（环境工程专业论文）大沽河干流青岛段水环境容量研究.pdf

大沽河干流青岛段水环境容量研究 摘要 本文根据太沽河的水流特性和水文、水质实测资料，在大量室内模拟实验和现 场调查的基础上，利用q u a l 2 e 综合水质模型模拟出河流水质，由水环境容量计 算模型，定量计算出大沽河干流青岛段丰水期b o d 5 和c o d m 。的水环境容量分别 为5 2 2 8 8 7 k g d 和2 8 0 5 9 2 k g d ，平水期b o d 5 和c o d m 。水环境容量分别为 1 0 0 0 ，4 5 k g d 和9 2 1 9 0 k g d 。在秸水期把大洁河概化为由多个坝上水库组成，利 用修正后的水库水环境容量计算模型确定了大沽河干流b o d 5 和c o d m n 的水环 境容量分别为5 9 2 2 3 k g d 和6 0 6 6 0 k g d 。通过对大沽河干流水环境容量的模拟计算， 可得出以下结论：( 1 ) q u a l 2 e 模型具有较好的模拟精度，对控制大沽河的河道污 染，对大沽河的水质模拟和预测，具有重要的意义。( 2 ) 可以根据水环境容量计算 结果，分不同时段进行总量控制。( 3 ) 洙河至沙湾庄河段己没有水环境容量，河水 已受到较严重的污染，削减此河段的污染负荷势在必行。( 4 ) 大沽河现有的污染源 要进行严格控制，且今后不宜安排向大沽河排污的新建或扩建项目。( 5 ) 枯水期总 量控制应以水库为基础进行实施，不应以河流为基础。 关键词：水环境容量 大洁河；q u k l 2 e 模型；总量控制 s t u d y o nw a t e re n vir o n m e n t ai c a p a c it yf o rt h em a ；n s t r e a m o fd a g ur i v e r ( r e a c hi n q i n g d a o ) a b s t r a c t t h i sp a p e ri sb a s e do nt h ef l o wc h a r a c t e r i s t i c ，h y d r o l o g i c a ld a t aa n dw a t e rq u a l i t y d a t ao f d a g ur i v e r w a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y ( w e c ) f o rt h em a i n s t r e a mo fd a g u r i v e rh a sb e e nc a l c u l a t e dw i t i lt h eh e l po f q u a l 2 e m o d e la n dr i v e rw e cm o d e lo nt h e f o u n d a t i o no fl o t so fi n d o o rs i m u l a t i v ee x p e r i m e n ta n do ns i t e i n v e s t i g a t i o n w e co f b o d sa n dc o d m na r e5 2 2 8 8 7 k g da n d2 8 0 5 9 2 k g dr e s p e c t i v e l yi nt h eh i g hw a t e r p e r i o d w e co f b o d s a n dc o d m na l e1 0 0 0 4 5 k g da n d9 2 1 9 0 k g dr e s p e c t i v e l yi nt h e p a rw a t e rp e r i o d i nt h el o ww a t e rp e r i o d ，5 9 2 2 3 k g dw e c o fb o d 5a n d6 0 6 6 0 k g d w e co fc o d m l lh a v eb e e nc a l c u l a t e dt h r o u g hr e s e r v o i rw e c m o d e l t h r o u g ht h e s i m u l a t i o na n dc a l c u l a t i o no fw e c ，i tc a nb ea r r i v e da tt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ：( 1 ) q u a l 2 e m o d e lh a sg r e a ts i g n i f i c a n c et oc o n t r o lt h ew a t e rp o l l u t i o na n ds i m u l a t et h e w a t e rq u a l i 砂( 2 ) i tc a l lb ec a r r i e do u tt i m es h a r i n gt o mc o n t r o li na c c o r d