；Ci為流入庫水按流量加權的年總平均氮、磷濃度（mg/L）；C為庫水中平均氮、磷濃度（mg/L）；為平均水深（m）；R為氮磷的滯留系數（1/y），R=1-W出/W入，W出和W入分別為氮、磷的年出庫和入庫量（g/y）；Q出和Q入分別為年出庫和入庫水量（m3/y）；為年出庫水量（m3/y）；qs為水庫單位面積的水量負荷（m/y），qs=Q入/A，A為水庫表面積（m2）；V為水庫庫容（m3）。

3結果與分析

3.1模型構建與驗證

3.1.1參數確定

根據湯溪水庫管理處提供的2012年水文水質數據，湯溪水庫水質和水環境容量模型參數取值如表2所示。

3.1.2水質驗證

根據表2所列參數，分別帶入化學需氧量模型和表1中的三種氮磷模型進行計算，結果如表3所示。結果表明OECD模型計算得出的氨氮、總磷預測結果與實測值較接近，相對誤差較小，故選用OECD模型作為湯溪水庫氨氮、總磷的環境容量計算模型。

3.2水環境容量計算

根據《廣東省地表水環境功能區劃》（粵府函[2011]29號），湯溪水庫執行《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中的Ⅱ類水質標準。根據歷年水文資料，選取典型枯水年2009年的水文條件作為環境容量計算的設計水文條件。計算結果如表4所示。

4結論

（1）水質模擬結果與實測數據的比較表明，化學需氧量模型和OECD模型分別適用于湯溪水庫的CODcr和氮磷模擬預測。

（2）在地表水Ⅱ類水質保護目標下，湯溪水庫的CODcr環境容量為4923.91 t/a，氨氮環境容量為257.27 t/a，總磷環境容量為12.26 t/a，管理中應以環境容量為限制控制湯溪水庫流域的污染物排放總量。

參考文獻：

[1]

楊明海，陳翔，鄭巍. 湯溪水庫興利調度研究[J]. 人民珠江，2007（6）：89～91.

[2]趙顯波，雷曉云，沈志偉，等. 蘑菇湖水庫水環境容量總量控制研究[J]. 灌溉排水學報，2007（2）：86～89.

[3]李衛平，李暢游，王麗，等. 不同數學模型下的烏梁素海水環境氮磷容量模擬計算[J]. 農業環境科學學報，2007（S2）：379～385.

[4]蔡金傍，李文奇，逄勇，等. 洋河水庫污染現狀及對策分析[J]. 水利水電技術，2006（5）：10～13.endprint