合肥董鋪水庫2002～2014年間有機污染物水環境容量影響因素分析

王 煜 王嵩嶸 韓小勇 孫 璞

董鋪水庫是合肥市城市飲用水水源地。由于巢湖近幾年來污染日益嚴重，已不能作為城市正常供水水源，因而董鋪水庫目前成為合肥市唯一飲用水源供給地。董鋪水庫在20世紀90年代中期水質良好，基本處于低營養狀態。近年來，隨著經濟、社會的發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，庫區水體有較為明顯的富營養化趨勢，水庫作為城市飲用水源地的功能將很快受到嚴重威脅。水環境容量是流域水體富營養化污染防治的重要依據，本研究對董鋪水庫2002～2014年期間的3個監測點所包含的多個監測指標的1～12月監測數據及調水入庫的關鍵閘壩（羅管閘）相應監測數據，依據地表水II和III類水質判定標準，選擇反映水質污染指標的CODMn的水作為水環境容量計算的主要參數，采用零維湖（庫）模型對董鋪水庫CODMn水環境容量進行了估算。

一、分析方法及模型

1.環境容量模型的選取

圖1 COD水環境容量與庫容的關系圖

圖2 COD水環境容量與調水量的關系圖

根據董鋪水庫近 15年（2002～2015年）的水質監測數據分析，董鋪水庫水質基本處于穩定狀態，可將董鋪水庫視為完全混合反應器。在這種前提下，選擇零維湖（庫）模型對董鋪水庫CODMn水環境容量進行了估算。CODMn屬有機污染物，水環境容量模型也應選擇相應有機物容量模型。

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、輸出和在水庫內沉積質量的函數，因此，可根據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。其函數表達式為：

式中：V為水庫中水的體積，m3，董鋪水庫的實時庫容變化根據水庫多年的水位與庫容關系進行回歸求得；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，d-1。

當水庫水質處于平衡狀態時，V（dC/dt）=0，則式（1）轉換為

當C=Cs時（Cs為有機污染物的水質標準），水庫的最大水環境容量W為：

本研究采用長期監測數據，并根據2009年逐月實測值推到董鋪水庫CODMn降解系數。

圖3 COD水環境容量與用水量的關系圖

式中：Δt Lin為Δt時段內流入水庫的污染物數量，kg；ΔtLout為Δt時段內流出水庫的污染物數量，kg；W0為初始時間水庫中污染物數量，kg；Wt為時段末水庫中污染物數量，kg。

2.降解系數

本文根據2009年董鋪水庫逐月調水數據、降雨徑流數據、用水數據、水庫庫容變化數據、及測定的CODMn濃度，推算出CODMn的逐月降解系數變化范圍為0.003～0.024d-1，均值約為 0.011d-1。

二、董鋪水庫有機污染物水環境容量變化的主要影響因素

根據中國水環境質量標準GB3838-2002，采用地表水II類水質CODMn值為4mg/L，計算得到董鋪水庫2002～2014年的COD水環境容量變化范圍為1710～2873t/a，每年水庫庫容、調水量及用水量對董鋪水庫COD水環境容量變化的影響見圖1～3。

由圖可知，COD水環境容量與庫容、調水量及用水量呈顯著的正相關關系。庫容增大，COD容量增大；調水量增大，相應的庫容增大，水的周轉率增加，COD容量增大；取水量增大，則相應地增加了水的周轉率，同時帶走了大量的物質，導致COD容量增大。從圖中的相關性數值的大小可以看出，對COD容量的影響的順序是用水量大于調水量大于庫容。

三、結論

以零維湖/庫模型和II類水為控制目標計算得到董鋪水庫2002～2014年CODMn的水環境容量變化范圍為1710～2873t/a，在 II類目標水質下，對董鋪水庫COD水環境容量產生影響最大的是用水量，其次是調水量和庫容■