水电站建设对河流水质影响的模型分析与研究

2022-09-11

冷水江市位于湖南省的中部, 资江中游, 资江从市区穿流而过, 是冷水江市目前城市供水的唯一水源。根据资江流域梯级开发规划和国民经济对洁净能源的巨大需求, 冷水江市拟在资江干流建设浪石滩水电站。由于水电站上游有金信化工排污口、冷水江碱厂排污口、金竹山电厂排污口、金竹山实业公司排污口、大建煤矿排污口及多个居住区生活污水排污口向资江排放未经处理的污水, 使得此段河流受到较为严重的污染, 水质常常超过饮用水水源水质标准。

本文根据冷水江市近几年的河流水质监测数据、城市规划数据、重点污染源水质分析数据和其他相关资料, 采用二维河流水质模型就水电站建设对河流水质的影响进行了定量分析, 确定了水电站建设对自来水厂取水口的原水水质影响程度。

1 模型分析

1.1 水质模型选择

污染物与河水的混合沿着纵向 (河流方向) 、横向 (河宽方向) 、竖向 (河深方向) 进行。一般情况下, 河宽比河流水深大的多, 竖向混合在较短的距离内即完成, 因此可采用二维水质模型来描述浅水河流污染物的浓度场分布[1]。本文根据污水排放情况及受纳水体的水文条件, 采用二维河流稳态水质混合模型计算污染物浓度分布, 其基本方程为[2]:

若只考虑一次镜像作用, 且考虑环境中污染物的本底浓度, 则上式的解为[3]:

1.2 参数的确定

1.2.1 污染物衰减系数K

根据多年的河流水质监测资料, 经计算得:

K石油类=0.03;K挥发酚=0.0475;KCOD=0.09;K氨氮=0.14;

1.2.2 横向扩散系数EZ

横向扩散系数的EZ由泰勒公式推求, 计算公式为:

经计算得:Ez=0.5m/s

1.2.3 背景浓度

根据冷水江市环保局下属的环境监测站多年检测成果, 枯水期上游 (球溪) 断面的各类污染物平均浓度分别为:石油类浓度为0.16mg/L, 挥发酚浓度为0.0056mg/L, NH3-N浓度为0.5 3 9 8 m g/L, C O D浓度为1 6 m g/L。

1.2.4 排污口分布及排放浓度

排污口分布:金信化工排污口下距取水断面11700米, 金竹煤矿排污口下距取水断面10000米, 碱厂和大建煤矿排污口下距取水断面5400米, 自来水厂取水断面下距坝址1200米。

(1) 工业污水。自来水厂取水断面上游有许多企业, 由于金信化工、金竹煤矿、碱厂、大建煤矿四个企业的排污量占取水断面上游工业污水的95%以上, 因此我们忽略了其他企业的排污量。以企业多年平均工业用水量的80%作为企业的工业废水排放量, 然后对各企业排放口的石油类、挥发酚、NH3-N、COD浓度及流量进行多次实测取其加权平均值作为企业的排污浓度, 企业有多个排污口, 为方便计算, 视其为一个排污口。

(2) 生活污水。根据城市规划资料, 假设该区生活污水集中排放, 按人均日污水量100L, 时变化系数为2.0, 污水水质采用COD400mg/L, 氨氮25mg/L。禾青镇现有人口27800人, 则禾青镇生活污水COD和氨氮源强分别为25.74g/s和1.609g/s。金竹山乡现有人口14000人, 则金竹乡生活污水COD和氨氮源强分别为12.96g/s和0.81g/s。毛易镇及沙塘湾镇现有人口36836人, 则毛易镇及沙塘湾镇生活污水COD和氨氮源强分别为34.1g/s和2.132g/s。