a n c et ot h e r e s u l to fw e c ( 3 ) t h er i v e rr e a c hf r o mz h ur i v e rt os h a w a n z h u a n gh a sn ow e c ，a n d i sp o l l u t e d i ts h o u l dd e c r e a s et h ep o l l u t i o nl o a do ft h i sr e a c hs t r i c t l y ( 4 ) t h ee x i s t i n g p o l l u t i o ns o u r c e so fd a g u r i v e rs h o u l db ec o n t r o l l e ds t r i c t l y , a n di ti sn o ts u i t a b l et o b u i l dn e w l y - b u i l to re x t e n d e d l y b u i l tp r o j e c td i s c h a r g i n gc o n t a m i n a n tt od a g u r i v e r ( 5 ) i nt h el o ww a t e rp e r i o d t o t a tc o n t r o ls h o u l db ec a r r i e do u to nt h ef o u n d a t i o no ft h e r e s e r v o i ri n s t e a do f t h er i v e r k e yw o r d s ：w a t e re n v ir o n a t e n l ：al c a p a o it y ( 1 e c ) ：i x j a l 2 em o d el ：t o t alo o n t r o l ； o a g ur i v e r 太洁河干流青岛段水环境窖量研究 u 刖菁 本文的研究内容是青岛市水利局项目大沽河流域水资源优化利用与污染控 制研究中的一部分。本研究在搜集了大量资料，并在室内实验和现场调查的基 础上，对大沽河干流青岛段的水环境容量( w a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y ，w e c ) 进行了定量化研究。 大沽河是青岛市虽大的河流随着水源地分布区及周边地区经济的发展，河 道纳污量明显增加，尤其是在中上游莱西市境内，大量污染物排入河流，使大沽 河干流水质遭受一定程度的污染。但由于排入水体的污染物可经过一系列物理、 化学和生物作用，得到稀释、转化和降解，使水体得到一定程度的净化，因而大 沽河有一定纳污能力。本研究利用水体的这种自净作用，分析确定了大沽河流域 对所纳污染物质的最大负荷量，即水环境容量。 水环境容量是环境科学的一个基本理论概念也是环境管理中的一个重要的 实际应用问题。在理论上，水环境容量是环境的自然规律参数与社会效益参数等 两类参数的多变量函数，它反映污染物在环境中的迁移、转化和积存规律，也反 映在特定功能条件下环境对污染物的承受能力；在实践上，水环境容量是环境目 标管理的基本依据，是环境规划的主要环境约束条件也是污染物总量控制的关 键参数。 近年来青岛市水利局在大沽河干流实施了大量的拦蓄工程在大沽河干流 青岛段建了许多拦河坝，使大沽河的水流特性发生了较大的变化。在丰水期( h i 曲 w a t e rp e r i o d ，h w p ) 和平水期( p a rw a t e rp e r i o d ，p w p ) ，大沽河能形成径流，具 有河流性质；在枯水期( l o ww a t e r p e r i o d ，l w p ) ，由于流量较小，河水被拦蓄在 坝上游，各坝的下游形不成径流，所以枯水期的大沽河可概化为由多个坝上水库 组成。因此，大沽河的水流特性具有河流和河道型水库的双重性质。本文根据大 沽河的水流特性，采用一般河流水环境容量的计算方法和水库水环境容量的计算 方法，分别确定大沽河丰水期、平水期和枯水期三个时段的水环境容量。 由于大沽河的水流特性比较特殊，加上作者的水平有限文中难免有错误与 不足，欢迎同行和专家提出宝贵意见和建议。 大沽河干漉青岛段水环境容量研究 1 研究意义、现状、内容和方法 1 。1 研究意义 大沽河的流域面积4 6 3 1 3 k m 2 流域水资源非常丰富，多年平均河川径流量为 6 3 1 l 1 0 8m 3 ，现已建成中型水库8 座、小型水库9 0 座，塘坝拦河闹1 2 2 3 座地 表总拦蓄能力达4 1 4 3 x1 0 8m 3 。青岛市自1 9 8 1 年开始大规模开采大沽河流域地下 水，8 0 年代中期其供水量占青岛市全部供水量的8 0 。随着1 9 8 9 年引黄济青工程 的通水和总供水量的增加，大洁河水源的供水比例有所下降，但仍达5 0 ，5 6 ，所 以大洁河仍然是青岛市最大和最可靠的水源地。更为重要的是，大沽河水源地是 青岛市最大、最稳定的本土水源，与各类客水资源相比，它有着最低的时空风险 和环境风险。