（环境工程专业论文）长江南京段水污染控制及水源地水质达标分析.pdf

a b s t r a c t g t z e 黜v e ri so n eo f l em o s t 硫p o r t a i l t 向u n t a i l l l l e a d so f 嘶i l l ( i n gw a t 盯a n d p r o t e c t i n g m 舀z er i v e ri sd i r e c t l yc 0 衄e c t i n gt 0m e 鼬e r o fn a u n l j i n gc i 啦b a l s e d o na 1 1 a l y z i n gt 1 1 eh y d r 0 1 0 舀cc h a r a c t 嘶s t i c sa i l dc u 嬲l tw a t e re n v i r o 姗e n ts i t u a t i o no f t h e 向u i l t a i n h e a d so f “i l l ( i n gw a t t h ep a p e rr e a c h e dt h ec a l c u l a t i n gm e t h o do f q u a n t i f i c a t i o no fp 0 1 l u t a n tc a n 蜘n gc a p a c i t ya n dp o l l u t a mq u a i l t i t y t o 吼t e rt h e y 抽昏z e 鼬v e ra n dm ew a yt oi i n p r o v et h ew a t e rq u a l i t y ，p r o v i d i n gt h et e c m c a l s e c u r i t yf o rs e t t i n gd o w na n di m p l e m e n t i n gt h ee n “r o m n e n t a lp r o 黟a m m i n g t h ed i s s e n a t i o ne s t a b l i s h e dt h eu n s t e a d yh y d r a u l i c sa n dw a t e rq u a l i t yn u m e r i c a l m o d e l s ，t or e s e a r c ht h eq u a n t i 6 c a t i o no fp o l l u t a n tc a n 扔n gc 印a c i t yo ft h ey a n 百z e r i v 既a c c o r d i n gt ot h ed a t ao ft h es o u r c eo ft h ep o l l u t a l l ta j l dt h es t r e a md r a i n a g e s i t u a t i o n ，m ed i s s e n a t i o nc a l c u l a t e dt h ep o l l u t a n tq u a n t i t yt oe n t e rt h ey a n 垂z er i v e r a n dr e d u c t i o n 撇o u n to fc o n t a m i n a t i o n a tt h es 锄et i m e ，t h ep a p e ra n a l y z e dt h e s o u r c eo fm ep o l l u t a n ta r o u n dt h ef o u n t a i n h e a d so fd r i r i l ( i n gw a t e ra i l dt h ec u r r e n t w a t e re n v i r o n m e n ts i t l l a t i o n ，m ew a t e rq u a l i t yo ft h ew a t e rs o u r c ep r o t e c t i o na r e aa r e a i l a l y z e d a n dt h ec o n t r 0 1 l i n gp r 0 莎硼衄i n ga 1 1 dt a 唱e ts c h e m eo ft h ew a s t e w a t e r t r e a t m e n te 伍c i e n c y a tl a s ti tp u l io u tt h er e c t i 矽s c h e m eo ft h ew a t e rs o u r c e p r o t e c t i o na r e ao