納污能力論文

1、姓名：鄭志國單位：山東省泰安水文水資源勘測局 大汶河是黃河下游最大支流，經(jīng)東平湖匯入黃河，同時東平湖又是南水北調(diào)東線工程主要的調(diào)蓄水庫，因此大汶河流域污染物控制研究是確保南水北調(diào)東線工程發(fā)揮效益的關(guān)鍵之一。按照山東省人民政府頒布的南水北調(diào)東線工程山東段水污染防治總體規(guī)劃（以下簡稱規(guī)劃），到2007年泰安市東平湖輸水干線水質(zhì)達到地表水類水標準，境內(nèi)大汶河王臺橋斷面水質(zhì)達到地表水類水標準。結(jié)合泰安市南水北調(diào)東線工程大汶河控制單元治污計劃及我們多年的地表水及排污口水質(zhì)水量監(jiān)測資料，建立水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，通過對大汶河干流納污能力分析和污染物總量控制，來分析大汶河污染物控制的可行性，可靠性，確保南水北調(diào)東線

2、工程的實施及綜合效益的發(fā)揮。 1855年（清文宗咸豐五年）六月十九日，黃河在河南省蘭陽縣銅瓦廂決口，改道北流，奪大清河至利津注入渤海。從此大汶河成為黃河下游最大的一條支流，并由于黃、汶交匯頂托，成為近代東平湖老湖積水的開始。大汶河流域在山東中部，地理坐標在東經(jīng)116度至118度，北緯35.7至36.6度。北以泰山山脈與小清河及北大沙河分流，東以魯山，南以蒙山支脈與沂河、泗河相比鄰，西界黃河，東西長175KM，總流域面積9069KM2,其中境內(nèi)（包括萊蕪）8353平方公里。 大汶河流域形如扇。東部屬魯中山區(qū)，兩個是沿黃湖洼，汶水西流是其特有地形。京滬鐵路以東為山區(qū)兼山下平原及河谷盆地，地面高程均

3、在百米以上。泰山山脈橫列于北，山顛齊魯長城殘壁尚存，泰山主峰玉皇頂，海拔1545米,是全省第一高峰，向有“五岳獨尊”之稱。魯山、蒙山縱貫于東。徂徠山、蓮花山橫亙于中，其主峰高程分別為1027米和925米，是牟汶、柴汶的界山。蒙山支脈伸展于南，山勢平緩，是柴汶、泗河的界山。也是黃淮兩大流域的分水嶺。泰山與徂徠山間的泰萊平原，兼有起伏丘陵；徂徠山南的柴汶盆地，群山環(huán)抱，溝河縱橫。京滬鐵路以西，泰山余脈蜿蜒于北，經(jīng)肥城老城北延至東平湖畔，山勢自東向西，漸降為低山，山峰高程多為400米以下。大汶河兩岸及大清河北岸有斷續(xù)山頭河丘陵，構(gòu)成肥城北部盆地。南部是垮大汶河的肥寧平原，西部為湖區(qū)洼地，也是黃汶沖擊

4、交匯區(qū)，地面高程多在3840米。 大汶河在大汶口以上分南北兩支，以北支牟汶河為主流。大汶河至戴村壩為中游稱大汶河。戴村壩以下為下游，名為大清河。 又名匯河，是大汶河三大源流的北支，是匯集萊蕪市北部山區(qū)諸水的主要河流。發(fā)源于章丘市南部大山之陽閆家峪鄉(xiāng)池涼泉，池涼泉沿高山峽谷南流，穿長城嶺（齊魯長城）進入萊蕪市北境，迂回于群山之中，流經(jīng)原山西麓至雪野水庫與通天河匯合南流，至山口村出山，進入泰萊平原。自河源自山口長46KM，是汶河水系中最長的山谷河道。瀛汶河出山后，沿泰山南麓流向西南，穿泰萊公路和泰辛鐵路至劉家疃與石汶河合流，至漸汶河村南匯入牟汶河，全長86KM，其中泰安市（包括萊蕪）境內(nèi)75KM。

5、瀛汶河出山后，河道多為300400米的流沙河，西岸多由堤防。流域面積1326KM，占大汶河總流域的14.6。河底落差364米，平均比降4.2。流域內(nèi)長5KM以上的支流28條，其中流域面積在百平方公里以上的有通天河。 石汶河是大汶河上游五汶之一，主要匯集泰山東北，長城嶺以南山區(qū)諸水。上游分東西兩源，東源起自萊蕪后關(guān)村一帶，西流經(jīng)下港，入黃前水庫；西源出自泰山主峰以北牛欄口，東流經(jīng)麻塔，故名麻塔河，至黃前水庫與東源匯合南流，始稱石汶河。河道由山區(qū)流入緩坡丘陵，河底多為卵石粗沙，河寬多在100200米，因流經(jīng)石汶村，故名石汶河。東碾疃村以下約2KM，河床寬達1KM，河中有村名夾河。下游穿泰辛鐵路，至

