河流水質(zhì)模型綜合衰減系數(shù)確定的探討李慧瓏第一作者：李慧瓏，女，1933年生，教授，主要從事水文水資源專(zhuān)業(yè)的教學(xué)與科研工作。諸曉華1包寶華2韓伯成2第一作者：李慧瓏，女，1933年生，教授，主要從事水文水資源專(zhuān)業(yè)的教學(xué)與科研工作。（1.揚(yáng)州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州225009；2.江蘇省水文水資源勘測(cè)局南京分局，江蘇南京210008）摘要河流水質(zhì)模型綜合衰減系數(shù)對(duì)計(jì)算水體的納污能力、預(yù)測(cè)未來(lái)水質(zhì)、制訂污染物控制方案有著重要的影響。采用實(shí)測(cè)水文數(shù)據(jù)、污染物初始濃度及設(shè)定的綜合衰減系數(shù)代入水質(zhì)模型，率定COD和TN的綜合衰減系數(shù)，并進(jìn)行合理性分析，作為同類(lèi)河道應(yīng)用時(shí)的參考。關(guān)鍵詞綜合衰減系數(shù)納污能力水質(zhì)模型CODTNDiscussiononthedeterminationofcomprehensiveattenuationcoefficientinriverwaterqualitymodelLiHuilong1，ZhuXiaohua1，BaoBaohua2，HanBocheng2.(1.HydraulicScienceandCivilEngineeringCollege，YangzhouUniversity，YangzhouJiangsu225009；2.NanjingBranchofJiangsuHydrologyandWaterResourceSurveysBureau，NanjingJiangsu210008)Abstract：Thecomprehensiveattenuationcoefficientinriverwaterqualitymodelhasanimportantimpactoncalculatingthepermissiblepollutionbearingcapacityofwaterbodies，predictingthefuturewaterquality，establishingthepollutantcontrolplan.Theauthorsusedthemeasuredhydrologicaldataandtheinitialconcentrationofpollutants，putthesupposedcomprehensiveattenuationcoefficientintowaterqualitymodel，educedagroupoftheCODandTNofcomprehensiveattenuationcoefficient，andhadareasonableanalysis.Itcanbeusedasareferenceforsimilarriver.Keywords：comprehensiveattenuationcoefficient；permissiblepollutionbearingcapacity；waterqualitymodel；COD；TN1河流納污能力計(jì)算模型的選擇（1）對(duì)于污染物在河段橫斷面上基本上能均勻混合的中、小型河段，采用一維恒定流水質(zhì)模型以模擬污染物沿河段縱向的遷移，流經(jīng)河段長(zhǎng)L后的污染物濃度計(jì)算式[1，2]如下：（1）式中：為河段L末端的污染物質(zhì)量濃度，mg/L；為河段初始斷面的污染物質(zhì)量濃度，mg/L；為污染物綜合衰減系數(shù)，1/s或1/d；u為過(guò)水?dāng)嗝嫫骄魉伲琺/s。若將沿程入河的點(diǎn)源與非點(diǎn)源污染物概化為自一個(gè)排污口入河，入河口位于河段L中間，則式（1）成為：（2）式中：為污染物入河速率，g/s或t/d；為河段流量，m3/s。（2）對(duì)于水流基本上處于停滯狀態(tài)的河段和中、小型水庫(kù)、湖泊，可作為一個(gè)均勻混合的水體，其水質(zhì)與污染物的入河位置無(wú)關(guān)，采用零維水質(zhì)模型計(jì)算如下：（3）式中：、為起始時(shí)刻與t時(shí)刻水體污染物質(zhì)量濃度，mg/L；V為水體容積，m3。2實(shí)例滁河源于安徽，入江蘇境曲折東流經(jīng)南京市的浦口、六合區(qū)進(jìn)入長(zhǎng)江。滁河干流六合段全長(zhǎng)73.4km，其中的主要水功能區(qū)有3個(gè)，即孔灣至沿河段、沿河至鐵路橋段和鐵路橋至紅山窯閘段，長(zhǎng)度分別為16.7、3.5、12.5km。前者為保留區(qū)，后兩者分別為工業(yè)用水區(qū)和農(nóng)業(yè)用水區(qū)。3個(gè)功能區(qū)的河段上、下游有控制樞紐工程。為保證區(qū)內(nèi)灌溉、航運(yùn)的需要，全年大部分時(shí)間關(guān)閘蓄水，僅在洪水期按工程控制調(diào)度預(yù)案有計(jì)劃啟閘泄洪。關(guān)閘期間河水基本上不流動(dòng)，水質(zhì)較差，只有在短時(shí)間內(nèi)抽、引長(zhǎng)江水入滁河，或由滁河輸水入灌區(qū)和支流徑流匯入等才引起河道水位變化。