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1、水利学报2009年2月SHUILIXUEBAO第40卷第2期文章编号:0559-9350(2009)02-0194-07中国北方河流环境容量核算方法研究1121杨杰军,王琳,王成见,黄绪达(11中国海洋大学环境科学与工程学院,山东青岛266100;21青岛市水环境监测中心,山东青岛266071)摘要:中国北方河流径流量较小、季节性变化较大,为准确核算其水环境容量,把河道水体按上游到下游划分为河道、拦河闸水体和感潮河段3种类型水体,其环境容量之和为河流的环境容量。对不同的水体分别运用河流一维水质模
2、型、湖库均匀混合模型和河口一维水质模型确定这3种水体的环境容量。本文以大沽河为例,采用实测的水质、水文数据资料,建立了流速和流量、综合衰减系数和流速之间的相关关系,分别计算各类水体的环境容量。计算结果表明,拦河闸水体和感潮河段的环境容量占河流总容量的80%以上,是河流水环境容量的重要组成部分。关键词:北方河流;水质模型;水环境容量;拦河闸中图分类号:X26文献标识码:A1研究背景[1]水环境容量是指水体在设计水文条件和规定的环境目标下所能容纳的最大污染物量。在理论上,水环境容量反映了污染物在水体
3、中的迁移、转化和积存规律,也反映了特定功能条件下水体对污染物的接纳能力。在实践中,水环境容量是水质目标管理的基本依据,是水污染控制规划的主要约束条[2-3]件,也是污染物总量控制的关键参数。我国于20世纪70年代后期引入水环境容量的概念,现已陆[4-6]续在很多河流上开展了水环境容量的研究工作,并取得了不少研究成果,但研究对象多数以径流量较大的河流为主,对于径流量较小的北方季节性河流的水环境容量的研究则较少。我国北方河流径流量以降水补给为主。受北方降雨量季节性变化影响,河流径流量的季节性变化较大
4、:夏秋季节雨量丰沛,径流量较大;冬春季节降雨较少,径流量小或断流。同时,水域管理部门为了拦蓄地表水资源,在河道上建有拦河闸,使河流的水力特性发生了较大变化。水力特性的变化和径流量[7-9]的不稳定,为研究这些河流的水环境容量增加了难度。资料显示,目前对北方河流水环境容量的研究主要是运用一维或者二维单一水质模型进行计算分析,在同一条河道上组合运用不同水质模型的研究很少。大沽河属于典型的北方季节性河流,河流主要径流量发生在汛期(6月)9月),枯水期(10月)次年5月)径流量较小或断流;多年(1975
5、)2005年)的水文监测资料显示,大沽河每年的平均断流时间为20d。根据季节性河流特点,为提高水资源利用率,大沽河108km长的河段上建有10座拦河闸,拦河闸之间的平均距离只有12km;小沽河建有1座拦河闸;洙河建有4座拦河闸。拦河闸的建设在拦蓄地表水、补充地水的同时,改变了天然河道的水流特性,使得拦河闸上游部分水体类似小型水库。研究区域水系及拦河闸分布见图1。本文以青岛市大沽河及其一级支流小沽河和洙河为研究对象,根据水功能区划和水质保护目标,针对河流径流量季节性变化大以及河道上存在河道、拦河闸
6、和感潮河段不同水力特性水体的现状,探索一收稿日期:2007-12-26基金项目:教育部重大专项资助(106105);青岛市水利局重点支持项目(20060016)作者简介:杨杰军(1981-),男,山东平度人,博士生,主要从事水资源可持续利用、水环境保护研究。E-mail:qdyangjiejun@163.com)194)图1研究区域水系及拦河闸分布种新的水环境容量计算模式,为有效控制水体污染、保护水资源提供科学合理的依据。2设计条件211水文条件水文条件是决定水环境容量的最重要因素之一,尤其是北
7、方地区水文条件年内和年际[10]变化很大。设计水文条件的确定,反映了水质保护目标的安全系数。根据大沽河季节性变化特性,[11]从实际情况考虑选取不为零的最小月平均流量作为样本进行设计水文条件计算。大沽河流域5处水文站都具有长系列(1975)2005年)径流资料(不为零的最小月平均流量),采用矩法计算系列均值和Cv、Cs值。经P-Ó型频率曲线适线后得到50%、75%、90%保证率对应的设计流量。212控制指标采用单指标评价法对研究区域内各水功能区进行现状水质评价发现,全年平均水质达到Ó类标准的水功
8、能区有3个,达到Ô类标准的水功能区有3个,达到Õ类标准的水功能区有1个,达到劣Õ类标准的水功能区有3个。超标项目主要有CODMn、BOD5、氨氮、总磷、溶解氧。结合5全国水资源综合规划技术细则6,本研究所选用的控制指标为CODMn和氨氮。213水质目标水质目标是指根据水体使用功能而设定的水质最低值。研究区域共划分饮用水源区、工业用水区、农业用水区、过渡区、景观娱乐用水区和排污控制区6种。各功能区水质目标采用5地表水环境质量标准6(GB3838-2002)。研究区域水功能区划及水质目标见表1。3水