錦州地區(qū)河道降解及納污能力的計(jì)算方法探討

孫 陽(yáng)

(遼寧省錦州水文局，遼寧 錦州 121000)

0 前 言

當(dāng)前，隨著河流生態(tài)修復(fù)和水環(huán)境保護(hù)力度的不斷加大，對(duì)于區(qū)域河道水環(huán)境治理和規(guī)劃逐步得到社會(huì)公眾的廣泛關(guān)注[1]。河道水環(huán)境治理和規(guī)劃的重要依據(jù)是確定其降解和納污的能力[2]。近些年來，許多學(xué)者針對(duì)河道降解及納污能力計(jì)算方法展開研討，取得一定成果[3-9]，這其中S-P模型應(yīng)用較為廣泛，主要是因?yàn)樵撃Ｐ涂梢杂行?duì)進(jìn)入河道內(nèi)的污染物衰減效應(yīng)進(jìn)行表征，從而提高河道降解及納污能力計(jì)算的精度，但該模型在錦州地區(qū)還未得到應(yīng)用，錦州地區(qū)隨著水環(huán)境治理力度的加大，區(qū)域內(nèi)主要河道的水環(huán)境治理得到不同程度的提升，但還需要加大對(duì)河道的水環(huán)境治理力度，為此需要對(duì)其河道的降解和納污能力進(jìn)行準(zhǔn)確分析，為此以錦州地區(qū)為實(shí)例，對(duì)其河道降解及納污能力計(jì)算方法進(jìn)行探討，探討適合于區(qū)域河道降解及納污能力計(jì)算的最優(yōu)方法。研究成果對(duì)于于錦州地區(qū)河道水環(huán)境治理和規(guī)劃具有參考價(jià)值。

1 計(jì)算方法

主要采用中S-P模型對(duì)河道的降解及納污能力進(jìn)行定量計(jì)算，其計(jì)算方程分別為：

(1)

(2)

式中：x為河道所能降解的污染物濃度，mg/l；K1、K2分別為計(jì)算河道的污染物降解系數(shù)；CS為進(jìn)入河道內(nèi)的污染物初始濃度，mg/l；C為進(jìn)入河道內(nèi)的有機(jī)物濃度，mg/l；v為水流表面流速，m/s；t為計(jì)算時(shí)段間隔，h。模型在降解濃度計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)其污染物濃度的特征值進(jìn)行計(jì)算：

(1)

式中：L0為初始計(jì)算河段的污染物降解長(zhǎng)度，km；xc為污染物降解溶解氧的濃度，mg/l。當(dāng)初始濃度CS>0時(shí)，需要對(duì)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換：

(4)

對(duì)方程4進(jìn)行求解計(jì)算：

(5)

式中：Lb為河道內(nèi)污染物覆蓋的長(zhǎng)度，km；xb為污染物濃度衰減濃度，mg/l。模型假定污染物呈現(xiàn)線性衰減，其衰減算方程為：

(6)

(7)

式中：LC為河段計(jì)算初始距離，km。其污染物降解系數(shù)計(jì)算方程為：

(8)

式中：C0為污染物初始降解濃度，mg/l；C為污染降解不同時(shí)刻濃度，mg/l。在降解系數(shù)計(jì)算基礎(chǔ)上對(duì)其納污能力進(jìn)行計(jì)算：

(9)

式中：W為納污能力計(jì)算值，t；Cm為計(jì)算時(shí)段末的污染物濃度，mg/l；K為污染物降解系數(shù)；L為污染降解及納污計(jì)算河段的長(zhǎng)度，km；μ為斷面平均流速，m/s；Q為斷面平均流量，m3/s。

2 計(jì)算結(jié)果探討

2.1 參數(shù)分析

以錦州地區(qū)內(nèi)主要河流為研究河段，結(jié)合各河段所在水功能的水質(zhì)目標(biāo)對(duì)各水質(zhì)指標(biāo)的計(jì)算參數(shù)進(jìn)行分析，參數(shù)分析結(jié)果如表1所示。

表1 研究河段降解及納污能力參數(shù)分析結(jié)果

2.2 污染物降解系數(shù)計(jì)算結(jié)果

結(jié)合S-P模型對(duì)兩種主要水質(zhì)污染物指標(biāo)的降解系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的降解系數(shù)進(jìn)行誤差分析，結(jié)果如表2和表3所示。

表2 錦州地區(qū)主要河段水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面COD指標(biāo)降解系數(shù)計(jì)算誤差分析

表3 錦州地區(qū)主要河段水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面BOD5指標(biāo)降解系數(shù)計(jì)算誤差分析

