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力模型，在此基礎上，進行了徑流模擬和水質(zhì)模擬，并對當前年度水質(zhì)進行了模擬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，流向為從東北流向西南，經(jīng)過撫順市、沈陽市、遼陽市和鞍山市，河流總長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，向南通過營口市，進入遼東灣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

2、非對稱水系，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呈逐漸上升趨勢，與沈陽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)果的準確性存在一定偏差。然而，從變化趨勢看出，模擬結(jié)果可代表河流水質(zhì)隨時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)計算中相對

3、復雜課題，基于排污口和污染物負荷的概化2，包括污水排放、排放濃度及污染物類型。根據(jù)環(huán)保部門提供的調(diào)查資料來看，渾河流域的大多數(shù)企業(yè)都位于撫順市至沈陽市的區(qū)域內(nèi)，使用集中式管道或溝渠對污染物進行排放，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)域的主要污染物計算水污染能力2。據(jù)20152018年沿線各水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果分析，渾河干流段水質(zhì)污染已達重污染或重度污染水平，尤其沈陽下游區(qū)域污染最為嚴重，其COD平均濃度已達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15.70mg/L。根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標準，其COD濃度、氨氮濃度均屬于劣V類水質(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)有機物的容量3。2.2參數(shù)率定MIKE11對流擴散模型的主要參數(shù)包括衰減系數(shù)和擴散系數(shù)，分別表示自凈和稀釋作用的大小3，使用常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測站的監(jiān)測值確定參數(shù)值。由于20152018年實測監(jiān)測數(shù)據(jù)和水質(zhì)水量監(jiān)測數(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擴散系數(shù)擴散系數(shù)計算如式（1）：D=a×ub（1）式中D為擴散系數(shù)；a為擴散系數(shù)常數(shù)；b為擴散系數(shù)指數(shù)；u為流速（m/s）。Fischer半經(jīng)驗公

5、式對擴散系數(shù)的值進行分析率定，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。由于上游來水量的不同，其流量和水深也隨之變化，為了使其更接近實際情況，擴散系數(shù)常數(shù)a是按照不同時間段分開率定的3，并根據(jù)來水量的不同分別建立擴散系數(shù)極限，擴散系數(shù)指標值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，在AD參數(shù)設定時，河流D經(jīng)驗系數(shù)為5.020.0。選擇2018年水動力模型流速模擬結(jié)果進行計算，可得擴散系數(shù)如表1。2.2.2衰減系數(shù)衰減系數(shù)是計算水體水質(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理相對較復雜，衰減系數(shù)受河道多種因素的影響，變化較大，隨機性也相對較大，很難獲得反映真實河道水質(zhì)污染物衰減的定量值4，因此，參考經(jīng)驗值，該模型僅模擬衰減系數(shù)的綜成值。在水庫中，水流幾乎是處于靜態(tài)的，其衰減特性與河流不同，因此，應分別對河流和水庫設置衰減系數(shù)5。計算結(jié)果如表2。2.2.3模擬結(jié)果及合理性分析由于監(jiān)測數(shù)據(jù)以月為單位，故模型以月為單位進行輸出，選取2018年撫順、黃臘坨水質(zhì)

7、監(jiān)測站擬合結(jié)果進行分析。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)模擬精度相對較低，從水質(zhì)模擬效果的總體趨勢不難看出，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)性變化的實際河流水質(zhì)相符，可代表河流污染物擴散和衰減的過程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)計大伙房水庫19592018年天然來水量資料，并用皮爾遜III型曲線進行頻率分析，2015年屬于正常偏枯水年，水質(zhì)監(jiān)測資料齊全、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)具有代表性和時效性。3.2水動力模

8、擬結(jié)果將水量水質(zhì)模型應用于現(xiàn)狀年。以年徑流量為目標值，將模擬值與實際監(jiān)測值進行對比，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、邢家窩棚站的實測月均流量和模擬流量結(jié)果對比圖，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測值相差較大，但整體變化趨勢趨于一致，4，5月份模擬結(jié)果較實測值明顯偏高。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，導致模擬值偏高。（2）黃臘坨、邢家窩棚站模擬結(jié)果與實際監(jiān)測值整體趨勢一致，由于閘

9、壩模擬存在計算不穩(wěn)定等因素致使結(jié)果有偏差，在已有監(jiān)測數(shù)據(jù)的情況下，該模型的計算結(jié)果可進一步用于水質(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)級別逐漸下降。4結(jié)語（1）進一步完善建立渾河水動力水質(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）分析水庫現(xiàn)行調(diào)度運

10、行方案特點，在防洪安全保障基礎上，提出水庫運用方式調(diào)整方案，在滿足社會經(jīng)濟發(fā)展用水要求基礎上，研究增加或調(diào)整下泄生態(tài)環(huán)境用水的調(diào)度運行方式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：1李志林，高翔.漳衛(wèi)南運河供水水量水質(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.水動力水質(zhì)模型在溫黃平原河網(wǎng)入河污染負荷削減中的應用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計運營中作用淺析J.環(huán)境科學與技術(shù)，2018（S1）.4唐寧.無錫梁溪河水質(zhì)模型及其不確定性分析D.南京：南京大學，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)中的應用J.中國給水排水，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)建及應用J.中國給水排水，2016（7）.7周芬，陳黎明，田傳沖，陳煉鋼，盛海峰.沿海平