f y 缸g t z em v e r i nn a n j i n gc i t y k e yw o r d s ：q u a l l t i 6 c a t i o n o fp 0 1 l u t a n tc 锄呖n g c a p a c i t y ；w a t e r s o u r c e p r o t e c t i o na r e a ；y a n 酵z e 砒v e r ；n 枷i n gc i t y 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工 作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：壹煎垩 纱易年6 月，2 日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期 刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文 档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允 许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权 河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： 重茎1 玺 游占月i 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 问题的提出及其研究意义 水是人类社会赖以生存和发展不可替代的自然资源，具有很强的区域性和时 间性 1 1 。随着社会经济的发展，以及近年来水污染事件的不断发生【2 4 1 ，全社会 对水安全保障的要求不断提高，人与自然和谐相处已成为社会发展的本质要求， 也是需要深入研究的重要课题1 5 。 长江是我国第一大河流，全长6 3 0 0 多k m ，流域面积1 8 0 万k m 2 。具有航运、 供水、灌溉、发电、水产、排洪和旅游等多种功能，素有黄金水道之称。年径流 总量为9 2 9 2 亿m 3 。江苏省界以上的大通水文站，最大流量为9 2 6 0 0 m 3 s ，最小流量 为6 0 2 0 m 3 s ，多年平均流量为2 8 9 0 0 m 3 s ，多年来水量充沛，是沿江两岸城市的最 重要的饮用水源地。南京地处长江下游平原，位于长江三角洲的顶点，位居长江 三角洲的顶点，东望黄海，西达荆楚，南攘皖浙，北接江淮，地理位置优越，水 资源丰富，工业基础雄厚，历史文化悠久，是长江中下游的重要中心城市。长江 下游南京河段自西南向东北贯穿南京市境。南京长江岸线长达1 9 8 k m ，城北、城 南主要的工业生活用水取水口均设置在长江两岸。长江在南京城市发展的过程中 起着非常重要的作用，在今后的发展中更是重要的主导因素【6 l 。 目前，长江南京段水质较好，但由于长江岸线利用存在规划不合理的情况， 沿岸地区城镇密集，大量工业废水、生活污水和港口码头废水排入长江，使长江 水域形成近岸污染带，水质逐年下降趋势，严重威胁人群身体健康。如果不及时 做好长江沿岸地区水源地的规划与保护工作，将很难保证今后地区经济的可持续 发展【。 1 2 国内外研究背景及发展 1 2 1 水源地研究进展 近年来，水源地安全问题引起了越来越多的关注，一些专著也相继问世旷1 5 】， 其中逢勇、崔广柏、姚琪、胡风彬【1 2 1 对长江江苏段各主要水厂水源地进行社会之 可达性研究。逢勇、赵棣华、姚琪【1 5 】等人在进行长江江苏段水质可达性研究的同 时，提出了为了保证长江区域供水水源地的安全性，必须对长江岸线稳定性及水 质达标可行性等问题进行进一步的研究。王丽红、王开章、刘锋范、孔，j ：l 亮【8 】 长江南京段水污染控制及水源地水质达标分析 对水源地安全的基本内涵从水量、水质、脆弱性以及生态环境等角度分别进行了 论述，并总结出饮用水源地现状安全存在的问题以及对策建议。衣强【9 】采用模糊 二级综合评价的方法评定饮用水水源地安全等级，并且在评价过程中对水质风 险、水量安全等评价邓加的确定采用了定性评价的方法，这种方法不仅考虑到了 评价过程中的模糊性，同时可以综合全面的反映出不同等级指标的安全情况。 1 2 2 水资源保护规划研究进展 1 2 2 1 国内水资源保护规划的进展 我国的水资源保护规划从新中国成立初期已经开始，此时处于探索阶段。 到了2 0 世纪7 0 年代，已把水资源保护规划工作作为流域规划的一项重要内容。 从1 9 7 9 年开始，先后颁布了中华人民共和国环境保护法、中华人民共和国 水污染防治法、中华人民共和国水法，颁布了工业废水排放标准、地表 水环境质量标准等。