長距離明渠輸水工程突發水污染事件的應急調控

紀風蘭

(新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局，新疆836403)

0 前言

北疆供水工程是目前解決新疆北坡經濟帶水資源匱乏，區域性水資源分配不均衡及城市、農業、工業用水矛盾的長距離調水工程。水資源是經濟社會發展的重要戰略性資源。我國水資源人均占有量僅為世界人均的28%，長久以來水資源問題嚴重限制了北疆經濟的發展腳步。

為根治區域性水資源分配不均的問題，國家投入了大量資金，建成并擬建多項大型長距離輸水工程，為眾多地區經濟和生活帶去利益，因此長距離明渠輸水工程突發水污染事件的應急調控成為保障國民利益的重要措施。

1 長距離明渠輸水工程及其污染防控的特點

1.1 長距離明渠輸水工程的特點

長距離明渠輸水工程不同于一般輸水工程，具有輸水線路長、調控點多、持續供水等性質，因此在調控方面十分復雜。

長距離明渠輸水工程的特點包括:

1)距離長、調控效果滯后。在保證穩定的條件下，實現水流及時從初始狀態調整到理想狀態的控制難度很大。

2)由于客觀原因，長距離明渠輸水系統中起調節作用的水庫相對較少，從而增加了控制難度。

3)長距離明渠輸水工程一般為多水源調水系統，使得調度難度?加大。

1.2 突發水污染事件的特點

從當前已發生的大型輸水工程突發水污染案例來看，人為因素是事故發生的主要原因。突發污染事件的主要特點為以下幾個方面:

1.2.1 突發性

由于輸水工程距離長、分布廣的特點，加之導致水污染事件發生的原因多種多樣，使得事件發生的時間和地點難以預料。

1.2.2 擴散性

污染物在水的流動性質下呈現出很強的擴散性，輸水系統在出現污染問題后，污染物會呈條帶狀迅速擴散，引發下游水域的污染。

1.2.3 長期性

由于水污染的突發性和擴散性，往往導致大面積危害，同時由于部分污染物的特性還會給周邊環境帶來長期的危害。

由于長距離明渠輸水工程的復雜性，嚴重突發水污染事件的發生，必將會給我們的生態環境、社會和經濟帶來難以估量的損失。因此，對于長距離明渠輸水工程突發水污染事件下的應急調控便成為保障輸水工程社會效益和經濟效益的重中之重［1］。

2 突發水污染事件的控制理論分析

2.1 水污染的理論依據

在輸水工程中污染物進入水體后，會經過一系列的發展，我們可以將這個過程分為3個階段:

1)第一階段為射流核心區，污染物突然進入輸水系統水體時的最初狀態為，污染物與局部水體迅速混合。

2)第二階段是由于污染物在水體的浮力影響下，以及污染物進入水體時具有的動能持續減弱，使垂向的擴散作用逐漸放緩，同時轉為擴散區。并且在輸水工程水體的流動性影響下，污染物會隨水的流動產生紊動作用，從垂向擴散為主轉為以橫向擴散為主。

3)第三階段的特征為水體污染物擴散到輸水工程渠道的全寬范圍，并且污染體截面與輸水斷面一致，然后污染體以縱向方向持續發生線性離散。

2.2 控制策略分析

針對長距離明渠輸水工程突發水污染事件，應當設計有階段性的應急調控方案，從而實現將突發水污染事件中污染體擴散對各方面的影響降到最低的效果，為了確定有效方案需要從以下4點進行分析。

1)節制閘門調控前的處置響應階段，在本階段中節制閘門沒有進行調控即為打開狀態，輸水工程渠道內的水流可以看做是流量恒定狀態。

通過污染物進入水體后隨響應時間的推移發生擴散，能夠得到節制閘門調控前響應階段污染體擴散的縱向距離以及其他擴散特征值隨時間的推移發生的變化。

2)節制閘門的關閉階段，在本階段中輸水工程渠道上下游的節制閘門會進行關閉。

輸水工程渠道內的水流出現劇烈運動轉為非恒定流狀態。通過本階段污染體的擴散過程能夠分析污染體的輸移距離，并得到計算污染體在縱向的長度的方法。

3)節制閘門調控后的處置響應階段，本階段輸水工程渠道內污染區域上下游節制閘門完全關閉，水流會持續震蕩，但是程度會漸漸降低。通過對本階段的分析能夠得到節制閘關閉后隨響應時間的推移，污染體縱向長度的變化。

4)最后，將節制閘門調控過程中輸水工程渠道內污染體擴散狀況隨響應時間的變化，同防止污染體可接受擴散范圍的控制目標相結合，得到確保把污染區域限制在事件發生區域條件下，進行節制閘門調控的各階段控制時間，最終保證實現對輸水工程突發水污染事件的有效應急調控。

3 突發水污染事件應急調控措施的制定

當長距離明渠輸水工程一旦發生突發水污染事件，最根本的要求是在盡量縮小污染水域范圍的前提目標。

因此，要制定突發水污染事件應急調控措施方案，必須從制定輸水系統節制閘門的最佳調控時間方案入手，從而得到最優應急調控措施方案。

根據污染水體隨節制閘門調控響應時間的推移，產生擴散狀況的變化規律，可以得到在事件發生輸水渠道內的節制閘門調控時間的控制方案:

1)根據突發水污染事件發生時，污染體最上游位置與事件發生的輸水渠道下游節制閘門的距離，得到污染云團峰值位置與事件發生的輸水渠道下游閘門的距離;同時，根據突發水污染事件發生時污染體的縱向長度，得出事件發生的響應時間。

2)根據節制閘門調控前穩定狀態下的輸水狀況，可以得到水體的流速以及響應時間，能夠計算出響應時間內污染水體的擴散距離，從而對突發水污染事件進行定位。

3)在發生污染事件水域上下游閘門進行同步調控時，需要計算節制閘門調控過程中污染水體傳輸距離及其縱向長度的變化范圍。

4)為了實現把污染水體封閉在事故渠段范圍內的目的，需要使發生污染事件渠段上下游節制閘門進行調控后，節制閘門調控時間內污染水體峰值距離加上污染水體縱向的一半，小于突發水污染事件發生時刻污染水體峰值斷面距事故渠段下游節制閘門距離，從而得到節制閘門調控的最佳時間方案。

4 結語

為了保障長距離明渠輸水工程帶來的社會和經濟效益，本文從長距離明渠輸水工程及其污染防控的特點入手，依據突發水污染事件的控制理論，對制定污染事件應急調控措施進行了分析，得到污染控制過程中節制閘門調控的最佳時間方案，為今后制定類似事件的應急調控提供借鑒。

［1］練繼建，王旭，劉纏玉，馬超.長距離明渠輸水工程突發水污染時間的應急調控［J］.天津大學學報，2013(01):48－54.