天鵝湖子湖治理對地表水環境影響的研究

朱來英　彭乾乾　王成林　熊斌梅　李娜

摘要：通過對天鵝湖子湖進行底泥疏浚、污染控制等方面的治理，對清淤前后湖泊水文情勢變化進行了分析，根據雨季、旱季監測的入湖水質以及分散處理設施的處理效率，對治理后湖泊水質進行了達標分析。根據全年入湖徑流水量水質、湖水現狀水量水質研究了分散處理設施處理迭標可行性。

關鍵詞：臨時分散處理設施;綜合衰減系數;徑流系數

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（ 2020） 2-0095-03

1 引言

湖泊作為水的重要載體，具有涵養水源、蓄洪抗旱、開發旅游等多重經濟和社會功能，對維護自然生態平衡、補充地下水位、調節區域氣候亦有明顯作用。然而隨著經濟社會的發展，近年來湖泊面積不斷萎縮，調蓄能力不斷下降，入湖污水量不斷增加，湖泊水體富營養化程度不斷發展，造成湖泊生態日益脆弱，生態鏈斷裂，宜生物種不斷減少，水環境惡化暴發事件不斷增多，湖泊富營養化等問題十分突出。因此分析湖泊生態脆弱的原因，尋找湖泊治理的路徑和方法成為了當前保護湖泊資源的重中之重。

2015年4月2日國務院印發了《水污染防治行動計劃》（水十條），以改善水環境質量為核心，按照“十六字治水思路”，貫徹“安全、清潔、健康”方針，水陸統籌、河海兼顧，對江河湖海實施分流域、分區域、分階段科學治理。

為了改善天鵝湖子湖水質及周邊水環境，通過對湖泊進行清淤疏浚，對初雨污染治理，清除湖區污染物，凈化水體，使湖區水污染得到有效控制和治理。本項目是踐行新時代治水計劃的惠民工程。

2 工程內容

天鵝湖是武漢市東湖的子湖，天鵝湖以省博路延長線為界，西側為天鵝湖子湖，東側為天鵝湖主湖。現狀天鵝湖子湖水質為劣V類。

2.1 底泥疏浚

對天鵝湖子湖水域進行清淤，疏挖底泥污染層及過渡層，實現內源污染治理。

2.2 污染臨時控制

現狀天鵝湖子湖外東北側已建6800 m3初雨調蓄池，本次在天鵝湖子湖東北角新增設置10000 m3臨時初雨調蓄區。在南側設置曝氣生物濾池工藝的臨時分散處理設施，分散處理設施處理規模為10000 m3/d，對溢流污水及污染較為嚴重的初雨進行凈化處理，減少人湖污染;同時設置抽排泵站及生態濾壩，盡量減少對主湖的污染。在天鵝湖子湖中間位置設置圍隔，旱季開啟控制閘門，子湖的水沿圍隔北部自西向東進入臨時調蓄區，經提升泵提升后進入臨時分散處理設施進行處理，分散處理設施出水沿圍隔南部自東往西流，拉動湖泊內循環，持續改善水質。

