复州河流域水质改善方案研究

2017-04-10赵凯

水利规划与设计 2017年2期

关键词：环境容量河段氨氮

赵凯

（辽宁省大连水文局，辽宁大连 116023）

复州河流域水质改善方案研究

赵凯

（辽宁省大连水文局，辽宁大连 116023）

本文根据复州河流域水环境容量现状，针对其水环境容量严重不足的情况，提出水质调控方案，对复州河流域的水体污染控制提出了包括污水截污、污水外调、工程补水和污染源控制等系列水质调控措施和方案。

水环境容量；水质调控方案；水质软件；综合改善

1 基本情况

近年来，复州河流域经济快速增长，水环境压力越来越大，为满足生产和生活用水，复州河的开发利用程度接近50%，生活和生产用水不断增加，复州河流域水污染问题日益突出，解决好水生态与水环境问题，协调好经济、社会、生态与环境的关系，已经成为流域可持续发展的重要内容。如何基于现有水利工程体系，做好流域水资源的管理保护、调度配置，加强流域水生态保护与修复，是当前水文水资源学科极其重要的研究方向［1］。

文章选择复洲河流域松树水库下游至河口区间作为研究区，该河段包括蔡房身大桥、东风水库和复州河大桥三个水功能区断面，采用综合性、多用途的河流水质综合模型QUAL2K模型［2-4］，研究复州河流域水功能区水质达标为导向的水质综合改善方案，并提出水系水量水质综合调控方法。

2 水环境容量

水环境容量为水体在规定的环境目标下的所能容纳的最大污染物负荷，其大小与水体特征、水质目标和污染物特性有关。通常以单位时间内水体所能承受的污染物总量表示，也可称为水域纳污能力［5-6］。

根据复州河流域水功能区水质现状及达标评价情况得出COD和氨氮是污染最普遍、最严重的因子，故确定化学需氧量（COD）和氨氮作为水环境容量计算的控制因子［7］，以此计算现状年水环境容量。

本文划定7～9月份为丰水期，10～6月为枯水期，蔡房身大桥按排污口一维模型、东风水库按湖库模型进行计算，采用2015年三个河段水质监测数据，分别得出2015年各河段丰水期和枯水期的水环境容量，计算结果见表1。

表1 水功能区水环境容量计算结果

由计算结果可知，复州河流域的三个河段中，复州河大桥河段和蔡房身大桥水环境容量在丰水期有较大剩余；东风水库水质严重恶化，枯水期和丰水期的氨氮水环境容量都几乎为零，水库已无法提供自净容量。从两个指标计算值来看，在现状年的排污情况下，氨氮是水质标准的控制污染物。

3 水质综合调控方案研究

3.1 调控方法

水质调控方案以降低蔡房身大桥河段污染物浓度，提高东风水库水环境容量为基本原则，具体调控方案为：首先通过污水截污和污水外调减少河段内入河污染物，改善水质现状，提高水环境容量；其次利用现有的水利工程，采用补、调水方案调节水量［8-10］，达到改善河流水质的目的；最后通过点、面污染源的严格控制来彻底解决水污染问题。

3.2 水质调控措施分析

3.2.1 污水截污措施分析

对直接排入河流水体的污水实施截流、截污是治理水环境的主要措施，只有控制入河污染源才能从根本上治理水质的恶化。本次研究的截污河段主要是蔡房身大桥河段，截污方式为提高污水处理厂排放标准。

蔡房身大桥河段上游龙山污水处理厂经处理后的污水水质排放标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准，净化后的污水水质类别仅为劣V类，直接影响下游东风水库的水质类别和水功能区达标。因此污水处理厂的尾水为进入复州河的污染负荷之一，建议执行污水处理厂排放一级A标准，即COD和氨氮的排放浓度分别为50mg/L和5mg/L。

污水处理厂出水水质标准提高前后下游河段氨氮模拟值和实测值对比见表2。

表2 污水处理厂不同排放标准各河段模拟值

从模拟结果可以看出，污水处理厂出水水质标准和废污水流量对下游各河段的污染物浓度影响较大。现状龙山污水处理厂排放污水中氨氮浓度远高于一级B标准，导致下游河段氨氮模拟浓度值高于按B标准排放的浓度二倍之多。在提高污水排放标准至A标准后，下游河段氨氮模拟值远低于实测值，东风水库和复州河大桥河段氨氮水质类别均可达到Ⅱ类水质标准，说明提高污水处理标准对于降低复州河流域下游河段氨氮污染物浓度有显著成效。

