纳污能力论文

1、姓名：郑志国单位：山东省泰安水文水资源勘测局 大汶河是黄河下游最大支流，经东平湖汇入黄河，同时东平湖又是南水北调东线工程主要的调蓄水库，因此大汶河流域污染物控制研究是确保南水北调东线工程发挥效益的关键之一。按照山东省人民政府颁布的南水北调东线工程山东段水污染防治总体规划（以下简称规划），到2007年泰安市东平湖输水干线水质达到地表水类水标准，境内大汶河王台桥断面水质达到地表水类水标准。结合泰安市南水北调东线工程大汶河控制单元治污计划及我们多年的地表水及排污口水质水量监测资料，建立水质数学模型，通过对大汶河干流纳污能力分析和污染物总量控制，来分析大汶河污染物控制的可行性，可靠性，确保南水北调东线

2、工程的实施及综合效益的发挥。 1855年（清文宗咸丰五年）六月十九日，黄河在河南省兰阳县铜瓦厢决口，改道北流，夺大清河至利津注入渤海。从此大汶河成为黄河下游最大的一条支流，并由于黄、汶交汇顶托，成为近代东平湖老湖积水的开始。大汶河流域在山东中部，地理坐标在东经116度至118度，北纬35.7至36.6度。北以泰山山脉与小清河及北大沙河分流，东以鲁山，南以蒙山支脉与沂河、泗河相比邻，西界黄河，东西长175KM，总流域面积9069KM2,其中境内（包括莱芜）8353平方公里。 大汶河流域形如扇。东部属鲁中山区，两个是沿黄湖洼，汶水西流是其特有地形。京沪铁路以东为山区兼山下平原及河谷盆地，地面高程均

3、在百米以上。泰山山脉横列于北，山颠齐鲁长城残壁尚存，泰山主峰玉皇顶，海拔1545米,是全省第一高峰，向有“五岳独尊”之称。鲁山、蒙山纵贯于东。徂徕山、莲花山横亘于中，其主峰高程分别为1027米和925米，是牟汶、柴汶的界山。蒙山支脉伸展于南，山势平缓，是柴汶、泗河的界山。也是黄淮两大流域的分水岭。泰山与徂徕山间的泰莱平原，兼有起伏丘陵；徂徕山南的柴汶盆地，群山环抱，沟河纵横。京沪铁路以西，泰山余脉蜿蜒于北，经肥城老城北延至东平湖畔，山势自东向西，渐降为低山，山峰高程多为400米以下。大汶河两岸及大清河北岸有断续山头河丘陵，构成肥城北部盆地。南部是垮大汶河的肥宁平原，西部为湖区洼地，也是黄汶冲击

4、交汇区，地面高程多在3840米。 大汶河在大汶口以上分南北两支，以北支牟汶河为主流。大汶河至戴村坝为中游称大汶河。戴村坝以下为下游，名为大清河。 又名汇河，是大汶河三大源流的北支，是汇集莱芜市北部山区诸水的主要河流。发源于章丘市南部大山之阳闫家峪乡池凉泉，池凉泉沿高山峡谷南流，穿长城岭（齐鲁长城）进入莱芜市北境，迂回于群山之中，流经原山西麓至雪野水库与通天河汇合南流，至山口村出山，进入泰莱平原。自河源自山口长46KM，是汶河水系中最长的山谷河道。瀛汶河出山后，沿泰山南麓流向西南，穿泰莱公路和泰辛铁路至刘家疃与石汶河合流，至渐汶河村南汇入牟汶河，全长86KM，其中泰安市（包括莱芜）境内75KM。

