河流水質模型綜合衰減系數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業的教學與科研工作。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業的教學與科研工作。（1.揚州大學水利科學與工程學院，江蘇揚州225009；2.江蘇省水文水資源勘測局南京分局，江蘇南京210008）摘要河流水質模型綜合衰減系數對計算水體的納污能力、預測未來水質、制訂污染物控制方案有著重要的影響。采用實測水文數據、污染物初始濃度及設定的綜合衰減系數代入水質模型，率定COD和TN的綜合衰減系數，并進行合理性分析，作為同類河道應用時的參考。關鍵詞綜合衰減系數納污能力水質模型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河流納污能力計算模型的選擇（1）對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模型以模擬污染物沿河段縱向的遷移，流經河段長L后的污染物濃度計算式[1，2]如下：（1）式中：為河段L末端的污染物質量濃度，mg/L；為河段初始斷面的污染物質量濃度，mg/L；為污染物綜合衰減系數，1/s或1/d；u為過水斷面平均流速，m/s。若將沿程入河的點源與非點源污染物概化為自一個排污口入河，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）對于水流基本上處于停滯狀態的河段和中、小型水庫、湖泊，可作為一個均勻混合的水體，其水質與污染物的入河位置無關，采用零維水質模型計算如下：（3）式中：、為起始時刻與t時刻水體污染物質量濃度，mg/L；V為水體容積，m3。2實例滁河源于安徽，入江蘇境曲折東流經南京市的浦口、六合區進入長江。滁河干流六合段全長73.4km，其中的主要水功能區有3個，即孔灣至沿河段、沿河至鐵路橋段和鐵路橋至紅山窯閘段，長度分別為16.7、3.5、12.5km。前者為保留區，后兩者分別為工業用水區和農業用水區。3個功能區的河段上、下游有控制樞紐工程。為保證區內灌溉、航運的需要，全年大部分時間關閘蓄水，僅在洪水期按工程控制調度預案有計劃啟閘泄洪。關閘期間河水基本上不流動，水質較差，只有在短時間內抽、引長江水入滁河，或由滁河輸水入灌區和支流徑流匯入等才引起河道水位變化。水功能區的水質目標已確定為Ⅳ類，但時有Ⅴ類及劣Ⅴ類的情況發生。2.1污染物入河量年內分配以滁河沿河至鐵路橋段水功能區為例說明計算過程。該區承受河段上游及區間支流的來水，隨區間徑流入河的非點源污染物主要來自水土流失、農田施肥、畜禽養殖、居民生活污水及城鄉地面廢棄物等，點源污染物則主要來自工業廢水的排放。經對2005年區間面積內各項污染物的COD及TN分別估算出年入河量后，再將其分配為月、日的入河量見表1、表2。表12005年沿河至鐵路橋水功能區COD入河量計算月份1月2月3月4月5月6月非點源COD量小計/t140.89140.89140.89245.59245.59245.59點源COD入河量/t252.36252.36252.36252.36252.36252.36COD合計入河量/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月非點源COD量小計/t371.23371.23371.23140.89140.89140.89點源COD入河量/t252.36252.36252.36252.36252.36252.36COD合計入河量/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計算表日期水位/m(m)蓄水量/萬m3(104COD/(mg·L-1)COD/t備注1月1日6.86432.462086.49水位為六合站實測值。C0=20mg/L根據實際監測數據確定。關閘期設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開閘期C0來自上一水功能區。Q=276m3/s，u=設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關閘期設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……………關閘期設k=0.07。6.56384.4131.51121.126.56384.4131.5121.16.58387.5331.24121.082.2河段內污染物濃度變化模擬根據《水域納污能力計算規程》，滁河六合段屬15m3/s＜Q＜150m3/s的中型河段，（1）關閘期。