小清河干流水环境容量的计算

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山东环境/ 1998 年第 4 期 / 总第 85 期
□ 研究报告
小清河干流水环境容量的计算
● 济南自来水公司黄河水厂 董梅 ● 济南裕兴化工厂环保处 夏学梅 ● 山东省环境保护科学研究设计院 慕金波
计算项目的选择 小清河流域的主要污染物有 BOD5 、 CODc r 、 N H3 — N、 挥发酚和石油类 , 属有机污染型 。因此 , 以这五项水 质指标为水环境容量的计算项目 。 2 水环境容量计算模型 研究河流水环境容量的关键 , 在于建立比较准的描 述河流主要特征和污染物特性的水质数学模型 。 参照一 维河流 ( 河口) 有限段水质模型 , 给出 BOD5 、 N H3 — N、 挥发酚 、 COD c r 和石油类的水环境容量计算公式 :
- Qi
- 1 ,i
- 1
βi
- 1 ,i - 1 ,i
+ E’i ,
- 1 ,i
+ E’i
,i + 1
+ Vi Kl i , 当 j = i
时
αi
- E’i
当j =i - 1时 当j =i + 1时 对其余元素
,i + 1
+ Q iβi
,i + 1
,
式中 :Q i — 第 i 河段的净流量设计值 ,m3 / d ; Vl — 第 i 河段的体积设计值 ,m3 ; Δx i — 第 i 河段的长度 ,m ; Δx ij — 第 i 河段与第 j 河段的间距 ,m ; A ij — 第 i 河段与第 j 河段间的过水断面积设计值 ,m2 ;
当 j =i - 1时 当j =i + 1时 对其余元素
+ E’i + V i Kc i , 当 j = i
+ Q iβi
,i + 1
,
- Qi
- 1 ,i
- 1
βi
- 1 ,i - 1 ,i
+ E’i ,
- 1 ,i
,i + 1
时
αi
- E’i
当j =i - 1时 当j =i + 1时 对其余元素 时
+ Q iβi - Qi
- 1 ,i - 1
,i + 1
, + E’i ,
- 1 ,i
,i + 1 - 1
βi
- 1 ,i - 1 ,i
+ E’i
,i + 1
+ V i Kp i , 当 j = i
αi
- E’i
当j =i - 1时 当j =i + 1时
- 1 ,i - 1 ,i
,i + 1
+ Q iβi
1 ( 1) WB = GB ( 2) WN = MN ( 3) WP = L P ( 4) WC = RC ( WO = TO 5) 式中 , WB = ( WB 1 , WB 2 , …, WB n ) , WN = ( WN 1 , WN 2 , …, WN n ) , WP = ( WP 1 , WP 2 , …, WP n ) , WC = ( WC 1 , WC 2 , …, WCn ) ,WO = ( WO 1 ,WO 2 , …,WO n ) 分别为 BOD5 、 N H3 — N、 挥发酚 、 CODcr 和石油类 n 个河段的水环境容量向量 ; B = (B1 ,B2 , …,Bn ) ,N = ( N1 ,N2 , …,Nn ) , P = ( P1 , P2 , …, Pn ) , C = ( C1 , C2 , …, Cn ) , O = (O1 , O2 , …, On ) 分别为 BOD5 、 N H3 — N、 挥发酚、 CODcr 和石油类 n 个河段的水 质目标向量 ; G = ( gij ) nxn ,M = ( mij ) nxn ,L = (lij ) nxn ,R = ( rij ) nxn , T = ( tij ) nxn ,分别为 BOD5 、 N H3 — N、 挥发酚、 CODcr 和
区段 起始终止断面 睦里庄 - 马鞍山 济 马鞍山 - 五柳闸 五柳闸 - 还乡店 南 还乡店 - 大码头 大码头 - 鸭旺口 段 鸭旺口 - 辛 丰 小 计 淄 辛 丰- 孙 镇 博 孙 镇- 渡 口 滨 渡 口- 大 肖 洲 大 肖- 石 村 段 小 计 石 村 - 东王桥 东王桥 - 三 岔 东 营 三 岔- 候 辛 候 辛 - 八面河 潍 八面河 - 坨 基 坊 坨 基- 羊 口 段 羊 口- 河 口 小 计 干流 合 计 区段 起始终止断面 睦里庄 - 马鞍山 济 马鞍山 - 五柳闸 五柳闸 - 还乡店 南 还乡店 - 大码头 大码头 - 鸭旺口 段 鸭旺口 - 辛 丰 小 计 淄 辛 丰- 孙 镇 博 孙 镇- 渡 口 滨 渡 口- 大 肖 洲 大 肖- 石 村 段 小 计 石 村 - 东王桥 东王桥 - 三 岔 东 三 岔- 候 辛 营 候 辛 - 八面河 潍 八面河 - 坨 基 坊 坨 基- 羊 口 段 羊 口- 河 口 小 计 合 计
□ 研究报告/ 小清河干流水环境容量的计算/ 董梅等