另一方面，作为青岛市最大的流域，大洁河流域环境又是维持本地 区生态良性发展的重要因素。因此，保护和利用好大洁河水资源具有极为重要的 资源意义和环境意义。 近年来，随着水源地分布区及周边地区经济的发展，河道纳污量明显增加， 据青岛市环境保护研究所调查，1 9 9 8 年排入大沽河的工业和生活废水量为 6 8 3 9 7 x1 0 4f n 3 ，其中固体悬浮物( s s ) 为1 0 0 2 5 8 怕，c o d 为2 4 9 3 7 妇氨氮为 9 3 4 2 妇。这些污水直接排入大沽河，导致大沽河上游干流水质严重污染1 9 9 9 年 监测河段水质为j i i 类、类，甚至超过v 类。但与此同时，污染物也参与了水体 中的稀释、转化和降解过程，使水体得到定程度的净化，所以从城市和工厂排 出的废水可以利用水体的这种自净作用，即利用大沽河的水环境容量来降低排放 指标，从而降低处理成本，节省处理费用。 本文对大沽河干流青岛段水环境容量的研究，可为大沽河上游污染区的生态 恢复对策与环境保护方案，为实现大沽河流域水资源的优化调度和可持续利用提 供有力数据，为实施大沽河流域的污染物总量控制提供基础资料，为大沽河流域 水污染控制的管理和决策提供科学依据，以保证大沽河各种水利工程的最大使用 效率、水资源的优化利用和生态环境的可持续发展。 本文的计算方法可为其它河流和湖泊水库的水环境容量计算提供参考。因此， 对大沽河的水环境容量的研究不仅具有重要的现实意义，而且具有十分重要的理 太洁i 可千流青岛段水环境窖量研究 论意义。 1 2 国内外水环境容量的研究现状 1 2 1 水环境容量的基本概念 环境容量的概念首先是由日本学者提出来的。六十年代，日本为了改善水和 大气的环境质量状况，提出污染物排放总量控制的问题。欧美等国家的学者较少 使用环境容量这一术语，而是用同化容量、最大容许排放量和水体容许污染水平 等概念， 国内外很多研究者提出过多种水环境容量的定义【卜。 ，这些定义可大致分为以 下几类： 1 ) 水环境容量是污染物容许排放总量与相应的环境标准浓度的比值： ( 2 ) 水环境容量是水体的自净同化能力： ( 3 ) 水环境容量是指不危害水体环境的最大允许纳污能力： f 4 ) 水环境容量是指环境标准值与本底值确定的基本永环境容量和自净同化 能力确定的变动水环境容量之和。 上述各种定义从不同侧面反映了水环境容量的部分涵义。 现在学术界对于水环境容量比较公认的定义为“水体环境在规定的环境目标 下所能容纳的污染物量”。环境目标、水体环境特性、污染物特性是水环境容量的 三类影响因烈3 1 。以环境基准值作为环境目标是自然水环境容量：以环境标准值作 为环境目标是管理水环境容量。严格的自然水环境容量是很复杂的、不是短期所 能解决的。当前水环境容量研究的主要对象是管理水环境容量，管理水环境容量 不仅和自然因素有关，而且考虑了各种社会和经济因素。 管理水环境容量是相应于一定规划设计条件下的最大允许纳污量，并随条件的 变化而变化。管理水环境容量不是抽象的不变量，而是和具体条件相联系的可变 量。应用上最重要的条件是水质标准、水文条件和排污口分布。水环境的水质标 准不同，设计水文条件不同，水环境的管理环境容量显然也就不同。通过改变水 环境的功能要求来提高或降低水质要求，通过工程措施或变更规划设计标准来改 变水文条件都可以改变管理水环境容量值。 太沽河干流青岛段水环境容量研究 本文以下部分所提到的水环境容量均指管理水环境容量。 1 。2 。2 河流水环境容量的分析计算 综合有关研究及文献【4 7 】，大致可将水环境容量的计算方法分为解析法、试错 法、系统分析法、概率稀释模型法等，其中解析法应用最广泛【“。 解析法确定河流水环境容量的基本方法是利用经过实测资料验证过的水质模 型，预测河流水体中的污染物( 一般为有机污染物和其它污染物) 的浓度，将预 测值与规定的水质目标进行比较，在保护水体环境的前提下用水环境容量计算 模型确定允许的污染负荷上限值，即水环境容量。其方法见图1 - 1 。 基础赍料的收集与整理 t 河流的水文计算与水力学计算 t i 河流水质模型的建模及对污染物的模拟计算 + 模型的验证计算i 精廖 i 精度以内 建立河流水环境容量计算模型 t 河流的水环境容量计算 图1 1 解析法确定河流水环境容量的流程图 以外 水质数学模型用于预测河流中污染物浓度，是进行水环境容量计算和污染负 荷分配计算的重要工具，计算结果的准确性，取决于水质数学模型精确程度1 2 】。 描述河流的水质数学模型很多，目前，国内外应用较多的稳态模型主要有美国地 质调查局的s - p ( s t r e e t e r p h e l p s ) 模型及其修正形式、美国环保局的q u a l 2 e 综 合水质模型、美国水道实验站的s t e a d y 模型等，动态模型主要有美国环保局的 大沽河干流青岛段水环境容量研究 w a s p ( w a t e rq u a l i t y a n a l y s i s s i m u l a t i o n p r o g r a m ) 模型、美国水道实验站的 c e q u a l r i v l 模型、w q r r s ( w a t e rq u a l i t yf o rr i v e r - r e s e r v o i rs y s t e m s ) 模型、 h e c 5 q 模型等f 1 3 。