环境保护行政主管部门会同有关部门制定了水资源保护的 条例、规定、标准和技术经济政策，使水环境标准工作有了法律依据和保证。1 9 8 3 年开始，各流域机构会同省市的水利、环保部门开展了长江、黄河、淮河、松花 江、辽河、海河、珠江七大水系得流域水资源保护规划。至1 9 8 8 年底，七大江 河流域水资源保护规划先后制定完成【1 6 1 。2 0 0 0 年2 月，水利部以关于在全国 开展水资源保护规划编制工作的通知( 水资源【2 0 0 0 5 8 号) 向各流域机构、省、 自治区、直辖市水利厅( 局) 部署了水资源保护规划编制工作，并同时下发了“全 国水资源保护规划技术大纲 和“水功能区划技术大纲”，七大流域机构先后编 制完成了各流域水资源保护规划。2 0 0 2 年8 月2 9 日，中华人民共和国水法 经第九届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议于修订通过，江泽民主席 以7 4 号主席令正式颁布，自1 0 月1 日起施行。这是我国水利事业一件具有里程 碑意义的重大事件。水法确立了江河、湖泊的水功能区划制度及排污口管理 制度，在水资源保护方面提出了3 个新的、基本管理制度：即水功能区划、入河 排污口的监督管理、饮用水水源地的保护制度【 18 1 。 随着水资源保护工作的进展和规划工作的深入，国内大专院校、科研、设计 院等单位开展了水资源保护综合性研究项目。取得了大量研究成果。包括水科院 水资源所完成了区域水环境规划方法研究、河海大学参与完成了太湖水系 水质保护研究、苏州河污染综合防治规划研究、苏州市水污染综合防治规划 2 第一章绪论 研究等，长江水资源保护局完成了长江武汉江段水污染防治规划研究、南 水北调引江东线方案水资源保护可行性研究、大清河水系水资源调节与保护的 研究。研究坚持从流域或地区社会、经济、环境大系统的实际情况出发，以应 用研究为主；坚持治理污染源和河流综合整治并重的原则，采用系统分析方法和 生态观念相结合的技术路线，应用物理、化学、生物学及系统工程学科的理论和 方法，建立具有模拟计算功能的水利模型和水质模型，合理确定环境目标，提出 适合国情的水环境保护措施，以求建立流域或区域新的稳定生态系统，为综合整 治提供了科学依据 1 6 】。 1 2 2 2 水资源保护规划的基础水功能区划分和污染总量控制 水功能区划就是通过在流域范围内，按照水资源可持续发展的要求，根据国 民经济发展规划和水资源综合利用规划，划定各水域的主导功能和功能顺序，确 定水域功能不遭破坏的水资源保护目标。根据水功能区划确定的水域功能、该功 能对水质的要求和水体的自然净化能力，核定水域纳污能力。按照水域纳污能力 与现实排污状况确定限制排污总量，作为水污染防治的依据。 为了控制水污染和恢复污染水体的水质功能，必须对污染源进行防治。目 前，世界上大部分的国家和地区制定的环境标准越来越严格，发达国家的污染控 制对象已转向微量有毒有机物，致力于受污染水体水质功能的恢复。而广大发展 中国家的污染控制对象仍然停留在耗氧有机污染物、氮、磷营养物等水平上，而 且还在艰难地控制水污染加剧的趋势9 2 4 】。 总量控制是很有效的防治污染的行政手段。美国是实施总量控制比较完善的 国家，建立了由联邦制定基本政策和排放标准，由州实施的强制性管理制度，基 本上完成了以基于污染控制技术的排放标准管理为主，以水质标准管理为补充， 以总量控制和排污证为主要内容的水污染防治机制。根据经济合作与发展组织的 调查，瑞士是城市污水处理最好的国家，目前建有2 0 0 多座城市污水处理厂， c o d 和主要污染物负荷大大降低，去除率达到9 0 以上。近几年，瑞典实施广 泛的氮削减总量控制计划，到2 0 0 0 年3 0 3 5 的城市污水处理厂设有除氮工艺 过程，使氮的排放量在19 8 5 年的基础上削减4 0 ，并且将水体酸化及水体富营 养化列为重点解决的1 3 个环境问题中的两大重点问题 2 5 2 8 1 。 1 2 3 水流水质模拟研究进展 长江南京段水污染控制及水源地水质达标分析 水质模型是定量描述污染物在水体中迁移转化规律的数学方程。应用水质模 型的数学方程，可定量地进行水环境质量的模拟和预测，有助于了解污染物的运 动规律，而且省时、经济。国内外的学者在这方面做了很多工作【4 刀。 由此可对区域开发或建设项目进行水环境影响评价；进行水环境容量【3 9 1 、 污染物允许排放量的计算；制定区域水环境总量控制方案或控制规划；实施水环 境目标管理等。 最早发展的水质模型是1 9 2 5 年由美国的两位工程师s 仃e e t e r 和p h e l p s 提出 的氧平衡模型，即经典的s 仃e t 昏p h e l p s 水质模型f 4 8 】。