5、瀛汶河出山后，河道多为300400米的流沙河，西岸多由堤防。流域面积1326KM，占大汶河总流域的14.6。河底落差364米，平均比降4.2。流域内长5KM以上的支流28条，其中流域面积在百平方公里以上的有通天河。 石汶河是大汶河上游五汶之一，主要汇集泰山东北，长城岭以南山区诸水。上游分东西两源，东源起自莱芜后关村一带，西流经下港，入黄前水库；西源出自泰山主峰以北牛栏口，东流经麻塔，故名麻塔河，至黄前水库与东源汇合南流，始称石汶河。河道由山区流入缓坡丘陵，河底多为卵石粗沙，河宽多在100200米，因流经石汶村，故名石汶河。东碾疃村以下约2KM，河床宽达1KM，河中有村名夹河。下游穿泰辛铁路，至

6、刘家疃汇入瀛汶河。以东源为主长50KM，平均河底比降9.3，其中黄前水库以下河长18KM，落差45米，比降2.5。总流域面积350KM2,其中纯山区面积292KM2。1964年7月28日，上游东西两源来水量达2000M3/S，是建国后最大的一次洪峰。 泮汶河源于泰山主峰以西桃花峪，汇集泰山西麓诸水西流，出山后，穿京沪铁路和104国道，再东南流，经大河水库，至泰城南，纳泰山前渿河，梳洗河等支流，至东店子汇入牟汶河。河长42KM，流域面积368KM2，大河水库以上，源高流急，为山洪河道比降为21.8。河内多为粗沙卵石。水库下游多为丘陵区，河流比降1.4，河宽多在百米以上。 柴汶河，又名水汶河，是大

7、汶河上游三大源流之南支，也是大汶河的最大支流。主要汇集新泰市的岱岳区，宁阳的部分径流，流域面积1944KM2(包括沂源县34KM)占大汶河全F的21.4。起源于沂源县西南的牛栏峪一带，东流至周科峪西500米处折向西南，沿峡谷至黑峪村入新泰境。经龙池庙水库，至龙廷汇太公峪，野猪汪等支流后，转向西流，至河庄又曲向西南，经东周水库至南鲍村转向西北，于孙村西流入开阔的河谷盆地，贯穿新泰市中部和岱岳区、宁阳边境。因流经古柴城北，古名柴汶河。又曲折西流至大汶口，汇入大汶口。全长116KM，其中泰安市（包括莱芜）境内107KM。上游从保安庄至龙廷，河底落差144米，平均比降为10.7。从龙廷至大汶口，落差1

8、53米，平均落差为1.5，下游河宽300米以上。沿河汇入长5KM以上的各级支流66条，其中流域面积在百平方公里以上的有平阳河、光明河、禹村河。据谷里水文站测算，柴汶河22年年平均流量6.82m3/s，年平均径流量2.12亿方，年均输沙量36.8万吨，1918年最大流量为4900m3/s（调查），1964.7.17实测1830m3/s。 古名“蛇水”，是岱岳区、肥城“汶阳田”的主要排水河道，流域面积648KM2。地势东北高，西南低，其形如扇，干流河道在流域南部，略呈东西流向，其支流多为南北流向，其中5KM以上的有23条。主河道自北庄以上分为南、北两支，以南支为主。起源于岱岳区北留村以东的胜利水库

9、，西流至漕河崖，先后纳入来自北部丘陵区的山泉等小河后，形成漕河干流。河道大致与大汶河平行西流，全为平原河道。至北庄与北支浊河汇流，故又名漕浊河。浊河发源于岱岳区南白楼一带，上游为山区河道，南流至故县店进入平原区。流经南优、城上注入漕河。漕河又西南流，至肖家店西，在堽城坝下游注入大汶河。漕河自胜利水库至大汶口，长39KM，落差40米，比降1。下游河宽多在50KM以上，两岸均有堤防。 又名坎河，水经注称“泌水”。是大汶河下游最大的支流。流域面积1260KM2（其中平阴178KM2）占大汶河全流域面积的13.9。主要汇集肥城北部、东平东部及岱岳区、平阴的一部分山洪和坡水。整个流域皆在山丘环绕之中，形