4 1 。 水环境容量计算模型是水环境容量计算的有效工具，它用水质模型模拟出的 河流水质对水环境容量进行计算。 河流水环境容量的计算模型很多，但其基本形式都是：水环境容量= 稀释容量 + 自净容量+ 迁移容量。其中，稀释容量和迁移容量已有公认的计算方法i 而自 净容量的计算方法不一。蒲迅赤等人 1 叼根据自己的研究，提出了纳污河道水环境 自净容量的精确计算方法。 万飚等人【1 7 i 提出了一个新的水环境容量计算方法：假设在河流的第一个河段 上断面，投人大量的污染物使该处水质达到水质标准的上限，则投入的污染物 的量即为这一河段的水环境容量；由于河水的流动和降解作用，当污染物流到下 一控制断匝时，污染物浓度已有所降低。在低于承质标难的某一水平( 视降解程 度而定) ，这时我们又可以向水中投入一定的污染物，而不超出水质标准，这部分 污染物的量可认为是第二个河段的环境容量；依此类推，最后将各河段容量求和 即为总的水环境容量。 1 2 3 湖泊水库水环境容量的分析计算 湖泊水库的水环境容量的计算是以水质目标和水质模型为基础的，由于湖库 具有广阔的水域、缓慢的流速和风浪作用大等显著的特点，湖库水质模型和河流 水质模型相比具有不同特点，主要表现为水质模型中的源和汇项比较复杂，尤其 是湖库的面源污染。湖库水环境容量是实行湖库总量控制的依据，它的计算正确 与否是总量控制方案成败的重要关键之一。 计算湖泊水库水环境容量的技术关键可分为以下三步【1 8 i ： n ) 建立湖库水质浓度与其影响因素之阃的定量关系，主要有制作水质模型， 应用通用的水质模型和建立经验相关模型。 伫) 确定湖库的水质标准和设计水情。 o ) 计算湖库的水环境容量。 大i f s 归- i 千流青岛段水环境窖量研究 国外对湖泊水库的水环境容量研究较多的是富营养化物质的水环境容量即 氮、磷等物质的水环境容量 1 2 】。 湖泊水库的水环境容量计算模型见表i i 。 表i i 湖泊水库的水环境容量计算模型 模型名称模型方程 符号说明 j ：总磷( 氮) 的水环境容量( g a ) ： j = q p k 。p y p ：湖库的总磷( 氮) 浓度( r n g l ) ： 目：出湖水量( m k ) ： t ，= g b ( 1 + 、厄可) v ：湖库水体体积( m 3 ) ： k p ：总磷( 氮) 的沉降系数( i a ) 营养盐 q ：入湖水量( 一a ) ： j = 气p j ：( 1 一秘 h ：总磷( 氮) 的承质标准( m 以) ： z ：湖库的平均深度( m ) p ：水力冲刷系数( ) ： j = b ( q z + 1 0 y ) r ：湖库中总磷( 氮) 的滞留时间( i a ) ； w ：有机物水环境容量 。 k ：溶解氧环境容量( g , a ) ； k ：湖库单位面积需氧量( m g m 2 ) ： 溶解氧 上。= k l s z k 2 d s z + c s q k 2 ：复氧系数( i d ) ； l s ：湖库生化需氧量标准( , n g i ) ： 瓯；允许舶溶解氧饱和差f r o g l ) 。 w ：保守性物质环境容量( g ，a ) ； 保守性物质 = ( c s c d ) q + c s qc o ：入湖库的地表径流浓度( m g l ) ； q ：入湖库的地表径流总量( m ) 。 注：p = 2 1 1 塑v ；尺= ，一；i ；：；墨黼 目前，我国多用下式计算湖泊水库中有机物的水环境容量 1 9 。2 2 】： 矿= 古( c ，一c ) 矿+ k c s v + c 胡 ( 1 1 ) 大沽河干流青岛段水环境容量研究 式中：w 一湖泊水库中有机物的水环境容量( k g d ) ： t _ 一湖泊水库维持其设计水量的天数一般按3 0 天计： c s 一湖泊水库中的水质标准( m g l ) ； c 一水库中某污染物的实测浓度( m g l ) ： v 一水库的死库容( 】0 3 m 3 ) ； k 一污染物耗氧系数( 1 d ) ： q 一坝下保证流量( 1 0 3 一d ) 。 ( 1 1 ) 式中右边三项分别为稀释容量、自净容量和迁移容量。 1 2 4 今后水环境容量的研究方向及其热点 综合国内外对水环境容量的研究，今后该领域的热点及问题主要有以下几个 方面： ( 1 ) 数学模型的进一步发展 水质数学模型是进行水环境容量计算的基础，水质数学模型精确程度直接影 晌计算结果的准确性。目前，越来越多的模型向生态动力学方向发展，使之更好 地描述水体中各种物质之间的关系。但生态系统的运行机理十分复杂，其影响因 素也很多，而且是非线性的。因此，如何进一步完善生态动力学水质模型，使 之更准确地描述水体中的生态变化，更好地反映水体中污染物的迁移、转化和富 积规律，仍是今后的研究方向和重点。 ( 2 ) 水环境容量由确定性研究向非确定性分析方向发展 水体污染过程是一个复杂的过程。