流域現(xiàn)狀年水量水質(zhì)模擬

1、流域現(xiàn)狀年水量水質(zhì)模擬研究渾河流域干流水動(dòng)力模型的主要目的是模擬渾河流域各控制段的流速，水位和流量，從而為水質(zhì)模型提供數(shù)據(jù)輸入，為水質(zhì)和水量聯(lián)合調(diào)度提供數(shù)據(jù)支撐，以改善水質(zhì)。研究首先構(gòu)建了渾河流域的水動(dòng)力模型，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了徑流模擬和水質(zhì)模擬，并對(duì)當(dāng)前年度水質(zhì)進(jìn)行了模擬1。關(guān)鍵詞：水質(zhì)模型；水量；水質(zhì)；渾河流域1概述渾河是遼河流域的一條支流，流向?yàn)閺臇|北流向西南，經(jīng)過(guò)撫順市、沈陽(yáng)市、遼陽(yáng)市和鞍山市，河流總長(zhǎng)415.5km，流域面積11480km2，在海城市附近，由三岔河和太子河匯合并匯入大回河，向南通過(guò)營(yíng)口市，進(jìn)入遼東灣1。渾河流域丘陵區(qū)占總流域面積65，平原占總流域面積的35，渾河是一個(gè)

2、非對(duì)稱(chēng)水系，東側(cè)支流密集，水量豐富，西側(cè)支流較少，水量較少。渾河流域上游為山區(qū)，山地高程一般在410850m之間，從中部到撫順的地勢(shì)呈逐漸上升趨勢(shì)，與沈陽(yáng)附近的遼河平原相連形成丘陵地區(qū)。2水質(zhì)模型構(gòu)建MIKE11（AD）模型用于模擬渾河流域的水質(zhì)，受數(shù)據(jù)、模型、技術(shù)等不確定因素限制，該模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性存在一定偏差。然而，從變化趨勢(shì)看出，模擬結(jié)果可代表河流水質(zhì)隨時(shí)間和河段的變化特征1，結(jié)果可靠合理。河段所在的渾太水系流經(jīng)遼寧省中心城區(qū)，主要污染包括工業(yè)廢水和生活污水排放2，因此，建立了一維點(diǎn)源污染水質(zhì)模型用于河段研究。2.1水質(zhì)模擬與參數(shù)率定2.1.1污染源概化污染源概化是目前河網(wǎng)水質(zhì)計(jì)算中相對(duì)

3、復(fù)雜課題，基于排污口和污染物負(fù)荷的概化2，包括污水排放、排放濃度及污染物類(lèi)型。根據(jù)環(huán)保部門(mén)提供的調(diào)查資料來(lái)看，渾河流域的大多數(shù)企業(yè)都位于撫順市至沈陽(yáng)市的區(qū)域內(nèi)，使用集中式管道或溝渠對(duì)污染物進(jìn)行排放，沿河小型排污口與相鄰的大型排污口合并，形成29個(gè)排污口。2.1.2污染物特征確定根據(jù)渾河流域沿線企業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，結(jié)合流域水污染防治現(xiàn)狀，選擇影響水功能區(qū)域的主要污染物計(jì)算水污染能力2。據(jù)20152018年沿線各水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，渾河干流段水質(zhì)污染已達(dá)重污染或重度污染水平，尤其沈陽(yáng)下游區(qū)域污染最為嚴(yán)重，其COD平均濃度已達(dá)41.60mg/L，而枯水期COD平均濃度58.80mg/L，氨氮平均濃度5.8

