上塘河引调水改善河流水质效果研究

2016-10-17王留锋郑州市水利建筑勘测设计院

河南水利与南水北调 2016年8期

□王留锋（郑州市水利建筑勘测设计院）

上塘河引调水改善河流水质效果研究

□王留锋（郑州市水利建筑勘测设计院）

由于我国河流网络密布的特点，所以河流的流向呈现出复杂的特性，从其他地方引调水改善河流水质就受到众多的约束。根据河流的污染状况合理进行引调水工作，能够在完成改善水质任务的同时，获得最大的经济利益，实验证明阶段性引调水方式能够产生最好的效果。文章主要探讨引调水改善河流水质的效果，通过特定的研究对象分析，给出引调水改善河流水质的效果。

D H I专业水资源分析软件模型；引调水；改善水质；河湖连通

0　前言

引调水是改善河流水质的方式之一，也是在短时间内使河流水质达标的最有效方式。但我国的平原地带河流众多，在河流流动过程中会出现河水回流、水流受阻水位升高的现象，所以在进行引调水过程中要综合考虑多方面因素制定出合理的引流方案。文章主要运用DHI专业水资源分析软件，对我国平原地带河流引调水所产生的不同情况进行分析，主要分析河流污染物浓度指标。通过分析一系列的河流污染物浓度指标，给出区域河流的水质结果。

1　平原河流的引调水案例分析

河流水质问题是我国存在的主要环境污染问题，而河流水质的管理又是需要长期努力的工作。根据相关河流水质监测部门的检测数据，得出：目前在我国检测的河流领域中，河流水质为IV-劣V类水质的河流长度占总河流长度的40%左右。农村相对城市而言河流水质的情况较好，城市由于重污染工业的集聚，导致河流水质严重不达标。城市中的内河、平原地区河流、乡镇地区河流，在重工业过度排放中受到严重污染。所以我国的水资源管理部门才开始实施引调水改善河流水质的管理模式，通过河流、水库的闸道对主要河流进行管控，将污染严重的水源引入专门改善水源的区域，然后将达标水源灌入受污染的河流区域，最终完成污染河流的治理工作。引调水通过处理污水、注入清水、持续供水、水资源循环的管理模式，从根本上改善水资源的水质情况。

文章以我国平原地区的上塘河作为主要研究案例，上塘河是所有平原河流中的代表，该研究对象能够起到普遍性的作用。上塘河主流长度达到15.50 km，在上塘河流经的区域有着较多的水闸、泵站、节制闸，能够通过闸道控制水流的流量与流动方向。原来的上塘河水流流量小、水质的污染程度高，需要实施引调水进行处理。城市东部具有多个引调水闸道，引调水通过闸道控制缓缓流入上塘河流域，上塘河在经过长时间的引调水方案实施后，水质得到明显的改善。运用DHI专业水资源分析软件，对上塘河流域引调水水量、引调水时长、引调水管理模式等进行分析，用准确的数据表明上塘河流域的引调水质改善情况。通过分析得出：在对上塘河流域进行短时间引调水供水后，上塘河流域水质得到明显改善；而长时间供水所达到的水质效果，与短时间供水的效果没有明显差别。因此选取短时间的引调水方案不仅能够改善水质，也能够节约水资源，还能大大提高引调水效率。所以不定时的对污染河流进行引调水工作，会获得良好的经济效益与环境效益。

2　引调水模型选用和参数率定

在河流引调水改善水质的研究中，DHI专业水资源分析软件起到巨大的作用。在北京奥运会流水模拟、上海世博会的水体突发事件模拟、各地区水质管理、城市洪水管理中，DHI专业水资源分析软件都能起到巨大的作用。DHI专业水资源分析软件主要是建立起DHI模型，管理人员能从DHI模型中了解到河流水质的具体情况，也能实时预测未来河流水质变化情况。在对上塘河流域不同区域的水质、水位、水流流量进行检测后，运用DHI专业水资源分析软件模拟上塘河在引调水过程中水流的情况。DHI专业水资源分析软件主要分析水流运行的路径、以及污染水流与污染物的流动情况，主要有以下几方面：建立出降雨过程的河流水流流动模型，模拟河流水流的水量与流动方向；建立河流水流不同区域水流速度模型，对不同地区流速进行统计。经过实地检测发现：上塘河流域存在的主要污染物为高锰酸盐，该地区的高锰酸盐含量严重超标。根据检测到的各区域水位流量、高锰酸盐浓度资料，比较水动力模型参数、水质模型参数与标准参数存在的差别。