6、劉家疃匯入瀛汶河。以東源為主長50KM，平均河底比降9.3，其中黃前水庫以下河長18KM，落差45米，比降2.5?？偭饔蛎娣e350KM2,其中純山區(qū)面積292KM2。1964年7月28日，上游東西兩源來水量達2000M3/S，是建國后最大的一次洪峰。 泮汶河源于泰山主峰以西桃花峪，匯集泰山西麓諸水西流，出山后，穿京滬鐵路和104國道，再東南流，經(jīng)大河水庫，至泰城南，納泰山前渿河，梳洗河等支流，至東店子匯入牟汶河。河長42KM，流域面積368KM2，大河水庫以上，源高流急，為山洪河道比降為21.8。河內(nèi)多為粗沙卵石。水庫下游多為丘陵區(qū)，河流比降1.4，河寬多在百米以上。 柴汶河，又名水汶河，是大

7、汶河上游三大源流之南支，也是大汶河的最大支流。主要匯集新泰市的岱岳區(qū)，寧陽的部分徑流，流域面積1944KM2(包括沂源縣34KM)占大汶河全F的21.4。起源于沂源縣西南的牛欄峪一帶，東流至周科峪西500米處折向西南，沿峽谷至黑峪村入新泰境。經(jīng)龍池廟水庫，至龍廷匯太公峪，野豬汪等支流后，轉(zhuǎn)向西流，至河莊又曲向西南，經(jīng)東周水庫至南鮑村轉(zhuǎn)向西北，于孫村西流入開闊的河谷盆地，貫穿新泰市中部和岱岳區(qū)、寧陽邊境。因流經(jīng)古柴城北，古名柴汶河。又曲折西流至大汶口，匯入大汶口。全長116KM，其中泰安市（包括萊蕪）境內(nèi)107KM。上游從保安莊至龍廷，河底落差144米，平均比降為10.7。從龍廷至大汶口，落差1

8、53米，平均落差為1.5，下游河寬300米以上。沿河匯入長5KM以上的各級支流66條，其中流域面積在百平方公里以上的有平陽河、光明河、禹村河。據(jù)谷里水文站測算，柴汶河22年年平均流量6.82m3/s，年平均徑流量2.12億方，年均輸沙量36.8萬噸，1918年最大流量為4900m3/s（調(diào)查），1964.7.17實測1830m3/s。 古名“蛇水”，是岱岳區(qū)、肥城“汶陽田”的主要排水河道，流域面積648KM2。地勢東北高，西南低，其形如扇，干流河道在流域南部，略呈東西流向，其支流多為南北流向，其中5KM以上的有23條。主河道自北莊以上分為南、北兩支，以南支為主。起源于岱岳區(qū)北留村以東的勝利水庫

9、，西流至漕河崖，先后納入來自北部丘陵區(qū)的山泉等小河后，形成漕河干流。河道大致與大汶河平行西流，全為平原河道。至北莊與北支濁河匯流，故又名漕濁河。濁河發(fā)源于岱岳區(qū)南白樓一帶，上游為山區(qū)河道，南流至故縣店進入平原區(qū)。流經(jīng)南優(yōu)、城上注入漕河。漕河又西南流，至肖家店西，在堽城壩下游注入大汶河。漕河自勝利水庫至大汶口，長39KM，落差40米，比降1。下游河寬多在50KM以上，兩岸均有堤防。 又名坎河，水經(jīng)注稱“泌水”。是大汶河下游最大的支流。流域面積1260KM2（其中平陰178KM2）占大汶河全流域面積的13.9。主要匯集肥城北部、東平東部及岱岳區(qū)、平陰的一部分山洪和坡水。整個流域皆在山丘環(huán)繞之中，形

