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基于TMDL的蟒河水质目标管理
基于TMDL的蟒河水质目标管理

1.研究背景

近日,为贯彻落实国务院《水污染防治行动计划》有关要求,强化水环境质量目标管理、系统全面的对城市黑臭水体治理,环境保护部公布了“十三五”期间全国343个水质需改善的国控单元信息,涉及29个省(自治区、直辖市),197个地级及以上城市,956个县(区、市)。

目前我国实行水质管理体系已经从目标总量控制逐步变为流域总量控制,并引进国际上的先进的管理方法TMDL。最大日污染负荷(TMDL)管理系统指的是在能够满足目标水体水质标准的前提下,水体对某种污染物的最大日容纳量,同时采取科学的手段措施控制水污染,确保研究水体可以满足相应的水质标准,是保护流域水质的一项重要管理措施。

基于此,我们使用基于Delft3D计算引擎的水环境数值模拟软件3EWATER,进行了蟒河流域水动力水质模拟,用TMDL方法对蟒河流域的水环境容量进行了研究。

蟒河发源于山西省阳城县,流经河南省的济源市、孟州市,分为两支,最后汇入黄河。

该地区乡镇企业比较发达,工业类型绝大多数为造纸、其次是冶金和化工,造成了蟒河水环境的严重污染,常年处于劣Ⅴ类水质,因此,对蟒河进行流域污染达标规划研究,进而提出黑臭水体治理措施,具有十分重要的意义。

2.研究目标

模拟评价蟒河干流常规水质指标COD_Mn和氨氮的水质状况,并借鉴美国TMDL计划的管理思想和技术,开展蟒河干流水环境容量研究,在此基础上,计算蟒河河段污染物削减量,提出基于最大日污染负荷的水质目标管理技术体系。

3.技术路线

基于TMDL的蟒河水质目标管理      

1 技术路线流程图

4.研究过程

1)        模型建立

本案例首先利用水环境数值模拟软件3EWATER中的GISFLOW和DELWAQ模块对蟒河河段进行水动力水质模拟,并进行水环境污染排放负荷核算,然后计算水环境容量,并针对结果进行污染物负荷分配和削减。

首先根据当前的污染负荷模拟出蟒河的当前水质(IV类),然后以模拟出的当前水质为初始条件,削减污染负荷,使得蟒河达到目标水质(III类)。

2)        模拟当前水质

首先建立模型模拟当前蟒河的水质。

基于TMDL的蟒河水质目标管理  2 蟒河的网格和地形示意图

主要考虑的污染物为COD_Mn和氨氮。

假定无污染源排放的时候,蟒河为II类水质(本底值),加入污染物排放后蟒河为IV类水质(现状值)。

在水库上游和水库附近设置污染源,在水库上游、水库附近和水库下游分别设置监测点,用以观测污染物的浓度变化。

3)        水环境容量计算

以上述水质模拟结果(IV类水质)为模型初始场,通过削减污染物的排放量,使得水域达到目标水质(III类水质),此时的排污负荷即为该水域水环境容量。

初始条件:上次模拟最后一个时刻污染物的浓度场;

边界条件:入流污染物浓度为II级水质标准,出流污染物浓度为III级水质标准;

污染物释放条件:削减之前的污染物排放浓度,使水质目标达到III类。

4)        结果分析

结果经过软件的渲染后,可以很直观地看出不同河段的污染物浓度变化过程。

基于TMDL的蟒河水质目标管理 图3 COD_Mn浓度变化前后对比图

基于TMDL的蟒河水质目标管理

4 氨氮浓度变化前后对比图

     5)        污染源负荷分配

1为最终计算得到的蟒河干流模拟水环境容量结果,表 2为计算的蟒河干流最大日污染负荷结果。最大日污染负荷是可利用水环境容量减去现状污染源排放量的差值。如果现状污染源排放量大于水环境容量,即最大日污染负荷为负值,也就是说,水域的污染排放需要削减,其削减量为两者的差值。下表可以看出目前蟒河各河段的污染负荷均超过水环境容量,需要进行削减。

1 蟒河干流模拟水环境容量结果

 基于TMDL的蟒河水质目标管理

2 蟒河干流最大日污染负荷结果

基于TMDL的蟒河水质目标管理 

6)        更多扩展

我们也可以考虑将可分配的污染负荷分配到点源和非点源,并考虑安全临界值和季节性变化,通过3EWATER软件,这些操作都非常方便快捷。最终选取出社会效益最大、成本最低的执行标准和实施方案。      

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