Eij — 第 i 河段与第 j 河段间的纵向扩散系数设 计值 ,m2 / d ; Kli 、 K Ni 、 K Kci 、 K oi — 第 i 河段 CBOD 降解系 pi 、 数、 NBOD 降解系数 、 挥发酚降解系数 、 可降解 COD 降 解系数和可降解石油类降解系数的设计值 ,d - 1 ; αij 、 第i、 j 河段交界面上的加权系数 。 βij — 3 设计条件的建立 311 设计条件的三要素 设计时期为枯水期 , 设计时段为 30d , 设计保证率 为 90 % 。 312 水文和水力学因素的设计 所谓水文和水力学因素的设计 , 就是利用小清河干 流已有的水文和水力学因素的观测资料和成果 , 求出河 流各断面的设计流量 , 以及在设计流量时各断面的平均 流速 、 过水面积 、 水深 、 河宽等其它水文和水力学因素的 设计值 。 313 河段几何因素的设计值 在计算水环境容量时 , 还需要知道几何因素的设计 值 , 如设计河段长度Δx , 设计河段水体体积 V 和设计 河道底面积 S 。 其中 ,河段长度Δx 实际上与是否是设计 条件无关 ,而设计河段水体体积 V 和设计河道底面积 S 与设计流量 Q 有关 , 它们可以由断面几何因素的设计 值 ,如设计断面面积 A 、 设计河宽 B 、 设计水深 H 和设计 水力半径 R 求出 。 314 设计水温 结合设计流量所处时期 , 确定该时期的平均水温 值 。由于设计流量选取枯水期 , 则以水清河干流上每个 例行水质监测断面近 5a 枯水期水温测量结果的平均 值 ,作为本次水环境容量研究的设计水温 。 315 模型水质参数的设计 表 1 给出了 6 种模型参数的设计值 。 这 6 种模型参 数的设计 , 实际上就是设计水环境容量计算模型 ( 1) 至 ( 5) 中三对角矩阵 G 、 M、 R、 L 和 T 的矩阵元素 ( 第 1 行 和第 n 行各有两个元素除外) 。 表 1 小清河各河段模型参数的设计值
,i + 1
- E’i
当j =i - 1时 当j =i + 1时
- 1 ,i
+ Q iβi
,i + 1
, + E’i , + E’i
,i + 1 - 1
- Qi
- 1 ,i
- 1
βi
- 1 ,i - 1 ,i
,i + 1
+ V i Ko i , 当 j = i
对其余元素 时 当j =i - 1时 当j =i + 1时 对其余元素
,i + 1
+ Q iβi
,i + 1
,
Байду номын сангаас
其中 αij =
2△ xj 2△ x ij
βij = 1 - αij Δx ij = 1/ 2 (Δx i +Δx j )
E’
ij
解石油类所占百分比 。且
Q i αi g ij = - Qi - E’i 0,
,i + 1 - 1
=
Eij A ij △ x ij
BOD5 709 1273 2555 3237 3085 3752 14611 2152 318 1026 770 4266 223117 77141 184173 183168 21318 19217 1213 22981394 211751394 N H3 - N 33 66 134 213 154 86 686 142 21 163 83 409 311577 101481 25102 24187 28194 2611 164124 3111241 14061241 61764 121682 251706 321054 211886 311673 1301765 41745 21229 21029 11472 101475 11214 01403 01962 01957 11113 11003 613179 111971 1531211
河段 编号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
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内的水质目标 , 分述如下 : 近期 ( 1998 — 2000 年) , 济南 段出境水质达到 GB3838 — 88 中 Ⅴ 类标准 , 淄博 — 滨州 段出境水质达到 Ⅳ 类标准 ,东营 — 潍坊段出境水质达到 Ⅲ 类标准 ; 远期 ( 2001 — 2010 年) : 济南段出境水质达到 GB3838 — 88 中 Ⅳ 类标准 , 淄博 — 滨州段出境水质达到 Ⅲ 类标准 ,东营 — 潍坊段出境水质达到 Ⅱ 类标准 。 由上述水质目标 , 可以给出水环境容量计算模型 ( 1) 至 ( 5) 中水质目标向量 B 、 N、 P、 C 和 O。 5 水环境容量的计算结果 小清河干流在近期 ( 2000 年) 和远期 ( 2010 年) 水环 境容量的计算结果 ,分别见表 2 和 3 。 表 2 小清河干流各河段的水环境容量分布 ( 近期) 单位 :k g / d