納污能力論文

1、姓名：鄭志國(guó)單位：山東省泰安水文水資源勘測(cè)局 大汶河是黃河下游最大支流，經(jīng)東平湖匯入黃河，同時(shí)東平湖又是南水北調(diào)東線工程主要的調(diào)蓄水庫(kù)，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(jiǎn)稱(chēng)規(guī)劃），到2007年泰安市東平湖輸水干線水質(zhì)達(dá)到地表水類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，境內(nèi)大汶河王臺(tái)橋斷面水質(zhì)達(dá)到地表水類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。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(jì)劃及我們多年的地表水及排污口水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)資料，建立水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，通過(guò)對(duì)大汶河干流納污能力分析和污染物總量控制，來(lái)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(shí)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(yáng)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(kāi)始。大汶河流域在山東中部，地理坐標(biāo)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(zhǎng)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(gè)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(zhǎng)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(dú)尊”之稱(chēng)。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(shì)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(shì)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(chēng)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(yáng)閆家峪鄉(xiāng)池涼泉，池涼泉沿高山峽谷南流，穿長(zhǎng)城嶺（齊魯長(zhǎng)城）進(jìn)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(kù)與通天河匯合南流，至山口村出山，進(jìn)入泰萊平原。自河源自山口長(zhǎng)46KM，是汶河水系中最長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(kù)；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(kù)與東源匯合南流，始稱(chēng)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(dá)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(zhǎng)50KM，平均河底比降9.3，其中黃前水庫(kù)以下河長(zhǎng)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(lái)水量達(dá)2000M3/S，是建國(guó)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(guó)道，再東南流，經(jīng)大河水庫(kù)，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(zhǎng)42KM，流域面積368KM2，大河水庫(kù)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(kù)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(yáng)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(kù)，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(kù)至南鮑村轉(zhuǎn)向西北，于孫村西流入開(kāi)闊的河谷盆地，貫穿新泰市中部和岱岳區(qū)、寧陽(yáng)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(zhǎng)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(zhǎng)5KM以上的各級(jí)支流66條，其中流域面積在百平方公里以上的有平陽(yáng)河、光明河、禹村河。據(jù)谷里水文站測(cè)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(wàn)噸，1918年最大流量為4900m3/s（調(diào)查），1964.7.17實(shí)測(cè)1830m3/s。 古名“蛇水”，是岱岳區(qū)、肥城“汶陽(yáng)田”的主要排水河道，流域面積648KM2。地勢(shì)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(kù)

9、，西流至漕河崖，先后納入來(lái)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(jìn)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(kù)至大汶口，長(zhǎng)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(chēng)“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(gè)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(yú)村與東來(lái)的康王河匯流。康王河發(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(yú)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(yùn)時(shí)期，匯河是濟(jì)運(yùn)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(zhǎng)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(tuán)、泰鋼集團(tuán)、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(jì)、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(chē)、工程機(jī)械、化工、無(wú)機(jī)新材料、紡織服裝、食品釀酒等工業(yè)，市區(qū)人口在50萬(wàn)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(cè)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?yàn)橹鳎ㄟ^(guò)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(jià)鉻只在個(gè)別排污口中檢出。本文以化學(xué)需氧量（CODcr）、氨氮兩項(xiàng)做為計(jì)算分析項(xiàng)目。 文中所用水質(zhì)評(píng)價(jià)采用地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002，根據(jù)大汶河構(gòu)成和特點(diǎn)在模型限定的范圍內(nèi)進(jìn)行河段劃分，起始斷面從角峪大橋開(kāi)始，分為7個(gè)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(tái)大橋。單元?jiǎng)澐?、河流及排?/p>

13、口分布見(jiàn)圖1。 水體納污能力是指在給定水域的水文、水動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)的排污口最大排污量。河流的常用水質(zhì)模型，在使用時(shí)都必須滿足一定的條件，既要滿足流場(chǎng)均勻穩(wěn)定等條件。而實(shí)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(shí)際應(yīng)用時(shí)，我們必須根據(jù)天然河道的實(shí)際情況，進(jìn)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(biāo)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(jì)算采用以下水利學(xué)公式: u：斷面平均流速（m/s） Q：設(shè)計(jì)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(shí)測(cè)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(jì)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(jì)算采用河流年平均流量來(lái)求得年納污能力，由于確定角峪大橋?yàn)橛?jì)算的開(kāi)始斷面，角峪大橋的設(shè)計(jì)流量以上游萊蕪水文站的實(shí)測(cè)資料為依據(jù)，用水文比擬法取值，再綜合考慮自然地理?xiàng)l件的差異進(jìn)行修正。干流各控制單元的設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)段內(nèi)，有90的時(shí)間可以保證河流的實(shí)際流量不小于設(shè)計(jì)流量。各控制單元的設(shè)計(jì)流量見(jiàn)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(jì)算的過(guò)程中，很關(guān)鍵的一步是準(zhǔn)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(shí)測(cè)資料反推求取。率定衰減系數(shù)的K值的方法采用兩點(diǎn)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(jì)算公式。CODcr的衰減系數(shù)計(jì)算公式為K=0.060+0.68*U，氨氮的衰減系數(shù)計(jì)算公式為K=0.065+0.56*U 將確定參數(shù)輸入到模型中，同時(shí)將起始斷面條件和各點(diǎn)源負(fù)荷的實(shí)測(cè)資料輸人模型中，以排污口資料中干流的實(shí)測(cè)資料對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3 ，由表可知，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合較好，除個(gè)別數(shù)值外，CODcr和氨氮的相對(duì)誤差均在30以內(nèi)，說(shuō)明模型具有較好的模擬精度，可以在實(shí)際工作中應(yīng)用。監(jiān)測(cè)斷面日期計(jì)算值實(shí)測(cè)值相對(duì)誤差（）COD氨氮COD氨氮COD氨氮埠陽(yáng)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(bào) 水質(zhì)模型的建立可以為大汶河流域建立一個(gè)水污染預(yù)報(bào)預(yù)警機(jī)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(jī)污染物泄漏，實(shí)測(cè)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(guò)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(guò)建立的數(shù)學(xué)模型模擬污染物的降解過(guò)程，計(jì)算出污染物到達(dá)入湖口王臺(tái)大橋的濃度和出現(xiàn)的時(shí)間，以便采取措施，控制污染物進(jìn)入東平湖。由計(jì)算結(jié)果可以看出，在設(shè)計(jì)條件下，污染物的流速較小到達(dá)王臺(tái)橋的時(shí)間比較長(zhǎng)，通過(guò)水體自凈和污染物的衰減，到達(dá)王臺(tái)大橋時(shí)污染物的濃度已經(jīng)符合地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，污染物設(shè)計(jì)條件及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4?？刂茢嗝婧娱L(zhǎng)設(shè)計(jì)斷面流量排污口流量平均流速COD（mg/l）氨氮（mg/l）輸移時(shí)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(tái)大橋25.160.00 0.350 19.81.03 1196.31 一維穩(wěn)態(tài)條件下計(jì)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(tái)大橋水質(zhì)達(dá)標(biāo)，在允許納污能力計(jì)算中采用段首控制法，段首控制中的段是指沿河任何兩個(gè)排