從表2中錦州地區(qū)水功能區(qū)不同水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面COD指標(biāo)的實(shí)測(cè)降解系數(shù)可看出，錦州地區(qū)主要水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的降解系數(shù)在0.65-5.02之間，降解系數(shù)超過1.0的水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面占總監(jiān)測(cè)斷面的比例達(dá)到67%，表明錦州地區(qū)各功能COD指標(biāo)具有一定的降解能力。從S-P模型對(duì)各水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面降解系數(shù)的計(jì)算誤差可看出，和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的降解系數(shù)相比，計(jì)算的各水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的降解系數(shù)誤差總體低于±10%，具有較好的計(jì)算精度，這主要是因?yàn)镾-P模型可綜合考慮不同河段內(nèi)污染物的衰減效應(yīng)，從而有效提高了其污染物降解系數(shù)的計(jì)算精度。從BOD5指標(biāo)計(jì)算精度也可看出，在相同流速條件下，S-P模型的不同水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的降解系數(shù)計(jì)誤差有所不同，流速增加其誤差相應(yīng)降低，這主要是因?yàn)榱魉佥^低時(shí)，污染物隨著水流運(yùn)移的速度較慢，減緩了污染物的降解能力，從而降低其降解系數(shù)，使得降解系數(shù)計(jì)算受流速影響較大，從而增加了其計(jì)算誤差，但從其各水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面BOD5指標(biāo)的降解系數(shù)計(jì)算誤差可看出，各流速條件下的S-P模型降解系數(shù)計(jì)算誤差也均低于±10%，但誤差均要高于COD指標(biāo)，這主要是因?yàn)殄\州地區(qū)各水功能區(qū)河流主要水質(zhì)污染指標(biāo)為BOD5，此外該指標(biāo)的降解較為困難，使得其計(jì)算誤差普遍要大于COD指標(biāo)。

2.3 納污能力計(jì)算結(jié)果

結(jié)合S-P模型對(duì)錦州地區(qū)現(xiàn)狀(2020年)、遠(yuǎn)景年(2030年)、規(guī)劃年(2035年)各水功能區(qū)主要河流的納污能力進(jìn)行測(cè)算，結(jié)果如表4、表5及表6所示。

表4 2020年現(xiàn)狀年錦州地區(qū)主要水功能納污能力計(jì)算結(jié)果

表5 2030遠(yuǎn)景年錦州地區(qū)主要水功能納污能力計(jì)算結(jié)果

表6 2035規(guī)劃年錦州地區(qū)主要水功能納污能力計(jì)算結(jié)果

從不同年份錦州地區(qū)主要功能區(qū)納污能力測(cè)算結(jié)果可看出，現(xiàn)狀年各功能區(qū)的納污能力在5.23×104t/年-33.23104t/年，其中COD納污能力要大于BOD5的納污能力，其隨著各功能河流水流流速的增加，其納污能力有所增強(qiáng)，可見在相同污染濃度的前提下，流速是各功能區(qū)納污能力影響的主要因素。從遠(yuǎn)景年和規(guī)劃年錦州地區(qū)各水功能區(qū)的納污能力測(cè)算結(jié)果可看出，隨著年份的遞增，各水功能區(qū)COD和BOD5的納污能力都有所增加，這主要是因?yàn)殡S著區(qū)域水環(huán)境治理力度以及污染物入河量的控制，河道降解能力將有所提升，隨著河道降解能力的增加，勢(shì)必增加各水功能區(qū)的納污能力值。

3 結(jié) 論

1)從S-P模型對(duì)各水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面降解系數(shù)的計(jì)算誤差可看出，和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的降解系數(shù)相比，計(jì)算的各水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的降解系數(shù)誤差總體低于±10%，具有較好的計(jì)算精度，適用于錦州地區(qū)河道降解及納污能力的測(cè)算；

2)在相同流速條件下，S-P模型的不同水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的降解系數(shù)計(jì)誤差有所不同，流速增加其誤差相應(yīng)降低，這主要是因?yàn)榱魉佥^低時(shí)，污染物隨著水流運(yùn)移的速度較慢，減緩了污染物的降解能力，從而降低其降解系數(shù)；

3)現(xiàn)狀年錦州地區(qū)各水功能區(qū)的納污能力在5.23×104t/a-33.23104t/a，其中COD納污能力要大于BOD5的納污能力，隨著各功能河流水流流速的增加，其納污能力有所增強(qiáng)，可見在相同污染濃度的前提下，流速是各功能區(qū)納污能力影響的主要因素。