废水或污染物进入水体后，在水体中的稀 释、扩散、分解或沉淀是受水体的物理、化学、生物及其综合因素影响的结果 使得水质变化既有某种确定性的趋势，又具有许多非确定性的起伏变化，研究这 些非确定性的特性有助于提高我们对水环境容量认识和计算的精度，而研究水环 境容量的非确定性的基础是非确定性水质模型。因此，使非确定性水质模型进一 步理论化、完善化和实用化使水环境容量的非确定性分析从理论走向真正意义 上的实践中来，是今后的研究重点之一。 ( 3 ) 建立各环境要素的综合水环境容量理论 大沽河干流青岛段水环境容量研究 水环境容量的研究正处于发展阶段，目前主要研究水体的单污染物质( 如 b o d 5 、c o d a 。、总n 和总p 等) 的水环境容量，如何对各种单污染物质加以组 合提出通用的计算方法，然后向多污染物质的综合水环境容量过渡，是今后的 一个研究重点。 ( 4 ) 其它 继续探讨环境容量的概念环境容量的地带性和非地带性研究，环境容量的 经济价值问题，环境容量理论的应用问题这些都是今后的研究方向和重点i2 4 1 。 1 3 研究内容 1 3 1 基础资料的收集与整理 基础资料的收集与整理是计算水环境容量的前期准备工作，基础资料的质量 和数量直接影响水环境容量的计算结果，这些资料包括： ( 1 ) 河流水文站的水文资科 主要包括十年或更多的历年河流逐日流量、水位、平均流量、水深、水面宽、 最大流量、最小流量，当年丰、平、枯三个典型流量的实测流量成果表和实测断 面流速与水深分布： ( 2 ) 水文计算资料 主要包括河流的天然径流特征( 如曼宁粗糙系数、河流比降、河段长度等) 计算统计表，各月、年平均流量计算统计表，各月、年平均水位计算统计表； ( 3 ) 河道地形资料 包括1 5 0 0 0 0 地形图和1 1 0 0 0 0 河道地形图： ( 4 ) 河流污染源资料收集 包括污染源数量、位置、种类、流量、流速、浓度、排放源等； ( 5 ) 河流历年水质监测资料 ( 6 ) 河流的拦河坝资料 包括拦河坝的材料、位置、长度、高度、宽度以及丰、平、枯水期的控制水 位、库容、用水量等。 1 3 2 主要模型参数的确定 大沽河干流青岛段水环境容量研究 河流水环境容量模拟计算过程中，很关键的一步是准确确定模型参数。本文 采用室内模拟实验确定了b o d 耗氧系数、c o d m 。耗氧系数、b o d 沉降系数、c o d m 。 沉降系数和藻类的生物量：用经验法确定了藻类的呼吸耗氧系数和藻类的死亡率。 1 3 3 边界条件和初始条件的确定 边界条件和扔始条件的确定是保证水质摸型收敛和计算水环境容量的重要一 步。模型的边界条件是指源头( 产芝水库出口) 数据、点源负荷、水力学参数、 沿程附加流量以及拦河坝参数。初始条件则是大沽河中污染物的背景浓度。本文 利用大沽河的实测数据。采用经验法、水文统计的方法确定了模型的边界条件和 初始条件。 1 3 4 河流水质模型的建立、验证计算及模拟分析 本文根据大沽河的水流特性和水文、水质实测资料选择和建立模型，进行 河段和计算单元划分，把各个参数、边界条件和初始条件输入到模型中模拟，将 模拟结果与实测资料作对比分析，进行模型验证和灵敏度分析屠后进行水质模 拟。 1 3 5 水环境容量的计算 根据大沽河特殊的水流特性，建立河流水环境容量计算模型，在进行水质模 拟的基础上。计算大沽河丰水期和平水期的水环境容量：建立水库水环境容量计 算模型，计算大沽河枯水期的水环境容量。 1 4 研究方法 1 4 1 丰水期和平水期水环境容量的计算方法 在丰水期和平水期，在野钋调查、收集与整理有关资料的基础上，确定计算 指标和水体保护目标，利用q u a l 2 e 河流水质模型，概化大沽河水体系统各参数 之间的复杂关系，根据河流水域的功能区划，由水环境容量计算模型，定量计算 出大洁河丰水期与平水期水环境容量( 图! 2 ) 。 1 4 2 枯水期水环境容量的计算方法 在枯水期，把大沽河概化为由多个坝上水库组成，采用水库水环境容量的计 大沽河干流青岛段水环境容量研究 算方法，确定大沽河枯水期的水环境容量。本文以( 1 - 1 ) 式湖泊水库中有机物的 水环境容量计算方法为基础，除计算稀释容量、自净容量和迁移容量的大小外 又考虑有机物沉降和藻类死亡对水环境容量的影响，对原有的水环境容量计算模 型( 1 - 1 式) 进行修正后。定量求出每个坝上水库的水环境容量然后确定出大沽 河枯水期的水环境容量。 野外调查、有关资料的收集与整理 t i 确定计算指标( b o d ，c o d m ) 和水体保护目标( i i 类水体) 水质模型的选择( q u a l 2 e ) 大沽河计算河段、单元的划分 t 模型参数、边界条件和初始条件的确定 t q u a l 2 e 模型的验证计算 t q u a l 2 e 模型的灵敏度分折 t 建立水环境容量计算模型 + 丰、平水期水环境容量的计算 图l ，2 大沽河干i i ；【丰、平水期水环境容量计算流程图 大沽河干流青岛段水环境容量研究 2 大沽河的自然地理与水文条件 2 1 自然地理概况 大沽河是胶东半岛的最大河流，发源于烟台市招远市阜山，流经招远、莱州、 藁西、平度、即墨、取胶趟等市，于胶州市弼谣屯以南码头村入胶州湾，全长 1 7 9 、9 k m ，干流平均比降0 6 1 0 ，总流域面积6 1 3 1 3 l ( m 2 ( 含南胶菜河1 5 0 0 k r n 2 ) 。 