入河排污口设置论证中有支流汇入时污染物扩散情况分析

2021-10-09蔡惠军

陕西水利 2021年9期

蔡惠军，侯珺

（长江上游水文水资源勘测局,四川宜宾 644007）

1 引言

依照长江流域综合利用规划和水资源保护规划的要求,遵循合理开发、节约使用、有效保护原则,分析排污口相关资料,论证排污口设置对水功能区水质、水生生物和第三者权益的影响,及区域污染物削减措施效果；根据受纳水体纳污能力,排污总量控制、水生态保护等要求,对排污口设置合理性进行分析论证,优化排污口设置方案,并提出相应水资源保护措施。

2 论证范围

论证范围为受排污口影响的主要水域和影响范围内的第三方取、用水户。

论证工作基本单元为水功能区,其中,排污口所在水功能区和可能受到影响的周边水功能区,为论证重点区域；涉及鱼类产卵水域等生态敏感点的,论证范围可不限于上述水功能区。未划分水功能区的水域,影响范围内的水域均需纳入论证范围。

3 分析方法

3.1 排污方式

排污口排污量较大时,应单独划分处理。

其他排污口,可适当简化。

（1）若排污口间距较近,可将多个排污口简化为一个。

概化后排污口位置的计算：

式中：X集为简化排污口到功能区下断面或控制断面的距离；Qi为第i个排污口（或支流汇入口）的水量；xi为第i个排污口（或支流汇入口）到功能区下断面的距离；Ci为第i个排污口（或支流汇入口）的污染物浓度。

（2）间距较远且排污量相对小的分散排污口,可作为非点源污染,仅对水质本底值造成影响,不纳入排污口优化分配计算。

3.2 数学分析模型的建立

污染物以岸边排放方式进入水体后,沿竖直、水平和垂直方向输移扩散,在近岸水域形成一定宽度污染带。在宽深比较大的江流中,垂向扩散时间较短,浓度分布均匀。

一般参照《水域纳污能力计算规程》中河流模型对污染物的影响范围,采用零维或一维水质模型计算。

论证河段划分为3种：Q≥150 m3/s的为大型河段；15 m3/s＜Q＜150 m3/s的为中型河段；Q≤15 m3/s的为小型河段。

3.2.1 河流零维模型

（1）适用条件

零维模式也称完全混合模式,通常只考虑浓度达稳定后的稳态解。常用于河流模拟中单元内部计算,不单独使用。

（2）采用公式

1）混匀浓度计算采用下列公式：

式中：Co为污染物混匀浓度,mg/L；Qp为废污水污染物浓度,mg/L；CQ为初始断面污染物浓度,mg/L；Qp为废污水排放流量,m3/s；Q为初始断面入流流量,m3/s。

2）混匀长度计算公式：

式中：L为达到充分混合断面长度,m；B为河流宽度,m；a为排放口到近水岸边的距离,m；本项目a=0。H为平均水深,m；u为河流平均流速,m/s；g为重力加速度,9.8 m/s3；I为河流底坡,‰。

3.2.2 河流一维模型

（1）适用条件

一维模型用于均匀稳定流场单点源排放计算。若源强恒定,可得一个稳定解；若源强为瞬时排放,或以恒定速度排放一个时段,可得不同时刻的动态分布解。若源强为不均匀持续排放,或不同河段降解系数不同,则须使用数值解。

（2）采用公式

若不考虑弥散作用（如S-P模型）,则：

式中：x/ux可简化为t,即河水流到x处所需时间；x为预测点到排放口距离,m；c为预测点（x）处污染物浓度,mg/L；c0为排放口处污水、河水混匀后污染物浓度（不含本底值）,mg/L；ux为河流流速,m/s；Mx为河流纵向混合（弥散）系数,m2/s；ch为河流中污染物本底浓度,mg/L；K为河流中污染物降解速率,1/d。

上式中,未叠加河流本底浓度。若需考虑本底浓度,则按不扩散、只降解原则,将与以上计算结果叠加。

3.3 计算条件和参数

（1）水文条件

河道中的水质问题常出现在枯水季节。当前,国内外通常采用枯水期90%保证率最小月平均流量或近10 年河流最枯月平均流量作为设计流量。若论证河段内有水利工程控制,可用水利工程最小下泄流量或河道内生态基流作为设计流量。

（2）综合降解系数K的取值

污染物综合降解系数确定方法有：分析借用法、实测法、经验公式法等。

本文实例分析中采用分析借用法来确定K值。

分析借用法是分析借用计算水域过往工作和研究中的相关资料。无资料时,可采用邻近河流的水文气象特征、污染物状况及地理等相似资料。

（3）本底浓度

参考上游水环境功能区标准进行取值,以对应国家环境质量标准上限值为本底浓度。对于跨界水环境功能区的本底浓度界定,需同时结合国家和省（直辖市、自治区）政府部门规定的出、入境断面水质浓度限值。

3.4 有较大支流汇入时分析方法

根据《水域纳污能力计算规程》,有较大支流汇入时,以汇入断面为节点,将支流概化为独立排污口,分段计算纳污能力,不纳入排污口优化分配。

如河段内无其他取排口且仅有一条较大支流汇入,可将河段分为2 段,3 个节点,依次为1、2、3,见图1。由于支流汇入,不同河段应根据实际情况采用零维和一维模型计算。

图1 有支流汇入的河段示意图

在河段2 内进行计算时,污染物排放流量为上游河段设计流量；污染物排放浓度为支流汇合口断面处的污染物浓度与上游河段污染物扩散到节点2 处浓度的叠加。

图中：Cp为排放废污水污染物浓度, mg/L;Qp为废污水排放流量, m3/s ;CQ1为起始断面污染物浓度, mg/L;Q1为起始断面入流流量, m3/s；L1为河段1 内污染物混匀长度,m；C01为河段1 内污染物混匀浓度,mg/L;Q1-1为节点1 处河流流量,即河段1 的设计流量,m3/s;CQ2为入节点2 处污染物浓度,mg/L;Q2为入节点2 处河流流量, m3/s；CQ支为支流汇合口处断面的污染物浓度,mg/L;Q支为支流汇合口出断面入流流量,即支流设计流量,m3/s；Q3为出节点2 处河流流量,即河段2 的河流流量,m3/s；CQ3为出节点2 处污染物浓度,mg/L;L2为河段2 的污染物混匀长度,m；C02文河段2 内污染物混匀浓度,mg/L;C3为节点3 处污染物浓度,mg/L;K1、K2分别为河段1、河段2 的污染物综合衰减系数,d-1。

分析可知：

（1）节点1 处河流设计流量为初始断面入流流量与废污水排放流量的叠加,即Q1-1=Q2=Qp+Q1；

（2）节点2 处出流流量为节点2 处入流流量（河段1 的设计流量）与支流汇合口断面处支流设计流量的叠加,即Q3=Q2+Q支；

（3）C01、C02、L1、L2均可通过零维模型计算；

（4）CQ2、C3可由一维模型计算。