长距离明渠输水工程突发水污染事件的应急调控

纪风兰

(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，新疆836403)

0 前言

北疆供水工程是目前解决新疆北坡经济带水资源匮乏，区域性水资源分配不均衡及城市、农业、工业用水矛盾的长距离调水工程。水资源是经济社会发展的重要战略性资源。我国水资源人均占有量仅为世界人均的28%，长久以来水资源问题严重限制了北疆经济的发展脚步。

为根治区域性水资源分配不均的问题，国家投入了大量资金，建成并拟建多项大型长距离输水工程，为众多地区经济和生活带去利益，因此长距离明渠输水工程突发水污染事件的应急调控成为保障国民利益的重要措施。

1 长距离明渠输水工程及其污染防控的特点

1.1 长距离明渠输水工程的特点

长距离明渠输水工程不同于一般输水工程，具有输水线路长、调控点多、持续供水等性质，因此在调控方面十分复杂。

长距离明渠输水工程的特点包括:

1)距离长、调控效果滞后。在保证稳定的条件下，实现水流及时从初始状态调整到理想状态的控制难度很大。

2)由于客观原因，长距离明渠输水系统中起调节作用的水库相对较少，从而增加了控制难度。

3)长距离明渠输水工程一般为多水源调水系统，使得调度难度?加大。

1.2 突发水污染事件的特点

从当前已发生的大型输水工程突发水污染案例来看，人为因素是事故发生的主要原因。突发污染事件的主要特点为以下几个方面:

1.2.1 突发性

由于输水工程距离长、分布广的特点，加之导致水污染事件发生的原因多种多样，使得事件发生的时间和地点难以预料。

1.2.2 扩散性

污染物在水的流动性质下呈现出很强的扩散性，输水系统在出现污染问题后，污染物会呈条带状迅速扩散，引发下游水域的污染。

1.2.3 长期性

由于水污染的突发性和扩散性，往往导致大面积危害，同时由于部分污染物的特性还会给周边环境带来长期的危害。

由于长距离明渠输水工程的复杂性，严重突发水污染事件的发生，必将会给我们的生态环境、社会和经济带来难以估量的损失。因此，对于长距离明渠输水工程突发水污染事件下的应急调控便成为保障输水工程社会效益和经济效益的重中之重［1］。

2 突发水污染事件的控制理论分析

2.1 水污染的理论依据

在输水工程中污染物进入水体后，会经过一系列的发展，我们可以将这个过程分为3个阶段:

1)第一阶段为射流核心区，污染物突然进入输水系统水体时的最初状态为，污染物与局部水体迅速混合。

2)第二阶段是由于污染物在水体的浮力影响下，以及污染物进入水体时具有的动能持续减弱，使垂向的扩散作用逐渐放缓，同时转为扩散区。并且在输水工程水体的流动性影响下，污染物会随水的流动产生紊动作用，从垂向扩散为主转为以横向扩散为主。

3)第三阶段的特征为水体污染物扩散到输水工程渠道的全宽范围，并且污染体截面与输水断面一致，然后污染体以纵向方向持续发生线性离散。

2.2 控制策略分析

针对长距离明渠输水工程突发水污染事件，应当设计有阶段性的应急调控方案，从而实现将突发水污染事件中污染体扩散对各方面的影响降到最低的效果，为了确定有效方案需要从以下4点进行分析。

1)节制闸门调控前的处置响应阶段，在本阶段中节制闸门没有进行调控即为打开状态，输水工程渠道内的水流可以看做是流量恒定状态。

通过污染物进入水体后随响应时间的推移发生扩散，能够得到节制闸门调控前响应阶段污染体扩散的纵向距离以及其他扩散特征值随时间的推移发生的变化。

2)节制闸门的关闭阶段，在本阶段中输水工程渠道上下游的节制闸门会进行关闭。

输水工程渠道内的水流出现剧烈运动转为非恒定流状态。通过本阶段污染体的扩散过程能够分析污染体的输移距离，并得到计算污染体在纵向的长度的方法。

3)节制闸门调控后的处置响应阶段，本阶段输水工程渠道内污染区域上下游节制闸门完全关闭，水流会持续震荡，但是程度会渐渐降低。通过对本阶段的分析能够得到节制闸关闭后随响应时间的推移，污染体纵向长度的变化。

4)最后，将节制闸门调控过程中输水工程渠道内污染体扩散状况随响应时间的变化，同防止污染体可接受扩散范围的控制目标相结合，得到确保把污染区域限制在事件发生区域条件下，进行节制闸门调控的各阶段控制时间，最终保证实现对输水工程突发水污染事件的有效应急调控。

3 突发水污染事件应急调控措施的制定

当长距离明渠输水工程一旦发生突发水污染事件，最根本的要求是在尽量缩小污染水域范围的前提目标。

因此，要制定突发水污染事件应急调控措施方案，必须从制定输水系统节制闸门的最佳调控时间方案入手，从而得到最优应急调控措施方案。

根据污染水体随节制闸门调控响应时间的推移，产生扩散状况的变化规律，可以得到在事件发生输水渠道内的节制闸门调控时间的控制方案:

1)根据突发水污染事件发生时，污染体最上游位置与事件发生的输水渠道下游节制闸门的距离，得到污染云团峰值位置与事件发生的输水渠道下游闸门的距离;同时，根据突发水污染事件发生时污染体的纵向长度，得出事件发生的响应时间。

2)根据节制闸门调控前稳定状态下的输水状况，可以得到水体的流速以及响应时间，能够计算出响应时间内污染水体的扩散距离，从而对突发水污染事件进行定位。

3)在发生污染事件水域上下游闸门进行同步调控时，需要计算节制闸门调控过程中污染水体传输距离及其纵向长度的变化范围。

4)为了实现把污染水体封闭在事故渠段范围内的目的，需要使发生污染事件渠段上下游节制闸门进行调控后，节制闸门调控时间内污染水体峰值距离加上污染水体纵向的一半，小于突发水污染事件发生时刻污染水体峰值断面距事故渠段下游节制闸门距离，从而得到节制闸门调控的最佳时间方案。

4 结语

为了保障长距离明渠输水工程带来的社会和经济效益，本文从长距离明渠输水工程及其污染防控的特点入手，依据突发水污染事件的控制理论，对制定污染事件应急调控措施进行了分析，得到污染控制过程中节制闸门调控的最佳时间方案，为今后制定类似事件的应急调控提供借鉴。

［1］练继建，王旭，刘缠玉，马超.长距离明渠输水工程突发水污染时间的应急调控［J］.天津大学学报，2013(01):48－54.