10、成封闭的河谷盆地。其主流发源于肥城县陶山西麓，南流穿凤凰山口，至湖屯汇纳陶山前诸水，形成主流河道，至衡鱼村与东来的康王河汇流。康王河发源于岱岳区道朗一带，向西流经肥城老城、王瓜店、桃园等城镇，是汇河的最大支流。汇河自衡鱼再南流，经平阴县的孔村、店子及东平的大羊、接山等乡镇，至黄徐庄南，注入戴村坝下游的大清河。明清漕运时期，汇河是济运河道之一。其入口原在戴村坝上游，1964年移至坝下游。汇河下游的主要支流有东、西金线河。 汇河从源头毛家铺至黄徐庄入口长49KM。河道自湖屯以下，除下游南山庄段有近千米石底外，全为土河槽。河槽落差110米，比降为2.4，其中隆庄以下平原区，比降为0.43，两岸均有堤

11、防。 大汶河北支牟汶河上游是山东省重要的钢铁能源基地莱芜市，主要有莱钢集团、泰钢集团、莱城电厂、莱芜电厂以及化学、煤矿、造纸等工业污染源汇入牟汶河，再经角峪大桥流入泰安市境内。 大汶河南支柴汶河上游是新兴的工业城市新泰市，是山东省重要的煤炭基地，并发展起了炼焦、化工、纺织，电力等工业，城市的工业生活污水经柴汶河汇入大汶河干流。 泮汶河流经泰安市区，泰安市区是泰安市的政治、经济、文化中心，背靠五岳之首的泰山，是著名的旅游城市，工业与服务业基础雄厚，主要有特种汽车、工程机械、化工、无机新材料、纺织服装、食品酿酒等工业，市区人口在50万左右，由于城市污水处理能力有限，一部分污水经泮汶河流入大汶河干流

12、。 从1995年-2005年的排污口监测资料分析，大汶河流域的主要源是以城市生活及工业集中地域为主，通过河道排入大汶河。污染物主要是化学需氧量和氨氮，挥发酚、氰化物、六价铬只在个别排污口中检出。本文以化学需氧量（CODcr）、氨氮两项做为计算分析项目。 文中所用水质评价采用地表水环境质量标准GB3838-2002，根据大汶河构成和特点在模型限定的范围内进行河段划分，起始断面从角峪大桥开始，分为7个河段，分别为1.角峪大桥至瀛汶河口，2.瀛汶河口至石汶河口，3.石汶河口至泮汶河口，4.泮汶河口至柴汶河口，5.柴汶河口至海子河口，6.海子河口至汇河河口，7.汇河河口至王台大桥。单元划分、河流及排污

13、口分布见图1。 水体纳污能力是指在给定水域的水文、水动力学条件、排污口位置及方式情况下，满足水功能区划确定的水质标准的排污口最大排污量。河流的常用水质模型，在使用时都必须满足一定的条件，既要满足流场均匀稳定等条件。而实际情况下，河流的断面形状、水文条件等沿程不断变化。因此，在实际应用时，我们必须根据天然河道的实际情况，进行分析和处理，尽量使有关条件满足水质模型的要求，选择的水质模型应能反应水质目标与污染物输入的相应关系。 SxCExCxCutCx)(SxCExCxCutCx)(SxCExCxCutCx)(SxCExCxCutCx)(SxCExCxCutCx)(SxCExCxCutCx)(SxC

14、ExCxCutCx)(SxCExCxCutCx)(SxCExCxCutCx)(（1）0tC0tCCKS1xE22dxCd0KCdxdCuC0:起始断面的水质浓度(mg/l)C:下断面衰减后的水质浓度（mg/）K:衰减系数（1/d）X:断面距离（KM） )exp(0uKxCCqQLqQLL*0* 河段断面平均流速的计算采用以下水利学公式: u：断面平均流速（m/s） Q：设计流量（m3/s） a、b：待定参数baQu 根据2005年大汶河干流水文站实测流量和断面平均流速资料，利用最小二乘法，求得水利学公式u=aQb参数a、b。计算结果如下：)(11121211111niniiiniiniinii