4、9mg/L，而枯水期氨氮平均濃度可達(dá)15.70mg/L。根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其COD濃度、氨氮濃度均屬于劣V類(lèi)水質(zhì)，是影響水質(zhì)的主要污染物2，因而選擇COD和氨氮代表水質(zhì)有機(jī)物的容量3。2.2參數(shù)率定MIKE11對(duì)流擴(kuò)散模型的主要參數(shù)包括衰減系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)，分別表示自?xún)艉拖♂屪饔玫拇笮?，使用常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站的監(jiān)測(cè)值確定參數(shù)值。由于20152018年實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的完整性和可靠性良好，做為選擇水質(zhì)參數(shù)的率定年。2.2.1擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算如式（1）：D=a×ub（1）式中D為擴(kuò)散系數(shù)；a為擴(kuò)散系數(shù)常數(shù)；b為擴(kuò)散系數(shù)指數(shù)；u為流速（m/s）。Fischer半經(jīng)驗(yàn)公

5、式對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的值進(jìn)行分析率定，如式（2）：2）式中u為流速（m/s）；B為河寬（m）；H為水深（m）；I為坡降；u*為摩阻流速（m/s）。從式（1）可知影響擴(kuò)散系數(shù)的主要因素，其坡度I和河流寬度B是恒定的。由于上游來(lái)水量的不同，其流量和水深也隨之變化，為了使其更接近實(shí)際情況，擴(kuò)散系數(shù)常數(shù)a是按照不同時(shí)間段分開(kāi)率定的3，并根據(jù)來(lái)水量的不同分別建立擴(kuò)散系數(shù)極限，擴(kuò)散系數(shù)指標(biāo)值b恒定等于2，且恒定系數(shù)值a在上限和下限之間確定，同時(shí)，在AD參數(shù)設(shè)定時(shí)，河流D經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為5.020.0。選擇2018年水動(dòng)力模型流速模擬結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，可得擴(kuò)散系數(shù)如表1。2.2.2衰減系數(shù)衰減系數(shù)是計(jì)算水體水質(zhì)吸收污染物能力

6、的非常重要的參數(shù)3，與河流的水文要素狀況密切相關(guān)，計(jì)算如式（3）：k=86.4u（lnc1-lnc2）/x（3）式中k為衰減系數(shù)（d-1）；u為河段平均流速（m/s）；x為上下斷面的間距（km）。由于污染物衰減的機(jī)理相對(duì)較復(fù)雜，衰減系數(shù)受河道多種因素的影響，變化較大，隨機(jī)性也相對(duì)較大，很難獲得反映真實(shí)河道水質(zhì)污染物衰減的定量值4，因此，參考經(jīng)驗(yàn)值，該模型僅模擬衰減系數(shù)的綜成值。在水庫(kù)中，水流幾乎是處于靜態(tài)的，其衰減特性與河流不同，因此，應(yīng)分別對(duì)河流和水庫(kù)設(shè)置衰減系數(shù)5。計(jì)算結(jié)果如表2。2.2.3模擬結(jié)果及合理性分析由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以月為單位，故模型以月為單位進(jìn)行輸出，選取2018年撫順、黃臘坨水質(zhì)

7、監(jiān)測(cè)站擬合結(jié)果進(jìn)行分析。率定期水質(zhì)模擬的擬合情況如圖1圖4。由圖1圖4可知，水質(zhì)模擬結(jié)果與測(cè)量值之間仍然存在一定誤差，汛期水質(zhì)模擬精度高，而非汛期水質(zhì)模擬精度相對(duì)較低，從水質(zhì)模擬效果的總體趨勢(shì)不難看出，非汛期特征水質(zhì)污染物的濃度較高，汛期特征水質(zhì)污染物濃度偏低，與季節(jié)性變化的實(shí)際河流水質(zhì)相符，可代表河流污染物擴(kuò)散和衰減的過(guò)程5，模擬效果是理想的。3現(xiàn)狀年渾河水量水質(zhì)模擬3.1現(xiàn)狀年選取統(tǒng)計(jì)大伙房水庫(kù)19592018年天然來(lái)水量資料，并用皮爾遜III型曲線進(jìn)行頻率分析，2015年屬于正常偏枯水年，水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料齊全、排污口相關(guān)數(shù)據(jù)完整。將2015年作為現(xiàn)狀年，數(shù)據(jù)具有代表性和時(shí)效性。3.2水動(dòng)力模