自水质模型诞生以来，其 发展工程基本上可以分为3 个阶段【2 9 】： 第一阶段：1 9 2 5 19 8 0 年，该阶段研究对象仅为水体水质本身，开始主要研 究受点污染源严重的河流系统，面源污染仅作为背景负荷； 第二阶段：1 9 8 0 1 9 9 5 年，该阶段水质组分数量有所增长，水动力模型被纳 入多维模型系统，面污染源被连入初始输入； 第三阶段：1 9 9 5 至今，该阶段增加了大气污染模型，能对来自流域的负荷 进行评估，对将边界条件连接到水体外负荷的工作正处于研究中。 经过7 0 多年的研究发展，以及国内外学者在数值模拟方面的大量研究工作 得出的成果，河流水质模型现已能描写o 、n 和p 循环、能考虑近l o 个状态变 量的q u a l 2 e 模型，以及能够考虑悬浮固体、藻类、无脊椎动物、植物和鱼类 的生态系统模型。随着不确定性分析方法、地理信息系统以及虚拟现实等方法技 术的不断发展及河流水质模型的进一步结合，极大地促进了河流水质模拟和水环 境管理技术的先进性和现代化。 1 3 研究区域概况 1 3 1 自然环境与社会经济概况 1 3 1 1 地形地貌 南京市位于北纬3 1 0 1 4 3 2 。3 6 ，东经1 1 8 0 2 27 l1 9 0 1 47 。南京地处中国长江 下游平原，处于国家生产力布局中最大的经济核心区长江三角洲。南京市辖区 总面积6 5 8 2 3 1 平方公里，其中市区面积4 7 2 3 平方公里，地形以低山、丘陵为 骨架，以环状山、条带山、箕状盆地为主要特色，组成了一个低山丘陵、岗地和 平原、洲地交错分布的地貌综合体。南京市区坐落在秦淮河与长江共同作用形成 4 第一章绪论 的高河漫滩上，为一河谷盆地。宁镇山脉逶迤于市区并分成东、中、南三支切近 城市边缘或楔入城区，形成市区三面环山一面临江的地势，呈一向西北开口的簸 箕状。 1 3 1 2 气象水文 南京地处中纬度大陆东岸，属北亚热带季风气候区，具有季风明显、降水丰 沛、春温夏热秋暖冬寒四季分明的气候特征。全市年平均气温1 5 1 6 左右。一 年之中温差较大，四季分明，降雨比较丰沛。南京市年平均降雨量1 0 8 1 4 毫米， 相对湿度7 6 。南京以六、七月黄梅季节雨量最多，全年约有5 5 的降水集中在 5 8 月。在季节分配上，夏季最多，冬季最少，春季的降水大于秋季。南京市的 日照数量介于1 9 8 7 2 2 0 0 小时之间，年日照百分率在5 0 左右。太阳总辐射量1 1 5 千卡平方厘米年。南京市属季风气候，冬夏间风向转换十分明显，秋、冬季以 东北风为主，春、夏季以东风和东南风为主。 1 3 1 3 水系水文 南京境内共有大小河道1 2 0 条，多年平均水资源量3 1 3 8 亿立方米，其中地 表水资源量为2 4 3 8 亿立方米，地下水资源量7 o o 亿立方米。主要水域为长江南京 段、滁河南京段、秦淮河、金川河、十里长沟、玄武湖、莫愁湖、固城湖和石臼 湖。 长江南京段上起江宁区和尚港、下迄江宁区大道河口，河道全长9 8 公里， 江面宽阔，一般都在2 0 0 0 米以上，水深超过1 5 米，水流较平缓，一向享有“黄金 水道”的盛誉。长江南京段水量丰富，年径流量约1 0 0 0 9 7 亿立方米，最大流量 9 3 6 0 0 立方米秒( 19 5 4 年8 月1 日) 、最小流量6 0 0 0 立方米秒( 19 6 3 年2 月) 。长江 南京段为感潮河段，水位为非正规半日潮混合型，每日两涨两落，涨潮历时约3 小 时左右，落潮历时约9 小时左右，水位年变幅较大。多年平均潮位5 2 7 米，最高 高潮位为1 0 2 2 米( 1 9 5 4 年8 月1 7 日) ，最低低潮位仅1 5 4 米( 1 9 5 6 年1 月9 日) ，多 年平均潮差0 5 1 米，最大潮差可达1 5 6 米。 1 3 1 4 社会经济 南京市2 0 0 5 年末全市总人口5 9 5 8 0 万人，其中市区人口5 1 3 3 8 万人，郊县 人口8 2 。4 2 万人。全市人口密度9 0 5 人平方公里，其中市区10 8 6 人平方公里，郊 县4 3 人平方公里，与2 0 0 0 年相比，市区人口密度增加，郊县入口密度减少。 长江南京段水污染控制及水源地水质达标分析 南京是江苏省惟一跨江发展的城市，处于沿海开放地带和长江流域的交汇 处，在江苏省沿海、沿江、沿线开放格局中处于枢纽位置，是中国东部地区重要 的综合性工业基地和全国六大通讯枢纽之一。目前已形成了以“电子业、汽车业、 石化业、钢铁业”四大支柱产业。外向型经济成果显著，拥有4 个国家级开发区 及6 个省级开发区，产业结构不断优化，第三产业占国内生产总值比重明显增加。 2 0 0 5 年，全市国内生产总值为2 4 1 3 亿元，人均国内生产总值为4 0 9 1 9 元，比上年 增长1 2 9 。2 0 0 5 年南京在全国城市综合实力排名中名列第7 。 