10、成封閉的河谷盆地。其主流發(fā)源于肥城縣陶山西麓，南流穿鳳凰山口，至湖屯匯納陶山前諸水，形成主流河道，至衡魚村與東來的康王河匯流?？低鹾影l(fā)源于岱岳區(qū)道朗一帶，向西流經(jīng)肥城老城、王瓜店、桃園等城鎮(zhèn)，是匯河的最大支流。匯河自衡魚再南流，經(jīng)平陰縣的孔村、店子及東平的大羊、接山等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，至黃徐莊南，注入戴村壩下游的大清河。明清漕運時期，匯河是濟運河道之一。其入口原在戴村壩上游，1964年移至壩下游。匯河下游的主要支流有東、西金線河。 匯河從源頭毛家鋪至黃徐莊入口長49KM。河道自湖屯以下，除下游南山莊段有近千米石底外，全為土河槽。河槽落差110米，比降為2.4，其中隆莊以下平原區(qū)，比降為0.43，兩岸均有堤

11、防。 大汶河北支牟汶河上游是山東省重要的鋼鐵能源基地萊蕪市，主要有萊鋼集團、泰鋼集團、萊城電廠、萊蕪電廠以及化學(xué)、煤礦、造紙等工業(yè)污染源匯入牟汶河，再經(jīng)角峪大橋流入泰安市境內(nèi)。 大汶河南支柴汶河上游是新興的工業(yè)城市新泰市，是山東省重要的煤炭基地，并發(fā)展起了煉焦、化工、紡織，電力等工業(yè)，城市的工業(yè)生活污水經(jīng)柴汶河匯入大汶河干流。 泮汶河流經(jīng)泰安市區(qū)，泰安市區(qū)是泰安市的政治、經(jīng)濟、文化中心，背靠五岳之首的泰山，是著名的旅游城市，工業(yè)與服務(wù)業(yè)基礎(chǔ)雄厚，主要有特種汽車、工程機械、化工、無機新材料、紡織服裝、食品釀酒等工業(yè)，市區(qū)人口在50萬左右，由于城市污水處理能力有限，一部分污水經(jīng)泮汶河流入大汶河干流

12、。 從1995年-2005年的排污口監(jiān)測資料分析，大汶河流域的主要源是以城市生活及工業(yè)集中地域為主，通過河道排入大汶河。污染物主要是化學(xué)需氧量和氨氮，揮發(fā)酚、氰化物、六價鉻只在個別排污口中檢出。本文以化學(xué)需氧量（CODcr）、氨氮兩項做為計算分析項目。 文中所用水質(zhì)評價采用地表水環(huán)境質(zhì)量標準GB3838-2002，根據(jù)大汶河構(gòu)成和特點在模型限定的范圍內(nèi)進行河段劃分，起始斷面從角峪大橋開始，分為7個河段，分別為1.角峪大橋至瀛汶河口，2.瀛汶河口至石汶河口，3.石汶河口至泮汶河口，4.泮汶河口至柴汶河口，5.柴汶河口至海子河口，6.海子河口至匯河河口，7.匯河河口至王臺大橋。單元劃分、河流及排污

13、口分布見圖1。 水體納污能力是指在給定水域的水文、水動力學(xué)條件、排污口位置及方式情況下，滿足水功能區(qū)劃確定的水質(zhì)標準的排污口最大排污量。河流的常用水質(zhì)模型，在使用時都必須滿足一定的條件，既要滿足流場均勻穩(wěn)定等條件。而實際情況下，河流的斷面形狀、水文條件等沿程不斷變化。因此，在實際應(yīng)用時，我們必須根據(jù)天然河道的實際情況，進行分析和處理，盡量使有關(guān)條件滿足水質(zhì)模型的要求，選擇的水質(zhì)模型應(yīng)能反應(yīng)水質(zhì)目標與污染物輸入的相應(yīng)關(guān)系。 SxCExCxCutCx)(SxCExCxCutCx)(SxCExCxCutCx)(SxCExCxCutCx)(SxCExCxCutCx)(SxCExCxCutCx)(SxC

14、ExCxCutCx)(SxCExCxCutCx)(SxCExCxCutCx)(（1）0tC0tCCKS1xE22dxCd0KCdxdCuC0:起始斷面的水質(zhì)濃度(mg/l)C:下斷面衰減后的水質(zhì)濃度（mg/）K:衰減系數(shù)（1/d）X:斷面距離（KM） )exp(0uKxCCqQLqQLL*0* 河段斷面平均流速的計算采用以下水利學(xué)公式: u：斷面平均流速（m/s） Q：設(shè)計流量（m3/s） a、b：待定參數(shù)baQu 根據(jù)2005年大汶河干流水文站實測流量和斷面平均流速資料，利用最小二乘法，求得水利學(xué)公式u=aQb參數(shù)a、b。計算結(jié)果如下：)(11121211111niniiiniiniinii