8、擬結(jié)果將水量水質(zhì)模型應(yīng)用于現(xiàn)狀年。以年徑流量為目標(biāo)值，將模擬值與實(shí)際監(jiān)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表3。由表3可知，撫順站、黃臘坨站、邢家窩棚站年徑流總量誤差分別為21.59%，4.06%，4.19%，模擬效果良好。繪制了2015年撫順站、黃臘坨站、邢家窩棚站的實(shí)測(cè)月均流量和模擬流量結(jié)果對(duì)比圖，如圖5圖7。圖5圖7結(jié)果顯示：（1）撫順站流量模擬值與實(shí)測(cè)值相差較大，但整體變化趨勢(shì)趨于一致，4，5月份模擬結(jié)果較實(shí)測(cè)值明顯偏高。分析可知，渾河閘上游5月份為農(nóng)業(yè)供水，導(dǎo)致河道徑流量偏小，由于資料所限，模型中并未加入農(nóng)業(yè)供水取水口，導(dǎo)致模擬值偏高。（2）黃臘坨、邢家窩棚站模擬結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)值整體趨勢(shì)一致，由于閘

9、壩模擬存在計(jì)算不穩(wěn)定等因素致使結(jié)果有偏差，在已有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的情況下，該模型的計(jì)算結(jié)果可進(jìn)一步用于水質(zhì)模擬6。3.3水質(zhì)模擬結(jié)果2015年全年撫順站特征污染物濃度模擬結(jié)果如圖8，圖9，可以看出水質(zhì)整體模擬效果較理想。由圖8，圖9可以看出，渾河干流特征污染物汛期濃度明顯低于枯水期，可見(jiàn)河道徑流量是制約枯水期水質(zhì)提高的重要原因7-8；撫順站與邢家窩棚站COD濃度高于其他區(qū)間，沈陽(yáng)站和邢家窩棚站氨氮濃度高于其他區(qū)間，這與沈撫區(qū)間聚集大量排污口有關(guān)，致使該區(qū)段及其下游水質(zhì)級(jí)別逐漸下降。4結(jié)語(yǔ)（1）進(jìn)一步完善建立渾河水動(dòng)力水質(zhì)模型，最終整合成渾太流域河流水系水質(zhì)及水利工程數(shù)值模型9。（2）分析水庫(kù)現(xiàn)行調(diào)度運(yùn)

10、行方案特點(diǎn)，在防洪安全保障基礎(chǔ)上，提出水庫(kù)運(yùn)用方式調(diào)整方案，在滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展用水要求基礎(chǔ)上，研究增加或調(diào)整下泄生態(tài)環(huán)境用水的調(diào)度運(yùn)行方式10，制定基于農(nóng)業(yè)供水耦合與考慮生態(tài)環(huán)境改善的渾太河流域水質(zhì)水量聯(lián)合調(diào)度方案。參考文獻(xiàn)：1李志林，高翔.漳衛(wèi)南運(yùn)河供水水量水質(zhì)模型構(gòu)建的思考J.海河水利，2019（03）.2杜文娟，陳黎明，陳煉鋼，金秋，周芬，田傳沖.水動(dòng)力水質(zhì)模型在溫黃平原河網(wǎng)入河污染負(fù)荷削減中的應(yīng)用J.水利水電技術(shù)，2018（6）.3姜繼平，丁杰，王寶玉.水質(zhì)模型在河道整治工程設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)中作用淺析J.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2018（S1）.4唐寧.無(wú)錫梁溪河水質(zhì)模型及其不確定性分析D.南京：南京大學(xué)，2017.5李捷，王宏利，隋軍，王廣華.水質(zhì)模型在東濠涌深層隧道排水系統(tǒng)中的應(yīng)用J.中國(guó)給水排水，2017（8）.6隋軍，王宏利，李捷.城市排水系統(tǒng)水質(zhì)模型的構(gòu)建及應(yīng)用J.中國(guó)給水排水，2016（7）.7周芬，陳黎明，田傳沖，陳煉鋼，盛海峰.沿海平