淮河干流污染团水质水量联合调度研究

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淮河干流污染团水质水量联合调度研究邓秘重庆三峡学院随着社会经济快速发展,近年来国内外突发水污染事件频发,严重影响水体水质,造成大量经济损失,已成为广受关注的水环境问题。水质水量联合调度作为应对突发水污染事件的关键措施,一直是突发水污染事件的研究热点。淮河干流中游突发水污染事件(或称污染团事件)时有发生,严重危及淮河干流中游饮水安全和生态环境。本文围绕突发水污染事件水质水量联合调度问题,以淮河干流中游(正阳关-蚌埠闸)为研究区域,调研淮河干流污染团历史资料,分析淮河干流污染团特征,识别淮河干流污染团风险源,设计风险源泄漏情景;收集和整理水文、水质和地形等基础数据,构建淮河干流一维水动力水质模型;探究支流闸门(颍上闸)、干流闸门(蚌埠闸)和引江济淮工程入淮闸门(东淝闸)及其组合调度对淮河干流污染团的调度效果,提出最优的水质水量联合调度措施,形成了以下主要结论。(1)淮河干流污染团特征分析和风险源识别基于淮河干流污染团历史资料,研究发现污染团产生原因为支流污水下泄和工业企业污水下泄,其中支流污水下泄为主要原因。当淮河汛期突降暴雨,为满足防洪需求,原本积蓄于支流闸上的大量污水集中下泄进入淮河干流,形成淮河干流污染团。由支流污水下泄导致的污染团突发事件,其污水来源主要为沙颍河和涡河,沙颍河和涡河单独发生以及同时发生污染团的情况均存在。污染团的主要风险源主要为沙颍河和涡河,同时淮河干流上游来水也存在污水下泄风险。(2)淮河干流一维水动力水质数学模型构建收集和整理了水文、水质和地形等基础数据,基于HEC-RAS模型构建了淮河干流一维水动力水质数学模型。基于水量平衡合理推算了支流流量,解决了支流流量实测数据缺失的问题。利用水位、流量和水质实测数据,率定了河道糙率和污染物综合降解系数等模型关键参数。模型率定和验证结果表明,构建的水动力水质模型可准确刻画淮河干流水动力和水质迁移转化过程,可用于后续的水质水量联合调度研究。(3)支流闸门调度对淮河干流污染团的调度效果分析设计了沙颍河产生污水、涡河产生污水、沙颍河和涡河同时产生污水、淮河干流上游产生污水等4种风险源产生情景;提出了污染团离开蚌埠闸时间、敏感断面超标时间和敏感断面峰值浓度等3项调度效果评价指标。以沙颍河产生污水为典型情况,分析了支流闸门(颍上闸)调度对淮河干流污染团的调度效果。调整颍上闸调度方式,可使沙颍河污水以大流量集中下泄、小流量缓慢下泄、极小流量缓慢下泄等3种下泄方式进入淮河干流。采用淮河干流一维水动力水质数学模型,考虑丰平枯典型水文年,模拟分析了不同调度方式对污染团的调度效果。结果表明支流闸门调度对淮河干流污染团有显著影响。支流闸门下泄流量变小,则污染团离开蚌埠闸时间变晚,敏感断面超标时间变长,但敏感断面峰值浓度越低。当采用极小流量时,污染团对淮河干流水质的影响得到明显缓解,但这一定程度上增加了支流防洪风险。综合考虑敏感断面峰值浓度和防洪风险,小流量缓慢下泄是最优的支流闸门调度措施。(4)干流闸门和引江济淮工程入淮闸门调度对淮河干流污染团的调度效果分析针对4种风险源发生情景下的支流污水小流量缓慢下泄,采用淮河干流一维水动力水质数学模型,考虑丰平枯典型水文年,模拟分析了干流闸门和引江济淮工程入淮闸门调度对淮河干流污染团的调度效果。设置了S1(背景调度,无引江济淮工程)、S2(常规调度,有引江济淮工程但不加大流量)、S3(加大干流闸门流量)、S4(加大引江济淮工程入淮闸门流量)和S5(干流闸门和引江济淮工程入淮闸门流量均加大)等5种调度方式。结果表明从不同的调度效果评价指标看,最优的调度措施有所差异。从降低敏感断面峰值浓度看,S4调度最优;从减少敏感断面超标时间看,S3和S5调度效果优于其它调度;从污染团离开蚌埠闸时间看,S3和S5调度效果优于其它调度。整体上,S3、S4和S5对污染团的调度效果,比S1和S2更优。