15、iniiniiQQnuQuQnQnuneaniiniininiiniiiiQQnuQuQnb1212111)(參數(shù) 1234567a0.2966 0.2966 0.28820.28820.0025 0.02210.0221b0.0875 0.0875 0.1818 0.1818 1.11140.67490.6749 本次計算采用河流年平均流量來求得年納污能力，由于確定角峪大橋為計算的開始斷面，角峪大橋的設(shè)計流量以上游萊蕪水文站的實測資料為依據(jù)，用水文比擬法取值，再綜合考慮自然地理條件的差異進行修正。干流各控制單元的設(shè)計流量利用大汶河干流各水文站1980年-2005年的年平均流量，利用P-頻率曲

16、線法，采用90的保證率，即在一定的設(shè)計時段內(nèi)，有90的時間可以保證河流的實際流量不小于設(shè)計流量。各控制單元的設(shè)計流量見表2。流量 1234567QC 4.524.528.5516.127.323.623.6CV 0.90.90.850.930.851.081.08CS 1.81.81.571.91.52.012.01R=CS/CV2.002.001.852.021.751.91.990保證率0.700.701.292.263.571.131.13 在河流水質(zhì)模擬計算的過程中，很關(guān)鍵的一步是準確的確定模型參數(shù)，由于不同的污染物和不同的水體、不同的環(huán)境條件，其降解系數(shù)是不同的，污染物衰減系數(shù)K可利

17、用實測資料反推求取。率定衰減系數(shù)的K值的方法采用兩點法，公式如下：4.86*ln下上LLxuK 求得衰減系數(shù)K與平均流速的計算公式。CODcr的衰減系數(shù)計算公式為K=0.060+0.68*U，氨氮的衰減系數(shù)計算公式為K=0.065+0.56*U 將確定參數(shù)輸入到模型中，同時將起始斷面條件和各點源負荷的實測資料輸人模型中，以排污口資料中干流的實測資料對模型進行驗證，計算結(jié)果見表3 ，由表可知，計算值與實測值吻合較好，除個別數(shù)值外，CODcr和氨氮的相對誤差均在30以內(nèi)，說明模型具有較好的模擬精度，可以在實際工作中應(yīng)用。監(jiān)測斷面日期計算值實測值相對誤差（）COD氨氮COD氨氮COD氨氮埠陽莊200

18、5.5 39.3 4.77 21.5 4.524.76.12004.5 629.63.17196.44.522130.0大汶口橋2005.5 29.7 5.4627.77.517.327.32004.5 238.4 3.74185.24.7828.721.8障城2005.5 18.1 1.9924.52.5726.222.72004.5 16.7 3.20 23.50.4529.1611 1.污染事故的預(yù)報 水質(zhì)模型的建立可以為大汶河流域建立一個水污染預(yù)報預(yù)警機制，本文假設(shè)在海子河上游某化工企業(yè)由于生產(chǎn)事故造成大量有機污染物泄漏，實測在海子河入汶口COD濃度為800.0mg/l,氨氮濃度為32

19、.0mg/l,經(jīng)過海子河泄入大汶河干流，造成入河口COD和氨氮超出正常情況數(shù)百倍，影響東平湖及南水北調(diào)東線工程輸水水質(zhì)，通過建立的數(shù)學(xué)模型模擬污染物的降解過程，計算出污染物到達入湖口王臺大橋的濃度和出現(xiàn)的時間，以便采取措施，控制污染物進入東平湖。由計算結(jié)果可以看出，在設(shè)計條件下，污染物的流速較小到達王臺橋的時間比較長，通過水體自凈和污染物的衰減，到達王臺大橋時污染物的濃度已經(jīng)符合地表水環(huán)境質(zhì)量標準類水標準，污染物設(shè)計條件及計算結(jié)果見表4?？刂茢嗝婧娱L設(shè)計斷面流量排污口流量平均流速COD（mg/l）氨氮（mg/l）輸移時間（t）海子河入汶口0120.00 2.550.516 25.01.31 匯河入汶口55.580.00 30.425 24.61.25 2178.42 王臺大橋25.160.00 0.350 19.81.03 1196.31 一維穩(wěn)態(tài)條件下計算納污能力有的3種方法，即段首控制方法、段尾控制方法和功能區(qū)段尾控制方法。為確保南水北調(diào)東線工程大汶河王臺大橋水質(zhì)達標，在允許納污能力計算中采用段首控制法，段首控制中的段是指沿河任何兩個排