1 3 2 水源地水质现状分析 2 0 0 5 年，对城北水厂、城南水厂、上元门水厂、北河口水厂、浦口水厂、 江浦水厂、大厂水厂等取水口在枯水期、平水期和丰水期进行水质监测，监测项 目包括：p h 、溶解氧、氨氮、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氰化物、挥发 酚、总氮、总磷和化学需氧量等l o 项。采用的评价标准是地表水环境质量标 准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ，评价方法为单因子评价法。监测的取水口中，各水厂取水 口总氮和总磷均超标，除此以外，上元门水厂在丰水期和枯水期还存在着氨氮超 标的现象。 1 4 本文的主要工作内容及技术路线 1 4 1 研究内容 受到沿岸污染源的影响，长江南京段的多个供水水源地都面临着供水安全问 题。为了满足广大人民群众的生活用水健康，保障南京市工农业生产的顺利进行， 我们必须全面准确地分析预测水源地的水质状况，为区域水环境评价与规划提供 技术保证，为政府部门相关法规和管理措施的制定提供决策支持。 论文主要研究内容包括以下五个方面： ( 1 ) 利用实测资料，对水源地进行水质评价，并对排污口进行概化，为水环 境数学模型的建立提供边界条件。 ( 2 ) 建立了长江南京段非稳态水量水质数学模型，并根据实测资料对模型参 数进行了率定。利用所建立的长江南京段非稳态水量水质数学模型，计算长江南 京段纳污能力。对现状入江量进行计算，进行纳污能力平衡计算。 ( 3 ) 研究南京各水源保护区内污染源对取水口水质的影响，对水源保护区内 的污染源布局提出意见，并提出相应的总量控制方案。 6 第一章绪论 1 4 2 技术路线 检索国内外纳污能力计算、水源地保护研究的研究成果，充分借鉴、利用已 有的成果和经验，研究长江南京段纳污能力和水源地水质改善方案。本论文技术 路线如图1 4 1 。 图1 4 1 论文技术路线图 7 长江南京段水污染控制及水源地水质达标分析 第二章长江南京段纳污能力及总量控制分析 2 1 水量、水质数学模型以及参数率定 2 1 1 水量、水质数学模型 2 1 1 1 水量、水质数学模型概述例 模型应用守恒的二维非恒定流浅水方程组描述长江水流流动，并用二维对流 一扩散方程描述污染物的输运扩散。应用有限体积法及黎曼近似解对方程组逐时 段、逐单元进行数值求解，从而模拟出长江的水流过程和相应的污染物输运扩散 过程。为此，首先根据计算区域的天然地形并考虑已建或拟建水工建筑物及排污 口的位置，用无结构网格使计算区域离散化。然后逐时段地用有限体积法对每一 单元建立水量、动量和浓度平衡，确保其守恒性，用黎曼近似解计算跨单元的水 量、动量和浓度的法向数值通量，保证计算精度。 2 1 1 2 二维浅水水流水质耦合方程 二维浅水水流方程和对流一扩散方程的守恒形式可表达为： 要+ 掣+ 掣- b ( q ) ( 2 1 1 - 1 ) a叙夙 式中q = 【h ，h u ，h v ，h c r 为守恒物理量，f ( q ) = 【h u ，h u 2 + 曲2 2 ，h u v ，h u c 】r 为x 向通量，g ( q ) = h v ，h u v h v 2 + 曲2 2 ，h v c 】t 为y 向通量，h 为水深，u 和v 分别为 x 和y 向垂线平均水平流速分量，c 为污染物垂线平均浓度，g 是重力加速度。 源( 或汇) 项b ( q ) 为： b ( q ) = 【b i ，b 2 ，b 3 ，b 4 】t ( 2 1 1 2 ) 其中： b l = o ，z2 唑o x 一兰& j i ( 2 - 1 1 - 3 ) b 3 = 曲( s o ，一s ) b 4 = v ( d i v ( h c ) ) 式中s o 。和s 缸分别是x 向的水底底坡和摩阻底坡；s o y 和s 匆分别是y 向的水 底底坡和摩阻底坡，d i 为扩散系数，v 为梯度算子，v v = v 2 是l 印l a c e 算子。 第二章长江南京段纳污能力及总量控制分析 2 1 1 3 有限体积法【3 l 】 应用散度定理对积分方程( 2 1 1 1 ) 在任意单元q 上进行积分离散，可求得 有限体积法( f v m ) 的基本方程 kq 。d 缈= 一f 劬f ( q ) n d l + j j ob ( q ) d 缈( 2 1 1 _ 4 ) 式中n 为硷单元边外法向单位向量，d 和d l 为面积分和线积分微元，f ( q ) n 为法向数值通量，f ( q ) = 【f ( q ) ，g ( q ) 】t 。 