15、iniiniiQQnuQuQnQnuneaniiniininiiniiiiQQnuQuQnb1212111)(参数 1234567a0.2966 0.2966 0.28820.28820.0025 0.02210.0221b0.0875 0.0875 0.1818 0.1818 1.11140.67490.6749 本次计算采用河流年平均流量来求得年纳污能力，由于确定角峪大桥为计算的开始断面，角峪大桥的设计流量以上游莱芜水文站的实测资料为依据，用水文比拟法取值，再综合考虑自然地理条件的差异进行修正。干流各控制单元的设计流量利用大汶河干流各水文站1980年-2005年的年平均流量，利用P-频率曲

16、线法，采用90的保证率，即在一定的设计时段内，有90的时间可以保证河流的实际流量不小于设计流量。各控制单元的设计流量见表2。流量 1234567QC 4.524.528.5516.127.323.623.6CV 0.90.90.850.930.851.081.08CS 1.81.81.571.91.52.012.01R=CS/CV2.002.001.852.021.751.91.990保证率0.700.701.292.263.571.131.13 在河流水质模拟计算的过程中，很关键的一步是准确的确定模型参数，由于不同的污染物和不同的水体、不同的环境条件，其降解系数是不同的，污染物衰减系数K可利

17、用实测资料反推求取。率定衰减系数的K值的方法采用两点法，公式如下：4.86*ln下上LLxuK 求得衰减系数K与平均流速的计算公式。CODcr的衰减系数计算公式为K=0.060+0.68*U，氨氮的衰减系数计算公式为K=0.065+0.56*U 将确定参数输入到模型中，同时将起始断面条件和各点源负荷的实测资料输人模型中，以排污口资料中干流的实测资料对模型进行验证，计算结果见表3 ，由表可知，计算值与实测值吻合较好，除个别数值外，CODcr和氨氮的相对误差均在30以内，说明模型具有较好的模拟精度，可以在实际工作中应用。监测断面日期计算值实测值相对误差（）COD氨氮COD氨氮COD氨氮埠阳庄200

18、5.5 39.3 4.77 21.5 4.524.76.12004.5 629.63.17196.44.522130.0大汶口桥2005.5 29.7 5.4627.77.517.327.32004.5 238.4 3.74185.24.7828.721.8障城2005.5 18.1 1.9924.52.5726.222.72004.5 16.7 3.20 23.50.4529.1611 1.污染事故的预报 水质模型的建立可以为大汶河流域建立一个水污染预报预警机制，本文假设在海子河上游某化工企业由于生产事故造成大量有机污染物泄漏，实测在海子河入汶口COD浓度为800.0mg/l,氨氮浓度为32

19、.0mg/l,经过海子河泄入大汶河干流，造成入河口COD和氨氮超出正常情况数百倍，影响东平湖及南水北调东线工程输水水质，通过建立的数学模型模拟污染物的降解过程，计算出污染物到达入湖口王台大桥的浓度和出现的时间，以便采取措施，控制污染物进入东平湖。由计算结果可以看出，在设计条件下，污染物的流速较小到达王台桥的时间比较长，通过水体自净和污染物的衰减，到达王台大桥时污染物的浓度已经符合地表水环境质量标准类水标准，污染物设计条件及计算结果见表4。控制断面河长设计断面流量排污口流量平均流速COD（mg/l）氨氮（mg/l）输移时间（t）海子河入汶口0120.00 2.550.516 25.01.31 汇河入汶口55.580.00 30.425 24.61.25 2178.42 王台大桥25.160.00 0.350 19.81.03 1196.31 一维稳态条件下计算纳污能力有的3种方法，即段首控制方法、段尾控制方法和功能区段尾控制方法。为确保南水北调东线工程大汶河王台大桥水质达标，在允许纳污能力计算中采用段首控制法，段首控制中的段是指沿河任何两个排