其中青岛市境内面积为4 8 5 0 7k m 2 占流域总面积的7 9 1 1 。 大沽河的主要支流有小沽河、沫河、五沽河、落药河、流洁河和南胶莱河等， 其主要特征值见表2 - 1 ( 数据来自青岛市地下水资源开发利用规划研究，青岛 市水利局，1 9 9 7 0 4 ) 。 表2 - 1 大沽河支流特征值 全长 流域面干流 支流名称发源地流八地 积比降 ( k m ) ( k m 。)( ) 洙河莱阳市谭格庄莱阳市辇子头村入大沽河 5 0 6 84 2 0 5 小洁河莱州市马鞍山平度市营村入大沽河 8 4 0 11 0 2 8 2 黄桐河乎度市陈家上夼平度市小沽河头村入小沽罚 1 751 2 8 ，9 绪洞河乎度市大泽山平度市云山入小沽河 3 7 52 9 9 。3 五沽河莱西市众水村东 即墨市袁家庄大沽河 4 4 06 4 8 0 05 2 落药河平度野猪庄铁岭庄平度市崖头村八大沽河 3 5 02 8 5 ，74 o 流浩河即墨灵山东南金家湾 即墨市北岔河南大沽河 3 6 04 0 0 ，81 1 2 南腔莱河平度市姚家 胶州市沽河a 丈沽河 3 0 oj 5 0 0 o oi 7 桃源河即墨市晋东桃行村 崂山区下螳村入大沽河 3 4 73 0 8 0 0 5 9 胶河胶南市六旺乡鲁山平度、高密，胶州交界入南胶莱河 1 0 006 0 8 00 7 0 墨水河胶州夼集乡南杜村平度官路济洪区北八南胶菜河 5 0d3 3 9 9 1 0 3 云溪河胶州市城西胶州河西屯村人大沽河 1 9 01 0 0 2 2l 大沽河流域水资源菲常丰富，多年平均河川径流量为6 3 1 1 x1 0 2 m 3 ，现已建成 大中型水库8 座( 见表2 - 2 数据来自青岛市地下水资源开发利用规划研究 青岛市水利局1 9 9 7 0 4 ) 、小型水库9 0 座，塘坝拦河闸1 2 2 3 座，地表总拦蓄能力 达4 ，1 4 3 。1 0 2 m 3 。上游己建大型水库( 产芝水库) 一座，控制面积8 7 9k m ：，总库 大沽河干流青岛段水环境容量研究 容4 0 2 x 1 0 8 m 3 ，兴利库容1 7 6 x 1 0 8 m 3 ，目前已成为向青岛市区和莱西市区供水的 主要水源。 表2 - 2 大沽河流域主要水库特征值 建成所在流域总库容 兴利死 名称库容 永位库容水位 时间河道面积( 1 0 4 m 3 ) ( 1 0 4 m 3 )( r n )( 1 0 4 m 3 ) ( m ) 产芝1 9 5 9 9大沽河8 7 9 04 0 2 0 01 7 6 0 07 1 5 08 0 0 06 3 0 0 尹府1 9 6 0 6猪洞河1 7 8 01 6 1 3 07 3 8 07 95 07 2 o7 1 7 0 宋化泉 1 9 6 0 8 流浩河 4 2 72 7 3 0 1 5 3 44 23 91 2 0 03 8 4 4 挪城1 9 6 0 8桃源河 3 0 01 2 2 5 6 9 51 5 5 06 0 01 1 4 1 堤湾1 9 6 0五沽河7 3 52 8 0 04 0 03 6 0 06 0 o1 1 4 l 高格庄1 9 5 9洙河1 2 5 o4 2 7 07 8 38 3 3 51 7 07 7 0 7 北墅1 9 7 4 4小洁河 3 0 1 05 7 2 0 2 2 3 71 1 2 0 02 3 01 0 0 0 0 黄同 1 9 5 9 6 黄桐河 1 2 6 o6 0 2 72 1 5 0 8 6 5 01 4 0 07 8 0 8 大沽河水源地是青岛的重要水源之一，位于青岛市的西北部，大沽河下游 北起平度古以北龙虎山和莱西的江家庄坝，南致青( 岛) 胶( 州) 公路，东西到 大沽河古河谷的边缘。地理坐标为东经1 2 0 。0 4 4 8 ”1 2 0 。2 1 0 0 ”、北纬 3 6 0 1 8 0 0 ”3 6 。4 5 4 5 “，面积4 6 0 k m 2 。水源地地势平坦，地形标高3 3 - - - 4 m ，高差2 9 m ， 以不足千分之一的坡度由北向南缓缓倾斜，河谷宽度一般6 k m ，最宽处在l o k m 以 上，河床深度一般2 m 左右，两岸筑有人工堤坝，高度3 5 m 。本文对大沽河水源 地的水环境容量进行了研究。 大沽河流域的水系分布见图2 1 。 2 。2 气象条件 2 2 1 气温 大沽河流域属北暖温带季风气候区夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，春季干 旱少雨，秋季冷暖适中。年平均气温1 2 。c ，最高气温3 7 c ，最低气温2 0 c ，平均 温差般在4 0 5 0 。 大沽河干流青岛段水环境容量研究 图2 - 1 大沽河流域水系分布示意图 2 2 2 降水 大沽河流域各雨量站多年平均实测月降水量统计见附表1 。据莱西、平度、即 墨、胶州和南村五站的观测资料，1 9 5 2 1 9 8 9 年多年平均降水量6 8 8 5 m m 。