【某流域基于污染物最大日负荷的总量控制分析计算案例3000字】

某流域基于污染物最大日负荷的总量控制分析计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u3854某流域基于污染物最大日负荷的总量控制分析计算案例 13411.1污染物最大日负荷 1179151.1.1流量历时曲线 1302211.1.2负荷历时曲线 3149711.2流域负荷总量控制 5172041.2.1断面水质现状 5274401.2.2总量控制目标 882491.2.3负荷年内分配 8245311.3小结 10流域内各类点源、非点源污染负荷对水体水质的影响，最终在河流控制断面处体现。而且非点源污染来源广泛、统计数据量庞大，对其污染负荷估算时由于估算方法的不同易出现较大偏差。建立在长系列日平均流量统计基础上的负荷历时曲线法具有需求数据少、原理简单的优点，对于流域水质管理具有科学指导和实际应用意义。1.1污染物最大日负荷1.1.1流量历时曲线流量历时曲线不仅在水文学应用广泛，而且被应用于水污染物总量控制，是负荷历时曲线构建的基础。流量历时曲线的构建过程是根据河流断面长系列实测流量，对其从大到小进行排序，并计算大于等于每个流量的保证率Pf，最终在对数坐标轴上绘制出流量和累积经验频率的关系。Pf计算公式为： （1.1）其中：Pf为大于或等于某个流量的保证率；m为大于等于某个流量的数量；n为流量样本总数。流量历时区间反映了河流不同的水文特性，根据辽河气候和径流特征，依照美国环境保护署的推荐，将流量历时区间按累积经验频率大小划分为5个部分，分别为高流量区（0~10%）、丰水区（10~40%）、中流量区（40~60%）、枯水区（60~90%）和低流量区（90~100%）ADDINNE.Ref.{A0EFEA29-0EDF-46A5-854A-CB2F4481C790}[50]。选取三合屯、马虎山和红庙子三个断面，反映辽河干流上、中、下游的水量和水质变化情况，以2007-2017年的逐日平均流量数据为基础，绘制各断面的流量历时曲线，见图1.1-1.3。图1.1三合屯断面流量历时曲线Fig.1.1FlowdurationcurveofSanhetunsection图1.2马虎山断面流量历时曲线Fig.1.2FlowdurationcurveofMahushansection图1.3红庙子断面流量历时曲线Fig.1.3FlowdurationcurveofHongmiaozisection1.1.2负荷历时曲线根据总量控制因子与各断面所在水环境功能区的水质目标，在断面流量历时曲线的基础上构建COD和NH3-N的负荷历时曲线。负荷历时曲线见图1.4。负荷历时曲线的横坐标为流量历时曲线对应的保证率Pi；纵坐标为不同保证率Pi对应的流量值与污染物水质目标的乘积即污染物最大日负荷，其计算公式为： （1.2）其中：TMDL为污染物的最大日负荷总量，t/d；Cs为污染物水质目标值，mg/L；Qi为保证率Pi对应的流量值，m3/s；U为单位转换系数，取0.0864。a)三合屯-CODb)三合屯-NH3-Nc)马虎山-CODd)马虎山-NH3-Ne)红庙子-CODf)红庙子-NH3-N图1.4各断面污染负荷历时曲线Fig.1.4Durationcurveofpollutionloadateachsection1.2流域负荷总量控制1.2.1断面水质现状负荷历时曲线反映了河流断面在不同水文条件下的最大允许日负荷，结合实测的流量、水质资料，通过污染物超标时的水文条件，可以判断流域内污染物的特征情况。把2015-2017年各断面的COD和NH3-N水质监测数据和流量实测数据换算为瞬时通量，同时根据流量对应的保证率，在负荷历时曲线中将各断面污染物实际负荷通量用散点图的形式表示出来。若污染物负荷通量在负荷历时曲线的上方，则表示在此流量条件下，污染物负荷超出了水质目标规定的允许负荷；若污染物负荷通量在负荷历时曲线的下方，则表示在此流量条件下，污染物负荷在水质目标规定以内。污染物超标情况发生时的水文条件与污染特征密切相关。若污染物负荷超标发生在低流量时（保证率为85%~99%），则污染物来源主要以点源污染为主；若污染物负荷超标多发生在中流量区（保证率为70%~85%），则为点源与非点源污染综合作用的结果；若污染物负荷超标多发生在高流量区（保证率小于10%），则污染物来源以非点源为主ADDINNE.Ref.{9B03F0A5-A3C3-4F01-A34E-A2FD373937B6}[51]。根据各断面的污染物现状负荷，三合屯和马虎山断面COD负荷超标频率较高，NH3-N负荷超标频率较低，红庙子断面COD和NH3-N负荷基本在水质目标规定范围以内。三合屯断面COD负荷超标多发生在中流量区，是点源和非点源综合作用的结果；马虎山断面COD负荷超标在枯水区和丰水区均有发生，且在中流量区已接近允许负荷，由此可知马虎山断面以上流域点源和非点源排放较多，需要进行污染物总量控制，以改善水环境质量。