3 工程目標

天鵝湖子湖水體主要水質指標達到地表水IV類標準，消除水域發黑、發臭現象，杜絕大面積藍藻水華。

4 運行期污染臨時控制工程對水環境的影響

4.1 水文情勢變化情況

天鵝湖子湖清淤前后水文情勢變化見表1。

清淤后天鵝湖子湖儲水能力增強，一方面緩解了區域的雨季泄洪壓力，另一方面降低了雨季泄洪入天鵝湖主湖的頻率，減少了對主湖的污染。

4.2 天鵝湖子湖水質達標分析

結合排口水質監測資料及出水要求，分散處理設施采用曝氣生物濾池工藝。

工藝流程：初雨調蓄池→提升泵→分散處理設施→出水。

4.2.1 水質預測模型

運行期，評價天鵝湖子湖水面旱季及雨季兩種情況下水質變化情況。天鵝湖子湖東西向長度最長約440m，南北向最長約200 m，水深約2.45 m，初雨調蓄池垂直投影面積為6050 m2，初雨調蓄池儲水量10000m3，天鵝湖子湖（不含初雨調蓄池垂直投影面積，約51150m2）日常儲水量125317.5 m3。根據《環境影響評價技術導則地表水環境》（ HJ2. 3-2018），在模擬湖庫水域形態規則、水流均勻且排污穩定時可以采用解析解模型。天鵝湖子湖屬于小型湖泊，且日常水位19.4～19.8 m，無湖水外排入天鵝湖主湖。評價范圍取天鵝湖子湖水面。COD、氨氮預測采用零維湖庫均勻混合模型預測。

湖庫均勻混合模型基本方程為：

式（2）中：k為污染物綜合衰減系數，1/s。

4.2.2 水質預測參數

4.2.2.1 旱季水質預測參數

旱季水質預測采用天鵝湖混流箱涵排口旱季最大污水流量、污染物最大濃度及天鵝湖水質檢測數據中污染物最大濃度（表2）。運行期，旱季入湖污水及湖水進入分散處理設施處理，處理后回到天鵝湖子湖，無湖水外排入天鵝湖主湖。

本模型中衰減系數K通過其他湖泊江河經驗、模型率定等方式綜合確定。

相關經驗和研究成果：中國水科院水環境研究所[1]其氨氮的K為0. 056/d，CODmn的K為0.07/d;長江委上游水文局在2000年編制重慶市水資源保護規劃時的實際監測成果，氨氮的K為0. 05～0. 25/d，CODmn的K為0. 03～0. 2/d;長江水資源保護科研所在湖南湘江實際監測成果，氨氮的K為0. 06～0. 35/d，CODmm的K為0. 05～0. 35/d;丁訓靜等在太湖流域水質模擬研究時[2]CODmn的K為0.14～0.23/d;楊文龍、楊常亮等在滇池水環境容量模型研究[3]中COD的K為0.0011～0.0681/d。姚瑞珍等[4]在磁湖氮環境容量分析研究中氨氮的K取0. 1499/d。《全國地表水環境容量核定技術報告編制大綱》中相應規定，COD降解系數一般不宜大于0.2，氨氮降解系數一般不宜大于0.1。

參數率確定：參照相關經驗和研究成果，確定綜合衰減系數COD的K取0.07/d、氨氮的K取0.05/d（表3）。

4.2.2.2 雨季水質預測參數

本次工程地表徑流污染控制主要針對臨時調蓄區及分散處理設施所服務的1.7 km2范圍，其處理模可以控制約34.5 mm的降雨，對應約80%的年徑流總量控制率。

南昌大學的研究[5]以前湖校區為對象，受納水體潤溪湖，通過對路面雨水徑流及湖水在降雨前、中、后的地表水水樣進行pH值、濁度，SS、COD、TP和氨氮指標的測試，探究各個階段的變化規律并作了相關分析。結果表明：雨水徑流的匯入是造成水體污染物增加的主要原因。

蔣德明，蔣瑋[6]研究發現引起地表水污染的原因有很多，雨水徑流帶來的非點源污染已成為水體污染的主要因素。城區雨水徑流污染嚴重，主要為有機物污染和懸浮固體污染，一般規律是：初期雨水徑流污染物最嚴重，可達到很高的濃度，隨降雨歷時的延長，濃度逐漸降低并趨于穩定。

根據以上研究結論，可以看出雨季入湖污染源水量、水質受到多種因素的制約。雨季水質預測采用表4的天鵝湖地表徑流污染物監測濃度。運行期雨季，雨季人湖雨水進入分散處理設施處理，處理后回到天鵝湖二湖，減少湖水外排入天鵝湖主湖。

4.2.3 水質預測結果

經預測旱季，臨時分散處理設施處理5 d后COD可達到Ⅳ類標準;處理28 d后氨氮可達到IV類標準;經預測雨季，處理6 d后COD可達到IV類標準;處理28 d后氨氮可達到IV類標準（表6）。