水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)已確定為Ⅳ類(lèi)，但時(shí)有Ⅴ類(lèi)及劣Ⅴ類(lèi)的情況發(fā)生。2.1污染物入河量年內(nèi)分配以滁河沿河至鐵路橋段水功能區(qū)為例說(shuō)明計(jì)算過(guò)程。該區(qū)承受河段上游及區(qū)間支流的來(lái)水，隨區(qū)間徑流入河的非點(diǎn)源污染物主要來(lái)自水土流失、農(nóng)田施肥、畜禽養(yǎng)殖、居民生活污水及城鄉(xiāng)地面廢棄物等，點(diǎn)源污染物則主要來(lái)自工業(yè)廢水的排放。經(jīng)對(duì)2005年區(qū)間面積內(nèi)各項(xiàng)污染物的COD及TN分別估算出年入河量后，再將其分配為月、日的入河量見(jiàn)表1、表2。表12005年沿河至鐵路橋水功能區(qū)COD入河量計(jì)算月份1月2月3月4月5月6月非點(diǎn)源COD量小計(jì)/t140.89140.89140.89245.59245.59245.59點(diǎn)源COD入河量/t252.36252.36252.36252.36252.36252.36COD合計(jì)入河量/t393.25393.25393.25497.95497.95497.95COD日入河量/(t·d-1)12.6914.0412.6916.616.0616.6月份7月8月9月10月11月12月非點(diǎn)源COD量小計(jì)/t371.23371.23371.23140.89140.89140.89點(diǎn)源COD入河量/t252.36252.36252.36252.36252.36252.36COD合計(jì)入河量/t623.59623.59623.59393.25393.25393.25COD日入河量/(t·d-1)20.1220.1220.7912.6913.1112.69表22005年沿河至鐵路橋段COD計(jì)算表日期水位/m(m)蓄水量/萬(wàn)m3(104COD/(mg·L-1)COD/t備注1月1日6.86432.462086.49水位為六合站實(shí)測(cè)值。C0=20mg/L根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定。關(guān)閘期設(shè)k=0.07。1月2日6.86432.4620.7689.761月3日6.87434.121.3692.721月4日6.87434.121.9895.4……………8月6日7.28504.2429.55149開(kāi)閘期C0來(lái)自上一水功能區(qū)。Q=276m3/s，u=設(shè)k=0.25。8月7日7.71583.1927.34159.448月8日7.96631.6425.37160.258月9日7.37520.323.641237.32511.3522.11113.06關(guān)閘期設(shè)k=0.07。7.51545.7822.08120.537.45534.7923.8127.29……………9月2日7.4525.7126.97141.78Q=209m3/s，u=設(shè)k=0.25。9月3日7.49542.124.37132.119月4日8.77801.4422.18177.769月5日8.63770.6820.33156.68……………6.95447.3910.8648.596.85430.8110.7746.4……………關(guān)閘期設(shè)k=0.07。6.56384.4131.51121.126.56384.4131.5121.16.58387.5331.24121.082.2河段內(nèi)污染物濃度變化模擬根據(jù)《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》，滁河六合段屬15m3/s＜Q＜150m3/s的中型河段，（1）關(guān)閘期。河段內(nèi)水流基本上處于停滯狀態(tài)，采用零維水質(zhì)模型式（3）計(jì)算。（2）開(kāi)閘期。采用一維恒定流式（2）計(jì)算，其中河段流量Q以開(kāi)閘期泄洪流量計(jì)。按實(shí)際工況應(yīng)用不同水質(zhì)模型逐日計(jì)算沿河至鐵路橋段COD見(jiàn)表2。2005年8月6日至9日及9月2日至23日滁河段將表3模擬的逐日COD與實(shí)測(cè)值繪于同一圖中，視模擬與實(shí)測(cè)兩者的擬合程度調(diào)整k，直至擬合較好時(shí)的k即為所取，見(jiàn)圖1，k取0.07(關(guān)閘期)，k取0.25(開(kāi)閘期)。同理通過(guò)實(shí)測(cè)TN與模擬的逐日過(guò)程擬合，見(jiàn)圖2，得k為0.05與0.25。采用同樣方法可以得到孔灣至沿河及鐵路橋至紅山窯閘兩河段的擬合過(guò)程，如圖3至圖6。歸納三河段在開(kāi)閘與關(guān)閘期的綜合衰減系數(shù)見(jiàn)表3。