a)三合屯-CODb)三合屯-NH3-Nc)马虎山-CODd)马虎山-NH3-Ne)红庙子-CODf)红庙子-NH3-N图1.5各断面污染物现状负荷Fig.1.5Currentpollutantloadofeachsection1.2.2总量控制目标负荷历时曲线法的研究时段为每日，以此为基础计算的年允许负荷相比传统的以近10年最枯月平均流量等方法的计算结果更能反映流域真实情况。将负荷历时曲线每日允许负荷求和，然后平均分配至研究时段的各年份，得到流域控制断面多年平均污染物允许负荷通量。由于流量历时区间划分的过程与水文学中水文年的划分过程具有相似的依据，各个流量历时区间与不同频率的水文年相互对应，因此基于流量历时区间进行各水文年污染物允许负荷通量估算具有一定的理论基础和科学依据。取各个流量历时区间中点的流量为不同水文年的代表流量，以此为基础计算各水文年的允许负荷通量。各断面多年平均和各水文年的污染物允许负荷通量计算结果见表1.1和表1.2。表1.1各断面不同水文年COD允许负荷通量Tab.1.1TheallowableCODloadfluxofeachsectionisdifferentinhydrologicalyears断面多年平均(t/a)特丰年(t/a)丰水年(t/a)平水年(t/a)枯水年(t/a)特枯年(t/a)三合屯26321.981173.727436.311542.26584.71494.8马虎山56532.0169663.761936.725544.212109.84900.7红庙子108254.3333020.2121224.446042.622958.28842.7表1.2各断面不同水文年NH3-N允许负荷通量Tab.1.2Tab.1.1TheallowableNH3-Nloadfluxofeachsectionisdifferentinhydrologicalyears断面多年平均(t/a)特丰年(t/a)丰水年(t/a)平水年(t/a)枯水年(t/a)特枯年(t/a)三合屯1316.14058.71371.8577.1329.274.7马虎山2826.68483.23096.81277.2601.5241.0红庙子5412.716651.06061.22302.11147.9442.11.2.3负荷年内分配（1）安全余量设置由于河流天然来水的不确定性，导致水体污染负荷和水质之间的相互关系具有不确定性ADDINNE.Ref.{C1ACBBCF-AD9E-48BF-B7E5-AB5F4B544B73}[52]。为了消除这种不确定性对TMDL总量分配的影响，含蓄或明确地从TMDL中选取一部分作为安全余量ADDINNE.Ref.{1096CC80-9890-4E13-9B2B-18E059CE83C0}[53]，这部分负荷作为TMDL的重要组成部分，不参与总量分配。本文根据EPA的建议，选取TMDL的10%作为安全余量。MOS与TMDL之间的关系为ADDINNE.Ref.{4F98547E-6B1A-4EDD-BA81-793E6AFEBD7E}[54]： （1.3）其中，WLAs为允许点源污染负荷；LAs为允许非点源负荷；MOS为污染物允许负荷安全余量。（2）允许负荷通量年内各月和各季节分配在污染物总量控制上，断面年允许负荷通量虽然能够满足当前水体污染物以年为尺度的总量控制要求，但是未考虑污染负荷在年内的分配，可能导致污染物总量控制出现短期（个别月份或枯水期）负荷超标，但全年污染负荷达标的情况。因此，需要根据河流流量年内不同时期的变化特征，进行年内负荷分配，达到改善水环境质量的目的。辽河流域主要以年内各月和丰、平、枯水期水质监测为主，进行以月和季节为尺度的流域污染物年内允许负荷分配，能够与流域水质监测实际相结合，更好地指导流域水环境管理。分别以月和季节为尺度，对研究时段内负荷历时曲线中每日最大日负荷值求和并扣除安全余量，再除以总年数，得到三合屯、马虎山和红庙子三个断面的COD和NH3-N年内各月和各季节允许负荷通量，分配结果见图1.N~1.N。季节划分考虑辽河流域实际情况，以3、4、5月为春季，6、7、8月为夏季，9、10、11月为秋季，12、1、2月为冬季。a)CODb)NH3-N图1.6污染物允许负荷通量年内各月分配Fig1.6Distributionofpermissiblepollutantloadfluxineachmonthoftheyeara)CODb)NH3-N图1.7污染物允许负荷通量各季分配Fig.1.7Distributionofpermissiblepollutantloadfluxineachseason1.3小结本章根据三合屯、马虎山和红庙子三个断面2007-2017年的实测流量数据，构建了各断面的流量历时曲线，并将其划分为5个流量历时区间。在此基础上，依据断面水环境功能区划规定的水质目标绘制了各断面COD和NH3-N的负荷历时曲线。根据2015-2017年水文、水质监测数据和污染物负荷历时曲线，得到断面污染现状负荷情况，并对现状水质进行分析。分析结果表明，三合屯和马虎山断面C