对于一阶精度离散，每个单元内的q 是以常数近似，方程( 2 1 1 4 ) 离散得到n ，m 基本方程 a 睾= 一善嘶) l j + b ( q ) ( 2 - 5 ) 式中为单元边j 的长度，m 为单元边总数，单元边法向通量彰( g ) 记为 c ( g ) ，设法向n 和x 轴的夹角为( 逆时针法向) ，则 c ( g ) = c o s 矽厂( g ) + s i n g ( g ) ( 2 1 1 6 ) 根据f ( q ) 和g ( q ) 的旋转不变性，有 c ( g ) = 丁( 矽) _ 。厂( g )( 2 1 1 7 ) 将式( 2 3 1 4 ) 代入式( 2 3 1 2 ) ，得出 彳尝一善叩) - i 晌灿m q ) ( 2 1 1 - 8 ) 其中：t ( ) = 10 0c o s o0 s i n o 三8 ：l 薯? i ； o0 o1i t ( ) = 10 0c o s os i n 中 oo o s i n c o s o 可见，问题归结为如何确定法向通量f ( 可) ，而f ( 可) 可通过解局部一维黎曼问题求 得。 2 1 1 4 法向数值通量 局部一维黎曼问题是一个初值问题( 见图2 1 1 1 ) 要+ 掣：o ( 2 1 1 - 9 ) q i 【q jn，r 、 一十一= l - ，_ 一u - 夙叙 r 叫 9 长江南京段水污染控制及水源地水质达标分析 百= 丽l ( 叉 o ，t = 0 ) 式中，变换后的向量可= ( h ，h _ ，h ，h c ) t ，- l 和虿r 分别为向量趸在单元界面左右的状 态。通过解算此黎曼问题，可获得所需的外法向数值通量，记为f l r ( q l ，q r ) ，从而得 到方程( 2 2 2 - 7 ) 中的法向通量f ( i j f ) ，对其作逆旋转变换t ( ) 一，就可以计算出原坐标 系下的单元边通量f n ( q ) 。以下为简洁起见，变换后的向量可和变量( 西，可) 上的短横 省略。 图2 1 1 1 有限体积q 示意图 与浅水方程组类似，方程( 2 1 4 1 ) 的特征方程为ij m o ，其中i 为单位矩阵， j 为雅可比矩阵： d f j = 2 d q o1o0 c 2 一u 22 uo0 一u vv uo c uc0u 式中c = ( 曲) 2 。特征方程的特征值为： = u c ；五= 乃= u ；五= u + c 。通过 求解j 九= 丑九得到相应的特征向量： 厂i = ( 1 ，u c ，v ，c ) t ；y 2 = ( 0 ，o ，l ，i ) t ；乃= ( o ，o ，1 ，1 ) t ；y 4 = ( 1 ，u + c ，v ，c ) t ( 2 1 1 1 1 ) 沿特征值以和特征向量厂。相应的特征线l ，黎曼不变量也( g ) 定义为： v k ( q ) 7 k ( q ) = 0 l o 第二章长江南京段纳污能力及总量控制分析 式中：v 也= ( 筹，篆，筹，善) o 解方程小t 2 ，可得黎曼不变量的分量 对乃：叫”= u + 2 c ，叫2 = v ，叫3 = c ； 对圪：叫1 = u ，叫2 = h ，叫3 = h 对儿：哪”= u ， 叫2 = h ，叫3 = h ； 对以：一”= u 一2 c ，一2 = v ，叫3 = c 。 根据特征值的符号，通量f ( q ) 可分裂成： f ( q ) = f + ( q ) + f 一( q ) 式中f + ( q ) 和f 一( q ) 分别为对应于j 正负特征值的通量分量。黎曼问题的近似解为： f l r ( q l ，q r ) = f + ( q ) + f 一( q ) = f ( q l ) + e j 一( q ) d q( 2 1 1 - 1 5 ) = f ( q r ) 一c j + ( q ) d q q r 图2 1 1 2o s h e r 格式积分路径 其中，j + ( q ) 和j - ( q ) 为相应于j 正负特征值的雅可比矩阵。 方程( 2 1 1 1 5 ) 中的积分项根据o s h e r 格式沿连续的积分路径计算( 见图2 i 1 2 ) 。 设状态空间q 中，两个已知状态q l 和q r 由4 条分段特征线f k ( k = 1 ，2 ，3 ，4 ) 相连。由于 特征向量y ：和乃的线性退化，s p e k 喇s e ( 1 9 8 8 ) 证明f l r ( q l ，q r ) 与r 2 和i ，的交点无 关。因此可定义q l 和q a 由一连接，q a 和q b 由r 2 和r 。相连，q b 和q r 由r 4 连接。重 新定义后的积分路径与浅水方程组积分路径类似。由黎曼不变量方程式( 2 1 1 1 3 ) ，可 l 1 长江南京段水污染控制及水源地水质达标分析 得： u l + 2 c l = u a + 2 u av l2v ac l = c a u a2u bh a 。h bh a 。