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流域水环境容量研究是污染防治工作中实现流域水质目标管理的核心技术环节,其中控制单元水环境容量计算是流域水环境精细化管理的必要条件。平原河网地区地势平坦、河网交错,具有饮用水源、航运、纳污等功能。近年来,常州市水环境质量现状总体不佳,部分控制单元出现水质恶化现象,对河网水质断面考核带来了巨大的压力。本文通过构建常州运河以北研究区域水动力水质模型,在污染物现状排放的基础上,针对流域污染物最大允许纳污量进行研究,对改变常州运河以北水环境现状具有一定的参考意义。
本文采用HEC-RAS软件,建立了以常州运河以北三山港流域和北塘河流域河网模型,通过单因子评价法、水污染指数法和主成分分析法对研究区域进行水质评价,识别水环境主要污染因子,选取污染物中所占比重较大的NH3-N、TP两个污染因子,运用输出系数法估算北塘河流域和三山港流域污染负荷,基于设计水文条件,通过HEC-RAS模型计算不同排污口各污染因子污染负荷与控制断面之间的响应关系矩阵,将线性规划系统优化分析和情景假设相结合,对研究区域内各污染因子最大允许纳污量进行计算和分配,最终提供不同排污口NH3-N、TP最大允许纳污量排放方案。研究的主要成果如下:
(1)2016年到2018年,常州运河以北研究区域水质总体呈现Ⅳ或Ⅴ类,局部地区水质超标严重。其中在枯水期、平水期NH3-N超标较为严重,超标倍数达到0.732,丰水期TP超标倍数呈现上升趋势,超标倍数达到0.389。
(2)2017年常州运河以北研究区域NH3-N和TP的污染物入河量分别为768.22t/a和133.12t/a,其中生活源、工业企业和污水处理厂排放量较为突出。点源NH3-N、TP排放比例分别为39%和75%,非点源NH3-N、TP排放比例分别为61%和25%。
(3)采用HEC-RAS模型,建立常州运河以北平原河网水环境容量模型。本文基于水文年鉴数据、实测水质数据和污染负荷现状排放量,以模型参数率定为主参考文献为辅,最终确定北塘河河道糙率值n=0.03,三山港河道糙率值n=0.031,城区河道糙率值n=0.029,京杭运河河道糙率值n=0.023;NH3-N、TP污染物降解系数分别为k=0.2d-1、k=0.1d-1。模型率定基本合理,可用于模型预测和分析。
(4)将线性规划系统最优分析和情景假设应用到常州运河以北北塘河流域和三山港流域,以设计水文条件作为边界入口流量,以研究区域边界实测浓度90%保证率记作研究区域进出口边界浓度,将非点源作为背景负荷,计算出在设计水文条件下研究区域内NH3-N和TP最大允许纳污量分别为200.75t/a、76.65t/a。在流域水质目标约束条件允许的条件下,提出三种NH3-N、TP最大允许纳污量排放方案。
本文采用HEC-RAS软件,建立了以常州运河以北三山港流域和北塘河流域河网模型,通过单因子评价法、水污染指数法和主成分分析法对研究区域进行水质评价,识别水环境主要污染因子,选取污染物中所占比重较大的NH3-N、TP两个污染因子,运用输出系数法估算北塘河流域和三山港流域污染负荷,基于设计水文条件,通过HEC-RAS模型计算不同排污口各污染因子污染负荷与控制断面之间的响应关系矩阵,将线性规划系统优化分析和情景假设相结合,对研究区域内各污染因子最大允许纳污量进行计算和分配,最终提供不同排污口NH3-N、TP最大允许纳污量排放方案。研究的主要成果如下:
(1)2016年到2018年,常州运河以北研究区域水质总体呈现Ⅳ或Ⅴ类,局部地区水质超标严重。其中在枯水期、平水期NH3-N超标较为严重,超标倍数达到0.732,丰水期TP超标倍数呈现上升趋势,超标倍数达到0.389。
(2)2017年常州运河以北研究区域NH3-N和TP的污染物入河量分别为768.22t/a和133.12t/a,其中生活源、工业企业和污水处理厂排放量较为突出。点源NH3-N、TP排放比例分别为39%和75%,非点源NH3-N、TP排放比例分别为61%和25%。
(3)采用HEC-RAS模型,建立常州运河以北平原河网水环境容量模型。本文基于水文年鉴数据、实测水质数据和污染负荷现状排放量,以模型参数率定为主参考文献为辅,最终确定北塘河河道糙率值n=0.03,三山港河道糙率值n=0.031,城区河道糙率值n=0.029,京杭运河河道糙率值n=0.023;NH3-N、TP污染物降解系数分别为k=0.2d-1、k=0.1d-1。模型率定基本合理,可用于模型预测和分析。
(4)将线性规划系统最优分析和情景假设应用到常州运河以北北塘河流域和三山港流域,以设计水文条件作为边界入口流量,以研究区域边界实测浓度90%保证率记作研究区域进出口边界浓度,将非点源作为背景负荷,计算出在设计水文条件下研究区域内NH3-N和TP最大允许纳污量分别为200.75t/a、76.65t/a。在流域水质目标约束条件允许的条件下,提出三种NH3-N、TP最大允许纳污量排放方案。