關(guān)閘期k＝0.07，關(guān)閘期k＝0.25COD/(mg·COD/(mg·L-1)圖1沿河－鐵路橋段COD模擬與實(shí)測(cè)對(duì)照關(guān)閘期k＝0.05，關(guān)閘期k＝0.25TN/(mg·LTN/(mg·L-1)圖2沿河—鐵路橋段TN模擬與實(shí)測(cè)對(duì)照關(guān)閘期k＝0.04，關(guān)閘期k＝0.25COD/(mg·COD/(mg·L-1)圖3孔灣－沿河段COD模擬與實(shí)測(cè)對(duì)照關(guān)閘期k＝0.04，關(guān)閘期k＝0.25TN/(mg·TN/(mg·L-1)圖4孔灣－沿河段TN模擬與實(shí)測(cè)對(duì)照關(guān)閘期k＝0.04，關(guān)閘期k＝0.25COD/(mg·COD/(mg·L-1)圖5鐵路橋－紅山窯閘段COD模擬與實(shí)測(cè)對(duì)照關(guān)閘期k＝0.04，關(guān)閘期k＝0.25TN/(mg·TN/(mg·L-1)圖6鐵路橋－紅山窯閘段TN模擬與實(shí)測(cè)對(duì)照表3合區(qū)滁河干流COD、TN綜合衰減系數(shù)k1/d水功能區(qū)CODTN關(guān)閘期開(kāi)閘期關(guān)閘期開(kāi)閘期孔灣至沿河段0.040.250.040.25沿河至六合鐵路橋段0.070.250.050.25六合鐵路橋至紅山窯閘段0.040.250.040.25平均值（采用）0.050.250.040.253合理性分析圖1～圖6表明，模擬與實(shí)測(cè)值的擬合情況并不十分理想，尤其是TN的偏離更大。這可能一方面是實(shí)際監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)較少，另一方面是污染物入河量的估算及年內(nèi)分配、污染物入河在時(shí)空上的不確定性、k本身受各方面因素制約而不穩(wěn)定以及水質(zhì)監(jiān)測(cè)誤差等諸多原因所致。為此，還需要對(duì)以上成果作合理性分析才能確定采用值。（1）從表3可知，COD與TN在開(kāi)閘期的k比關(guān)閘期大得多，這是由于關(guān)閘期間水體基本上不流動(dòng)，污染物的降解主要依賴(lài)水體自身的物理、生化作用，缺少水流的遷移稀釋?zhuān)婚_(kāi)閘后，河水具有一定的流速，與大氣接觸面大，曝氣充分，有利于污染物的氧化和降解，其自?xún)裟芰σ脖褥o水強(qiáng)得多。（2）影響k的因素主要有：水體的地形、微生物種類(lèi)與數(shù)量、復(fù)氧能力、水溫、流量、流速和污染物濃度等，這些因素在3個(gè)相鄰河段中應(yīng)大致相近，但沿河至六合鐵路橋段流經(jīng)城區(qū)，生活污水及工業(yè)廢水的排放量都較大，該河段長(zhǎng)度又較其余兩段短得多，因而水體受污染的程度較其他兩河段嚴(yán)重，從實(shí)際的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也可得到證明。據(jù)河南省水利廳郭金巨等在其省內(nèi)13條河流所作的，有關(guān)COD、NH3-N與k關(guān)系的大規(guī)模實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)水體中的污染物較少時(shí)，水體的自?xún)裟芰ν荒艹浞职l(fā)揮，使k偏小，隨著污染物濃度增大，在一定范圍內(nèi)k也隨之增大至最大值，之后由于好氧反應(yīng)減弱，k緩慢遞減并趨于穩(wěn)定。由此認(rèn)為沿河至鐵路橋段的COD與TN的k略大于其他兩段可能也是以上原因。（3）中國(guó)環(huán)境規(guī)劃院在《全國(guó)地表水水環(huán)境容量核定技術(shù)復(fù)核要點(diǎn)》（2004年）提出了水質(zhì)降解系數(shù)參考值見(jiàn)表4。表4水質(zhì)降解系數(shù)參考值水質(zhì)及水生態(tài)環(huán)境狀況水質(zhì)降解系數(shù)/d-1CODNH3-N一般河道湖泊水庫(kù)一般河道湖泊水庫(kù)優(yōu)（相應(yīng)水質(zhì)Ⅱ～Ⅲ類(lèi)）0.18～0.250.06～0.100.15～0.200.06～0.10中（相應(yīng)水質(zhì)Ⅲ～Ⅳ類(lèi)）0.10～0.180.03～0.060.10～0.150.03～0.06劣（相應(yīng)水質(zhì)Ⅴ類(lèi)或劣Ⅴ類(lèi)）0.05～0.100.01～0.030.05～0.100.01～0.03本次分析的河段水體水質(zhì)狀況屬于Ⅳ~(yú)Ⅴ類(lèi)，在關(guān)閘時(shí)的水文情勢(shì)近于湖泊水庫(kù)，所得綜合衰減系數(shù)k在上表推薦的參考值范圍內(nèi)，說(shuō)明成果具有一定的合理性。4結(jié)語(yǔ)本文以滁河實(shí)測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)率定模型參數(shù)，將2005年實(shí)測(cè)滁河六合站水位資料、水質(zhì)污染物初始濃度及設(shè)定的綜合衰減系數(shù)代入水質(zhì)模型，逐日模擬污染物濃度變化并與實(shí)測(cè)濃度值比較。經(jīng)過(guò)多次對(duì)綜合衰減系數(shù)的不同取值，取擬合程度較好的綜合衰減系數(shù)為采用值。所得綜合衰減系數(shù)k在相關(guān)技術(shù)