基于解析模型的庫區納污能力計算，模型計算的飛來峽水庫納污能力研究

尹慶文

【摘要】根據飛來峽庫區水動力特征，選取庫區水功能區納污能力設計條件，采用解析數學模型計算確定了庫區納污能力，為庫區納污總量控制和制定限排總量提供依據。

飛來峽水庫屬于河道型水庫，管轄水域范圍為廣東省水功能一級保留區，水質管理目標為Ⅱ類，是下游珠三角地區廣州、佛山、清遠等地區的水資源安全和經濟社會可持續發展的重要保障。根據飛來峽水庫的特性，應用解析水質模型能較好的模擬河道型水庫水文條件和污染物擴散衰減條件，利用該模型對飛來峽水庫的納污能力進行了研究。

【關鍵詞】模型；解析；計算；研究

1、解析水質模型的建立

1.1 在笛卡爾坐標系下，平面完全混合模型的計算方程為：

模型采用穩態形式，即，且反應項只考慮污染物的衰減，即，則當水庫污染物出水濃度達到水庫的水質目標時，進入水庫的外部源和匯（內源）污染物量即為水庫的納污能力。

飛來峽水庫的COD、NH3-N納污能力計算方程為：

其余符號意義同前，其中流量單位為m3/s，污染物綜合衰減系數單位為1/d。

1.2 主要參數確定

1.2.1 設計水文條件下的水庫容積

水庫調度規則如下：①發電運用：水庫正常水位24.81 m，當壩址流量在1700 m3/s以下時，維持正常水位運行，當入庫流量為2500m3/s、3000m3/s、3500m3/s、4000m3/s時，降低庫水位至23.81 m、22.81 m、21.81 m、20.81m運行。”。因此，當壩址流量在1700 m3/s以下時，飛來峽庫區水位基本維持在24.81m，擬定90%保證率最枯月入庫流量、50%保證率最枯月入庫流量及多年平均入庫流量對應的壩前水位均為24m，其相應的水庫庫容為正常水位對應的庫容，即4.32億m3。

1.2.2 入庫流量、出庫流量

采用橫石站的水文資料，按照集水面積比值法估算飛來峽的入庫流量。飛來峽水利樞紐庫區集水面積共2546km2，橫石站搬遷后集水面積為34097km2，而橫石站90%保證率最枯月流量、50%保證率最枯月流量及多年平均流量分別為160m3/s、249m3/s及1229m3/s，則現狀條件下飛來峽水庫3個入庫站（即高道、白石窯壩下、長湖水庫（壩下）三站）的90%保證率最枯月入庫流量、50%保證率最枯月入庫流量及多年平均入庫流量分別為148.5m3/s、230.4m3/s及1137m3/s。考慮到未來庫區上游取水工程的建成和運行對北江入庫水量的影響，估算規劃條件下2020、2030年的飛來峽水庫90%保證率入庫流量分別為145.8 m3/s、148.5 m3/s。

1.2.3 水庫水質目標濃度

飛來峽水庫保留區水質保護目標為Ⅱ類，《地表水環境質量標準》中Ⅱ類水質標準所對應的COD、NH3-N的濃度15mg/L、0.5mg/L，即為水庫水質目標濃度。

1.2.4 入庫污染物濃度

由于飛來峽水庫入庫斷面的污染物主要來源于上游河流（連江、北江、滃江），因此，規劃條件2020、2030年取入庫斷面所在河段（連江、北江、滃江）的Ⅱ類水質管理目標對應的COD、NH3-N濃度，即15mg/L、0.5mg/L。

1.2.5 污染物綜合衰減系數

近年來華南環科所、中山大學、廣東省環境監測中心站等多家科研單位對省內各流域的水環境保護規劃的研究成果表明，湖庫的COD、NH3-N衰減系數變化范圍大致為0.05～0.1（l/d）、0.02～0.05（l/d）。同時，參考飛來峽水庫所處區域已有研究工作和資料，本次擬定COD、NH3-N的綜合衰減系數為0.05（l/d）、0.03（l/d）。