降水量 大沽河干流青岛段水环境容量研究 年际变化大、年内分配不均和枯水持续时间长是本区气象方面的一个显著特点( 图 2 2 ) 。以南村站为例，最大年降水量1 4 2 4 6 r a m ( 1 9 6 4 年) 最小年降水量3 3 9 5 m m ( 1 9 8 1 年) 大小相差四倍阻上：6 - 9 月份的降水量占全年降水量的7 0 以上，其 余八个月所占比例不足3 0 ：干旱少雨年份往往连续出现自1 9 8 1 年至今，连枯 四年的现象已经出现两次。 流域的多年最大积雪深度1 9 c m ，最大冻土深度4 4 c m 。 言 e 向1 * 登 i234567891 0l l1 2 时间( m o n t h ) 图2 - 21 9 8 1 2 0 0 0 年莱西市备月平均降水量统计表 2 2 3 蒸发 据1 9 5 8 1 9 8 4 年观测资料，多年平均蒸发量为1 2 1 6 1 m m ，最大年蒸发量为 15 7 13 m m ( 1 9 6 3 年) 最小年蒸发量为9 2 7 1 1 1 1 1 1 1 ( 1 9 8 2 年) 。五、六月份蒸发量最 大，十- ：b 至翌年一月份最小( 图2 3 ) 。 2 3 水文条件 大沽河径流以降水补给为主，年际变化幅度较大。从大沽河水文站年际流量 表( 表2 3 ，数据来自青岛市地下水资源开发利用规划研究青岛市水利局， 1 9 9 7 0 4 ) 可以看出，从1 9 5 6 年到1 9 9 3 年间，晟大年径流量与最小年径流量的比 值相差很大，如南村观测站相差八十多倍。不仅如此年径流量还出现丰枯交替 现象。常伴随连续丰水或枯水的情况。 加们加0 大沽河干流青岛段水环境容量研究 g 暑 喀 划 l23456789i ol i1 2 时问( m o n t h ) 图2 31 9 8 1 - 2 0 0 0 年莱两市各月平均蒸发量统计表 表2 3 太沽河流域水文站年径流量对比表 河流观测 集水 资料 年径流量最大值与 极差 面积最大值最，、值最小值之 名称站名年数( 1 0 a m 3 ) ( k m 2 ) 1 0 a m 3 年份 1 0 8 m 3 年份 比 张家院 5 8 7 03 34 6 8 71 9 6 40 1 3 91 9 8 33 3 7 24 5 4 8 大沽河产芝8 7 6 03 06 5 5 11 9 6 40 1 1 81 9 8 95 5 5 26 4 3 3 南村3 7 2 4 0 3 43 0 5 1 51 9 6 4o 3 7 81 9 8 98 0 7 33 0 1 3 7 猪洞河尹府 1 7 5 o2 81 3 7 l1 9 6 40 0 1 71 9 6 88 0 6 51 3 5 4 小沽河葛家埠 l o l 2 ，o3 l8 2 4 41 9 6 40 3 0 11 9 3 12 7 ，3 97 。9 4 3 五沽河岚西头4 2 8 0 3 44 2 4 91 9 6 40 0 5 91 9 8 37 2 0 24 1 9 0 由于河流径流的补给来源依靠大气降水，导致径流量年内变化也很大。汛期 洪水暴涨暴跌，易形成水灾；枯水期径流量很小，甚至断流。大沽河南村站、产 芝站历年( 1 9 8 1 2 0 0 1 年) 水文观测点记录来看，汛期( 每年6 - 9 月份) 径流量占 全年径流量的7 6 3 ，最大月份出现在7 、8 月份，占全年平均径流量的5 6 9 ； 枯水期一般在1 0 月份到来年的5 月份，仅占全年径流量的2 3 7 。 南村水文站是大沽河水源地的主要水文监测站，控制流域面积3 7 2 4 k m 2 ，占总 柏o 大沽河干流青岛段水环境容量研究 流域面积的8 9 5 。据南村站1 9 5 1 1 9 8 9 年资料，多年平均断面径流量5 2 5 7 1 0 8 m 3 8 3 的径流量集中在6 - 9 月份( 表2 - 4 ，图2 4 ) 。1 9 8 1 年以前，基本常年有水，断 流时间很短，最大断面年径流量2 8 - 3 1 1 0 3 m 3 ( 1 9 6 4 年) ，最小断面年径流量 o 3 1x1 0 a m 3 ( 1 9 6 8 年) 。1 9 8 1 - 1 9 8 9 年，除1 9 8 5 年外，大部分时间断流，其中1 9 8 1 、 1 9 8 3 、1 9 8 4 和1 9 8 9 四年全年断流。 在河流的中上游建有大型水库2 座，中型水库6 座，拦蓄能力3 7 x1 0 8 m 3 。水 库建成后对大沽河地表径流状态产生了比较明显的影响。建库后，平均年断面 径流量比平均年径流量小2 3 3 8 x1 0 8 m 3 ，减少3 4 1 。 表2 - 41 9 5 1 1 9 9 3 年南村站平均径流量月分配表 ( 单位：1 0 3 ) j月份l234567 l 水量 o 1 0 5 20 1 0 4 20 、2 2 9 90 2 2 3 9 0 0 2 5 6 20 2 6 2 01 5 7 1 4 11 61 63 53 54 04 1 2 4 4 续表2 - 4 l f 月份s 91 0 1 l1 2 全年 水量2 0 9 4 50 9 8 3 10 2 7 3 70 1 9 7 6o 1 4 1 56 4 4 4 0 3 2 51 5 - 34 23 12 2 1 0 0 鬟 v 丑 求 咖1 缮 靼 、mnnnnn i234567 89l ol l1 2 时问( m o n t h ) 图2 4 南村站多年平均径流量月分配图 笱博m，0 大洁河干流青岛段水环境容量研究 3 丰水期和平水期大沽河干流水质模型的建立 3 1 评价指标的确定 从青岛市水利局提供的大沽河实测水质资料中也可以看出，大沽河的污染物 主要为有机污染物。 