h b u r 一2 c r2u b 一2 u bv r2v bc r5c bu r z c r2u b z u bv r2v bc r5u b 相应的状态变量q a 和q b 可根据方程解得： ”驴半几也= 甄半) 2 z 2 斗 ， 其中h = u l + 2 c l ，= u r 一2 c r 。 ( 2 1 1 - 1 6 ) 对于各段特征线，根据以的符号和格式的逆风性可获得方程( 2 1 1 一1 6 ) 中积分项 的近似。方程( 2 1 1 1 5 ) 中近似黎曼算子为： f l r ( q l ，q r ) = f ) 一f ( q s ) + f ( q o 】)丑( q o ) 0 ，九( q 【f 】) 。 2 入江污染物削减量计算方法 u 减量= w 大江量一w ：o i o 年纳污能力 ( 2 2 2 - 8 ) 其中：o 减量为入江污染物削减量；w - 入江量为污染物入江总量；w ：0 1 0 年纳污能力为长 江南京段2 0 1 0 年纳污能力。 表2 2 1 1 南京市各河流汇水面积 河流名称 汇水面积( k m 2 ) 河流名称 汇水面积( k m 2 ) 皂河 3 2 2 8 7 八里河 4 5 5 2 八百桥河 6 7 8 1城南河 4 5 2 0 二干河 2 5 5 8 4 胥河 4 5 1 9 汤水河 8 1 1 3 西索墅河 4 0 r 2 9 江宁河 4 6 9 4 高旺河 3 9 5 6 一干河 1 7 0 8 3 东山河 3 6 3 云台山河 1 6 1 4 4 朱家山河 3 6 5 8 横溪河1 4 5 8 4东索墅河 3 2 4 l 新禹河 7 3 6 永宁河 3 2 0 8 天生桥河 1 2 9 6 3 漕塘河 2 0 8 板桥河 1 2 7 5 3 沛桥河 3 1 6 9 驷马山河3 3 0 7 陈家河 3 0 8 4 三干河 1 1 8 8 6 东十里长沟 2 6 7 6 云台支河 1 1 2 9 3 团结河 2 4 8 8 石渍河 1 0 8 5 4 浜江河 2 3 6 2 漆桥河 1 0 8 2 5 牧龙河 2 1 8 l 九乡河 1 0 4 5 5 朱家l i j 河 2 0 9 4 解溪河1 0 3 4 0 铜井河 2 0 4 7 运粮河 9 7 5 3 石头河 1 8 4 5 黄木桥河 8 9 1 6 红光河 1 7 1 2 新桥河 8 4 8 3 兴武大沟 1 6 1 6 淞溪河 8 1 4 8 招兵河 1 6 0 1 七乡河 1 6 4 4 七里河 1 5 7 5 便民河2 。9 7南河1 4 3 7 西陵河 6 7 3 5 葛塘河 1 2 1 9 万寿河 6 0 5 6 五一河 1 1 9 5 金川河5 7 6 2 和尚港 5 3 l 新篁河 5 3 2 8 星辉河 3 0 6 第二章长江南京段纳污能力及总量控制分析 表2 2 1 2 南京市点源污染物排放量 c o dn h ，n 入河排污口编号排污口名称 ( 讹)( 妇) 1 南京金海芋纺织有限公司 2 9o 2 南京六合雄州化工有限公司 7 3 47 5 3 南京雄州染织有限公司 1 2 1o 1 4 新篁开发区 2 5 o 1 5 南京星光纸业有限公司 1 3 8 5o 2 6 南京雄州水洗厂 8 3 6 1 6 7 南京方山电镀厂 6 6o 3 8 金田企业( 南京) 有限公司 1 7 3 6 42 2 5 3 9 南京福瑞食品有限公司 2 0 64 1 0 南钢集团冶金铸造有限公司 1 4 8o 5 l l 南京虹光化学工业有限公司 3 9 9o 4 1 2 南京金陵双层客车制造厂 1 9 2 41 6 2 1 3， 埃梯梯古尔兹制泵( 南京) 有限公司 2 72 2 1 4 南京台硝化工有限公司 2 5 4 6 5 5 1 5 经济开发区 2 8 0 8 1 0 7 7 1 6 南京常丰农化有限公司 1 6 4 9 47 8 1 7 南京鑫沛化工有限公司 1 2 3 4 2 6 1 8 瑞扬丁业设备制造有限公司 2 3 6 3 10 4 1 9 南化公司威特磁化复合肥厂 2 3 5 26 1 2 0 南化集团苏陵化工厂 1 3 1 22 3 2 1 南京中盛化工有限公司 9 6 2 31 2 5 2 2 南京海兰化工厂 1 4 22 2 2 3 南京扬子净水剂厂 8 2 0 61 6 l 2 4 南京中山树脂厂 6 6 1o 9 2 5 南京大厂化肥厂 4 3 2o 5 2 6 南京大扬石油联合化工厂 7 2 4o 8 2 7 南京龙溪化工有限公司 3 1 7 3 8 2 6 9 2 8 中石化扬子石化股份有限公司2 7 2 4 9 32 8 8 2 9 中石化扬子石化股份有限公司1 1 5 8 7 89 2 2 3 0 化工园污水处理厂 1 2 7 7o ，4 3 l 