河段內水流基本上處于停滯狀態，采用零維水質模型式（3）計算。（2）開閘期。采用一維恒定流式（2）計算，其中河段流量Q以開閘期泄洪流量計。按實際工況應用不同水質模型逐日計算沿河至鐵路橋段COD見表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與實測值繪于同一圖中，視模擬與實測兩者的擬合程度調整k，直至擬合較好時的k即為所取，見圖1，k取0.07(關閘期)，k取0.25(開閘期)。同理通過實測TN與模擬的逐日過程擬合，見圖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程，如圖3至圖6。歸納三河段在開閘與關閘期的綜合衰減系數見表3。關閘期k＝0.07，關閘期k＝0.25COD/(mg·COD/(mg·L-1)圖1沿河－鐵路橋段COD模擬與實測對照關閘期k＝0.05，關閘期k＝0.25TN/(mg·LTN/(mg·L-1)圖2沿河—鐵路橋段TN模擬與實測對照關閘期k＝0.04，關閘期k＝0.25COD/(mg·COD/(mg·L-1)圖3孔灣－沿河段COD模擬與實測對照關閘期k＝0.04，關閘期k＝0.25TN/(mg·TN/(mg·L-1)圖4孔灣－沿河段TN模擬與實測對照關閘期k＝0.04，關閘期k＝0.25COD/(mg·COD/(mg·L-1)圖5鐵路橋－紅山窯閘段COD模擬與實測對照關閘期k＝0.04，關閘期k＝0.25TN/(mg·TN/(mg·L-1)圖6鐵路橋－紅山窯閘段TN模擬與實測對照表3合區滁河干流COD、TN綜合衰減系數k1/d水功能區CODTN關閘期開閘期關閘期開閘期孔灣至沿河段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，模擬與實測值的擬合情況并不十分理想，尤其是TN的偏離更大。這可能一方面是實際監測的數據較少，另一方面是污染物入河量的估算及年內分配、污染物入河在時空上的不確定性、k本身受各方面因素制約而不穩定以及水質監測誤差等諸多原因所致。為此，還需要對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在開閘期的k比關閘期大得多，這是由于關閘期間水體基本上不流動，污染物的降解主要依賴水體自身的物理、生化作用，缺少水流的遷移稀釋；開閘后，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，其自凈能力也比靜水強得多。（2）影響k的因素主要有：水體的地形、微生物種類與數量、復氧能力、水溫、流量、流速和污染物濃度等，這些因素在3個相鄰河段中應大致相近，但沿河至六合鐵路橋段流經城區，生活污水及工業廢水的排放量都較大，該河段長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重，從實際的監測數據也可得到證明。據河南省水利廳郭金巨等在其省內13條河流所作的，有關COD、NH3-N與k關系的大規模實驗表明：當水體中的污染物較少時，水體的自凈能力往往不能充分發揮，使k偏小，隨著污染物濃度增大，在一定范圍內k也隨之增大至最大值，之后由于好氧反應減弱，k緩慢遞減并趨于穩定。由此認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）中國環境規劃院在《全國地表水水環境容量核定技術復核要點》（2004年）提出了水質降解系數參考值見表4。表4水質降解系數參考值水質及水生態環境狀況水質降解系數/d-1CODNH3-N一般河道湖泊水庫一般河道湖泊水庫優（相應水質Ⅱ～Ⅲ類）0.18～0.250.06～0.100.15～0.200.06～0.10中（相應水質Ⅲ～Ⅳ類）0.10～0.180.03～0.060.10～0.150.03～0.06劣（相應水質Ⅴ類或劣Ⅴ類）0.05～0.100.01～0.030.05～0.100.01～0.03本次分析的河段水體水質狀況屬于Ⅳ~Ⅴ類，在關閘時的水文情勢近于湖泊水庫，所得綜合衰減系數k在上表推薦的參考值范圍內，說明成果具有一定的合理性。4結語本文以滁河實測水質數據率定模型參數，將2005年實測滁河六合站水位資料、水質污染物初始濃度及設定的綜合衰減系數代入水質模型，逐日模擬污染物濃度變化并與實測濃度值比較。經過多次對綜合衰減系數的不同取值，取擬合程度較好的綜合衰減系數為采用值。所得綜合衰減系數k在相關技術