上塘河流域的不同地区有着不同的水动力模型参数，根据上海、太湖平原降雨过程中河流的径流模型，分析上塘河流域河流的流动情况。我们从最终水位过程线、调查水位过程线两者的拟合误差中，选择误差最小的数据作为最终数据。其中将坡面流系数CQOF设为0.48，时间步长取为5 s，空间步长模型则是根据不同地区的河流情况进行设定。上塘河流域河流的上边界以流量过程为准，下边界以水位过程为准，同时考虑检测过程中的涨水情况与气象情况进行综合分析。采用试错法对参数进行率定，即通过调试各河道的糙率，计算水位过程线，使其与实测水位过程线相吻合。

由于河流的流动以纵向流动为主，所以河流中污染物在水流中的扩散也以纵向扩散系数为主要记录数据。在平原中上塘河流域的纵向扩散相比于横向扩散较弱，所以水质模型参数分析中上塘河流域纵向扩散系数需要控制在10～15m2/s间的差异。根据建立的水流水质模型，统计不同闸道处水资源的高锰酸盐浓度，将所有的高锰酸盐浓度取平均值，再与标准数据进行比较。根据数据计算得出：实际测试的高锰酸盐浓度结果与标准数值相比，存在着5.50%～15.50%的偏差。在水流变化较为复杂的平原地区，该偏差的比例较小，而其他非平原地区高锰酸盐浓度偏差较大。

3　引调水改善水质效果分析

根据DHI专业水资源模型，模拟引调水对不同区域河流水质的影响。假设开始时上塘河流域的高锰酸盐浓度为10.00mg/L，引调水的高锰酸盐浓度为2.00mg/L。若引调水闸道释放后水流流量为8m3/s，计算24h连续性引调水的水流量，计算12 h阶段性引调水的水流量。同时也计算24 h连续性引调水后，河流中高锰酸盐浓度；计算12 h阶段性引调水后，河流中高锰酸盐的浓度。然后再将水流流量增大至12，16m3/s，计算相关数据的变化情况。通过分析得出：在连续性引调水、阶段性引调水等多种引调水方式下，河流中高锰酸盐浓度都有着不同程度的下降。当引调水的水流时长变长、水流流量增大后，河流中高锰酸盐的浓度下降明显。

通过分析水流流量为8m3/s的连续性引调水和阶段性引调水，得出的高锰酸盐浓度值为3.39和3.40mg/L；水流流量为12m3/s的连续性引调水和阶段性引调水，高锰酸盐浓度值2.60和2.71mg/L。所以连续性引调水、阶段性引调水在改善河流污染物浓度中，不存在明显的差别。所以我们选用的阶段性引调水管理方案，能够在节约水资源与经济效益的前提下，达到同等的治理效果。

4　最佳引调水方案选择

以上的研究结果表明，阶段性引调水能够使用最少的水量，达到改善水质的效果。所以在进行引调水的过程中，需要适时安排连续性引调水、阶段性引调水的工作内容，以保证企业获得最大经济效益。将引调一定水量的河流污染物浓度下降值为标准数值，设置原来的河流污染物浓度为10.00mg/L。根据DHI专业水资源分析软件，计算出不同引水水量、不同模式下引调水效率数值。

表1分析表明：在不同模式与不同引水水量的情况下，引调水效率处于0.01～0.03mg/(L·万m3)的范围。从表格中可以看出，12 h的阶段性引调水的引调水效率最高，所以可以采用引水水量8m3/s、12h的阶段性引调水模式进行引调水工作。同时在引调水过程中，还要考虑引调水总量、河流污染物浓度下降值等多方面的问题，找出最佳的引调水实施方案。