表3 - i 为莱西市排污口污水排放量监测结果表。 表3 - i 莱西市排污口污水排放量监测结果表 小洁小沽北墅北墅 水域名称洙河椿河洙河洙河 洙河 河河水库水库 日污水排放量( 1 0 4 t ) 1 6 5 0 0 0 3 5o 0 2 l0 0 1 30 0 3 40 0 2 l0 0 3 3 o 0 2 00 0 3 0 c o d c ， 5 3 0 42 0 2 17 2 8 74 5 9 42 5 4 79 1 2 1 3 1 4 0 日均 酚0 、0 0 50 0 0 00 0 i l0 0 l 暑 0 ，0 0 70 0 0 00 ，0 0 0 污染氨氮2 0 3 50 0 7 34 4 9 92 7 3 02 6 6 02 4 4 4 1 0 2 0 物摊汞o 0 0 _ 00 0 0 l0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 l0 0 0 10 0 0 0 放量 氰化物o o o l0 0 0 00 t 0 0 0o 0 1 60 0 7 40 0 1 5 d ，d 0 0 ( k g ) 砷0 、0 0 00 0 1 8 0 ，0 2 40 0 l l0 0 0 20 0 0 9 0 0 0 0 六价铬o 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 0o 0 0 00 0 0 0 年内排污时间( d )常年1 5 0常年1 5 01 5 0 2 0 01 0 0 02 01 5 0 排污性质 工业工业工业工业 工业工业工业养殖工业 从表中可以看出，经支流汇入大沽河干流的污染物主要为有机污染物，所以 选择反映水质有机污染的指标b o d s 和c o d m 作为水环境容量计算的参数。 3 2 水质模型的选择 选择和建立水质模型。应根据所需解决问题的种类、运用模型的目的和实际 所能提供的信息量。选择一个模型，要遵循以下原则【2 6 】： ( 1 ) 实用性：根据具体的研究目的，可以解决实际问题的模型； ( 2 ) 先进性：在选择模型时，应阅读大量的文献，掌握国内外最新的研究动态， 尽可能选择国际上最先进并为实践证明最佳的模型； ( 3 ) 可行性：需对实际情况有较深刻的了解根据实际数据的全面与否、多寡 大沽河干流青岛段水环境容量研究 选择模型，不可盲目的选择先进、但实际无法应用的模型： ( 4 ) 简洁性：不要试图建立全能的模型。这样的模型太繁琐、使用起来很昂贵， 且需要大量和全面的实际数据： ( 5 ) 适应性：模型对外界条件的变化具有一定的应变能力能适用管理上进 步发展的需要： ( 6 ) 现实性：能最大可能的现实系统进行仿真； ( 7 ) 合作开发：应让模型的使用者参与模型的开发，使使用者熟悉模型的原理 更容易接受这个模型，并能使模型成为管理的工具。 目前，模拟河流水质的稳态模型主要有s - p 模型及其修正形式、q u a l 2 e 综 合水质模型、s t e a d y 模型等动态模型主要有w a s p 模型、c e - q u a l r i v l 模 型、w q r r s 模型、h e c 5 q 模型等。 针对大沽河的具体情况，它是一条混合较好的枝状中等河流，流域面积比较 小，本文只对大沽河干流青岛段( 产芝水库到麻湾坝) 的水质进行稳态模拟，产 芝水库出口可视为河流的源头，支流可概化成点源，故选择一维模型中的稳态模 拟即可满足环境容量计算中的水质模拟。模拟的组份只限于反映水质有机污染的 指标b o d 5 和c o d m 。，根据模型的选择原则，本文利用国际上应用比较广泛的 q u a l 2 e 综合水质模型对干流水质进行模拟。q u a l 2 e 水质模型在国外应用广泛 2 7 3 t l ，而国内的尹澄清等3 2 1 和吴燕华等学者己成功的运用q u a l 2 e 模型进行河 流流域的水质管理，实践证明该模型有较大的合理性和可信度。 q u a l 2 e 模型可直接对b o d 5 进行模拟，而不能直接对c o d 协进行模拟，但 c o d m 。可作为非保守性组份进行模拟。b o d 5 和c o d m 。都是反应水体中有机物含 量的多少，根据q u a l 2 e 模型对非保守性组份的模拟条件把c o d m 。作为非保守 性组份进行模拟是完全可以的。 3 3 模型简介 3 。3 1 模型概述 q u a l 2 e 综合水质模型是在q u a l i i 水质模型的基础上，由美国环保局水质 模型中心环境研究室开发的，用于河流的水质规划与管理。该模型适合于混合较 大沽河干流青岛段水环境窖量研究 好的枝状中小河