3.2.2 污水外调措施分析

截污后，按一级A标准排放的尾水进入蔡房身大桥河段后，依然会增加复州河的污染负荷，达不到水功能区水质目标标准。龙山污水处理厂日平均处理污水量为5.95万m3，每年有二千多万吨处理后的污水排入复州河干流，为增加水环境容量，因此可以考虑将处理后的污水进行中水回用和外调至复州河河口排放。

为评价污水外调的作用，设计了以下两种情况：

（1）将龙山污水处理厂日平均处理污水量的30%水量进行外调，则现状入河废污水流量为0.482m3/s。

（2）将龙山污水处理厂日平均处理污水量的50%水量进行外调，则现状入河废污水流量为0.344m3/s。

将两种情况的点源入流流量和按A标准处理后的氨氮和COD入河污染物浓度输入水质模型，模拟结果见图1-图4。

图1 污水外调3O%后下游河段模氨氮模拟值图

图2 污水外调3O%后下游河段模COD模拟值图

从模拟结果可以看出，污水外调后复州河流域干流排污口以下河段COD和氨氮的模拟值均有大幅度的降低。通过分析结果可以看出，污水外调的方法对于复州河流域蔡房身大桥以下河段的水质类别提高有显著成效。

3.2.3 工程补水措施分析

图3 污水外调5O%后下游河段模氨氮模拟值图

图4 污水外调5O%后下游河段模COD模拟值图

通过计算可知，东风水库水环境容量较低，氨氮水环境容量几乎为零，只能通过补充清洁水源以加大河流水库环境容量和自净能力，从而提高现状水质类别。大伙房水库输水应急入连工程每年有1亿m3水量送至东风水库附近受水池，水质基本满足地表水Ⅱ类水质标准，建议将来水引入水库，通过水体稀释净化，使混合后的水体可以达到水功能区水质目标标准。

将大伙房水库输水工程供水水量转化为东风水库入库流量，折算为3.17m3/s的入库流量，按支流入库口考虑，将现状输水工程监测的氨氮和COD浓度值输入水质模型，补水前后模拟后值见图5-图8。

图5 东风水库补水前氨氮模拟值图

由模拟结果可以得出，东风水库调入水量后，在来水的稀释和自净作用下，水库内污染物氨氮和COD的浓度值均有所降低，补水后水库内COD的浓度值基本位于15～20mg/L之间，由原来的Ⅳ类水质类别改善为Ⅲ类水质类别，由此可见水库补水是降低水库内COD浓度值，增加COD水环境容量的有效措施。

图6 东风水库补水后氨氮模拟值图

图7 东风水库补水前COD模拟值图

图8 东风水库补水后COD模拟值图

3.2.4 各调控措施对比分析

以上各项调控措施对复州河流域污染河段的污染物浓度降低、水质类别提高有不同的改善效果，将各项调控措施的效果进行综合分析，以便找出最适合各河段的水质水量调控方法，表3～4对各河段的调控措施水质改善情况进行比对。

从对比结果可以看出，对于蔡房身大桥河段，污水截污对COD浓度无显著改善效果，污水外调的调控措施使COD浓度显著降低，使河段的水质类别有所提高，并且COD浓度随着外调污水量的增加而降低；污水截污和污水外调两种调控措施对河段氨氮的浓度降低效果显著明显，两种调控措施相结合使该河段的氨氮浓度降低效果更加显著，水质类别有所提高。但是由于入河污水中污染物浓度含量较高，进行两种调控措施后，蔡房身大桥河段水质类别依然无法达到水功能区水质目标标准，因此对于该河段，在进行水质水量综合调控的基础上，仍需大力加强入河排污口和排污企业的整治，加强流域内水土保持，控制面源污染，降低流入水功能区的污染物的浓度，从根源上控制水体中的污染源。

表3 蔡房身大桥各调控措施水质改善情况比对

表4 东风水库各调控措施水质改善情况比对

对于东风水库河段，污水截污、污水外调和工程补水三种调控措施使氨氮的浓度降低效果明显，使该河段水质类别从Ⅳ类提高至Ⅲ类。由此可见，文中所列的水质水量综合调控方法均适用于东风水库河段水质现状改善，对水质类别的提高效果显著，经调控后东风水库河段基本可以满足水功能区水质目标标准，COD、氨氮两个水质指标基本达标。