中石化南京化学工业有限公司l 5 2 6 05 2 0 6 3 2 南京钢铁联合有限公司 3 4 0 6 1 0 9 ，2 3 3 南京热电厂、华能电力联合排污口 1 4 8 9 36 8 7 3 4 东山河及龙潭老街居民区 1 4 7o 3 3 5 中石化金陵分公司炼油厂 4 0 8 2 52 0 7 3 6 中石化金陵分公司化肥厂、热电厂排口 7 8 0 11 2 8 3 7 南京铅锌银矿业公司 2 2 0 3 8 学校( 仙林大学城) 1 7 2 61 8 2 3 9 南京惠宁码头有限公司 2 32 4 4 0 兴武大沟排口 1 7 4 4 6 5 4 l 东十里长沟排口 1 4 6 9 82 9 5 长江南京段水污染控制及水源地水质达标分析 c o d n h 3 - n 入河排污口编号排污口名称 ( t a )( 嘲 4 2 南京第二热电厂3 8 8 2 l 4 3 西十里长沟排口 8 7 0 1 61 2 1 4 4 南京电气( 集团) 有限责任公司 6 1 1 71 1 8 4 5 南京隆燕化工有限公司 8 2o 2 4 6 南京化学纤维厂 4 4 7 0 71 4 2 4 7 长江南京航运集团金陵船厂 4 2 93 5 4 8 南京天环食品有限公司 2 2 11 3 5 0 南京造纸厂8 3 9 81 8 1 5 0 城北污水处理厂 5 4 4 5 8 1 7 8 9 5 1 金银杏造纸厂 9 7 70 8 5 2 南京港第二港务公司 5 3 34 3 5 3 南京下关发电厂 6 6 9 32 4 1 5 4 南京港第三港务公司 5 30 5 5 江苏省南京第四机床厂1 2 2 2 2 4 5 6 浦口经济开发区( 双涵泵站) 7 74 2 5 7 南京英特布鲁金陵啤酒有限公司 1 7 0 8 27 5 8 努而成化工厂 3 2 6 66 1 6 6 0 江苏广丰羽毛有限公司 8 7 51 8 6 1 高旺喷塑厂 8 1 25 8 6 2 江浦县虎桥电镀厂 1 6o 6 3 江浦县五金电镀厂 5 3 50 3 6 4 江浦县石桥化工厂 1 4 8o 2 6 5 江浦农药厂 1 4 6 9o 7 6 6 江宁造纸厂 2 10 1 6 7 梅山矿业公司( 1 ) 7 6o 1 6 8 南南河排污沟 6 40 4 6 9 古雄泵站 1 41 7 7 0 上海梅山钢铁股份有限公司2 7 9 4 4 7 1 上海梅山钢铁股份有限公司l 2 2 0 91 1 3 7 2 南京梅山钢渣有限公司 3 1 7o 2 7 3 南京白象集团公司 3 8 6 86 5 7 4 江宁区长山化工有限公司 lo 1 7 5 南京造币厂 7 70 3 7 6 江宁开发区污水处理厂l 6 6 2 73 3 7 7 7 南京大连山水泥厂 2 9 61 2 7 8 南京三龙水泥有限公司 3 1o 1 7 9 江宁区青龙造纸厂 2 0 2 0 3 8 0 南京惠恩实业有限公司 0 8 0 8 1 南京宏力输送带带集团公司 60 8 2 江宁区土桥西城电镀厂 1 6 7o 3 8 3 江宁区湖熟梅林化工厂 7 8 91 1 8 4 南京金城铃木摩托车有限公司 1 2 2 84 7 2 4 第二章长江南京段纳污能力及总量控制分析 c o d n h 3 - n 入河排污口编号排污口名称 ( 妇) ( 讹) 8 5 南京金箔湖熟鸭业有限公司 1 1o 8 6 南京锗厂有限责任公司 5 8 - 3o 3 8 7 南京家雅陶瓷有限公司 5 9 46 5 8 8 上海梅山南京冷轧板有限公司 9 0 4 62 0 7 8 9 南京三木纸业有限公司 1 1 2 2 0 1 9 0 南京秣陵铸造总厂 o 4o 9 l 南京江大服饰有限公司 1 0 2 7 7 9 2 南京市江宁区和尚庄矿石加工厂 o 80 2 9 3 南京六维货架制造有限公司 1 7 51 6 9 4 江苏省金源黄金有限公司 4 2o 4 9 5 南京海宏炉料有限公司 1 3 3 43 1 9 6 江宁区财礼电镀有限公司 1 8 7 2l 9 7 南京云台山硫铁矿 6 8 5 6 2 3 9 8 南京新旭轻工公司 1 7 5 31 2 9 9江宁区秦城化工厂 8 3 7 o l o o 南京立志喷涂有限公司 2 0 7 1 3 1 0 1 艾园造纸厂& 南京秦淮纸业有限公司 3 1 6 83 1 0 2 江宁区禄口，医院 4 4o 3 1 0 3 禄口国际机场 8 13 3 1 0 4 南京金焰锶业有限公司 o 1o 1 0 5 溧水经济开发区嘉旺污水处理厂 1 0 1 7 65 8 1 0 6 私营经济园 2 4 71 1 1 0 7 南京飞燕活塞环股份有限公司 2 4 5o 8 1 0 8 南京晨阳麻业有限公司 2 2 9o 1 1 0 9 溧水县洪发热镀厂 1 1 1 0 2