2 、TN、TP納污能力模型

2.1 模型選擇

根據《水域納污能力計算規程》，采用狄龍模型計算水庫TN、TP的水域納污能力，公式如下：

2.2 主要參數確定

2.2.1 設計條件下的水庫平均水深、水面面積

根據計算COD納污能力所擬定的90%最枯月、50最枯月及多年平均流量相應的水庫庫容及水庫的水位庫容曲線，并考慮水庫調度情況，擬定水庫平均水深和水面面積。

2.2.2 水庫水質目標濃度

飛來峽水庫保留區水質保護目標為Ⅱ類，《地表水環境質量標準》中Ⅱ類水質標準所對應TN、TP的濃度0.5 mg/L、0.025 mg/L，即為水庫水質目標濃度。

2.2.3 污染物的入庫量、出庫量及污染物滯留系數

規劃條件2020、2030年、由入庫流量、出庫流量與污染物水質目標濃度乘積得到，、求出后即可根據公式推出。

2.3 納污能力計算結果

（1）90%保證率最枯月入庫流量

規劃水平年2020、2030年飛來峽水庫的COD納污能力為119432.3t、119574.2t，NH3-N納污能力為2345.4t、2350.2t，TN納污能力為2582.6t、2625.2t，TP納污能力為109.7t、111.8t。

（2）50%保證率最枯月入庫流量

規劃水平年2020、2030年飛來峽水庫的COD納污能力為126301.7t、126443.6t，NH3-N納污能力為2633.3t、2638.0t，TN納污能力為2892.6t、2935.2t，TP納污能力為144.7t、146.8t。

（3）多年平均入庫流量

規劃水平年2020、2030年飛來峽水庫的COD納污能力為162725.8t、162867.7t，NH3-N納污能力為3847.4t、3852.1t，TN納污能力為17899.9t、17942.5t，TP納污能力為895.0t、897.1t。

3、結論與建議

3.1 結論

3.1.1 本次飛來峽水利樞紐動態納污能力計算研究是在新的時代背景下，根據飛來峽庫區的水動力特征，選取庫區水功能區納污能力設計條件，分析和計算庫區動態納污能力，提出庫區納污總量控制方案，并嚴格制定限排總量，從而保障飛來峽庫區水質達標。

3.1.2 飛來峽壩前現狀水質已經達到地表水Ⅳ類水，超標因子為TN。從水質變化趨勢來看，高錳酸鹽指數有逐漸上升到趨勢；NH3-N波動較大，但仍能滿足Ⅰ類水質標準；TN雖然呈現出波動變化的態勢，；已經超過Ⅲ類水質標準，部分年份TN已經超過Ⅴ類水質標準；TP除2003年～2006年和2008年滿足Ⅱ類水質標準，其余年份均已超過Ⅱ類水質標準，表現出明顯的湖庫內源性污染累積特征。

3.2 建議

3.2.1 建議對于庫區上游交界斷面加強水質監測的力度，并與上游水功能區主管部門充分溝通、協調，確保入庫交界斷面水質達標，為庫區水質改善提高基礎保障。

3.2.2 建議在庫區設置禁排區，對于庫灣等水力條件交換較弱的區域，應該禁止設立排污口，并對現有的排污口進行整治。

3.2.3 針對面源污染是飛來峽庫區的主要污染源，且禽畜養殖業是面源污染的主要來源，建議在庫區一定范圍內劃分禁養區。

3.2.4 針對庫區點源和難以就地削減的面源污染，應該因地制宜地采取工程措施，開展生態濕地和生態穩定塘等適合庫區的無動力或者微動力生活污水處理工藝。

參考文獻：

[1]彭秦，牟新利，張麗瑩，李軍，李仁婷.二維水質模型及應用研究進展[J].化學工程與裝備，2010；（3）；123-124

[2]陳小麗.灌河響水段水域納污能力及污染物總量控制分析[J].水資源研究.2009；（2）