4.3 分散處理設施處理能力分析

4.3.1 天鵝湖子湖日常儲水量

天鵝湖子湖日常儲水量125317.5 m3。待旱季開啟控制閘門，天鵝湖子湖的水進入臨時調蓄區，經提升泵提升后進入臨時分散處理設施進行處理，拉動湖泊內循環，持續改善天鵝湖水質。

4.3.2 入湖徑流量

天鵝湖子湖匯流面積約1.7km2，根據《武漢市水資源公報（2018年）》武漢市年均降雨量約1240.6 mm。天鵝湖匯流范圍內主要以小區公建、綠地為主，綜合取值徑流系數0.8，則年徑流量約168.7萬m3匯入天鵝湖子湖。

（1）現有初雨調蓄池轉輸量：平均可控制約19 mm的降雨量。根據武漢市兩次典型年降雨資料，場次降雨量小于19 mm的總雨量毫米數約416 mm，則全年可截流轉輸徑流總量56. 576萬m3，通過d1000市政污水管送至二郎廟污水處理廠集中處理。

（2）本次方案中，新增分散處理設施十新增調蓄池十現有調蓄池總的設計目標為控制約34.5 mm的降雨，場次降雨量小于34.5 mm的總雨量毫米數約593mm，扣除轉輸的416 mm，則徑流總量為24. 072萬m3進入分散處理設施處理。

（3）根據武漢市兩次典型年降雨資料，對于場次降雨量大于34.4 mm的情況，降雨毫米數在38～118mm，徑流總量為88. 074萬n13，當天鵝湖子湖水位上漲至20. 00 m時，啟動抽排泵站，使排水經現狀市政雨水管直接排人東湖;極端情況下，天鵝湖子湖水位持續上漲至最高水位20. 15 m時，天鵝湖子湖的水溢流進入天鵝湖主湖。

4.3.3 分散處理設施全年處理達標分析

分散處理工程設計處理規模為10000 m3 /d。一年處理能力為365萬m3，進入天鵝湖子湖的年徑流量為24. 072萬m3，天鵝湖子湖日常儲水量125317.5 m3，分散處理設施一年約處理入湖徑流和湖泊內水共10次。根據人湖徑流量雨水水量水質及湖水日常儲水水量水質，經計算全年氨氮平均濃度為2. 92 mg/L，分散處理設施氨氮處理效率65%，處理一次后氨氮濃度可以滿足Ⅳ水質標準;全年COD平均濃度為57. 84 mg/L，分散處理設施COD處理效率50%，處理一次后COD濃度滿足IV水質標準。可見，經分散處理設施處理后，天鵝湖子湖湖水能達到IV類水質標準。

5 結論

清淤后，天鵝湖子湖的水深增加，儲水能力增強。一方面緩解了區域的雨季泄洪壓力，另一方面降低了雨季天鵝湖子湖泄洪入天鵝湖主湖的頻率，減少了對主湖的污染。經預測，經分散處理設施處理后，天鵝湖子湖湖水能達到IV類水質標準。

參考文獻：

[1]李錦秀，廖文根，黃真理.三峽水庫整體一維水流水質數學模擬研究[J].水利學報，2002（12）：7-17.

[2]丁訓靜，姚琪，毛永根.太湖流域水質模擬研究[J].水資源保護，1998（4）：10 -14.

[3]楊文龍、楊常亮.滇池水環境容量模型研究及容量計算結果[J].云南環境科學，2002，21（3）;20-23.

[4]姚瑞珍，郭建林，肖文勝，等.磁湖氮環境容量計算研究[J].環境科學與技術，2009（32）：86-89.

[5]韓玉龍，劉振中，雨水徑流對受納水體的污染特性研究[J].水土保持研究，2015，22（6）：65-71.

[6]蔣德明，蔣瑋，國內外城市雨水徑流水質的研究[J].物探與化探，2008，32（4）： 417-429.

作者簡介：朱來英（1981-），女，碩士，工程師，主要從事環境咨詢工作。