基于龍王廟斷面水質(zhì)達標的城南河流域水環(huán)境容量

瞿一清，逄 勇,2

(1.河海大學環(huán)境學院，江蘇 南京 210098； 2.河海大學淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點實驗室，江蘇 南京 210098)

1 研究區(qū)域概況

城南河是南京市浦口區(qū)內(nèi)注入長江的主要小流域河之一，現(xiàn)在正處于水質(zhì)惡化、水體黑臭化的階段。城南河發(fā)源于老山南部，從江浦街道主城區(qū)穿城而過，呈“Y”狀，東西兩條支流在鳳凰臺匯聚后匯入長江，全長8 km，流域匯水面積為62.8 km2。龍王廟斷面位于城南河河首，是城南河入江前的主要監(jiān)測斷面。城南河作為南京市主要入江支流，至2017年龍王廟斷面水質(zhì)需總體達到Ⅴ類水質(zhì)要求，其遠期水功能區(qū)劃執(zhí)行GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅳ類水體標準。

1.1 城南河水文情況

根據(jù)南京市地區(qū)各站1979—2015年共37年的降雨量資料，采用P-Ⅲ頻率曲線進行頻率分析，可得到南京市不同降雨量保證率下的降雨量值，結(jié)合浦口區(qū)地表徑流系數(shù)可得到不同降雨量保證率下的徑流量(表1)。

表1 城南河不同降雨保證率下徑流計算結(jié)果

1.2 城南河水質(zhì)情況

表2 龍王廟斷面2016年水質(zhì)超標率情況

1.3 研究區(qū)域污染源分析

2 數(shù)學模型構(gòu)建

2.1 水動力及水質(zhì)模型

選用二維模型對河道進行模擬。水動力控制方程為笛卡爾坐標系下不可壓流體三維雷諾Navier-Stokes平均方程沿水深方向積分的連續(xù)方程和動量方程[11]：

(1)

(2)

(3)

圖1 研究區(qū)域各類污染物入河量來源占比情況

水質(zhì)控制方程是污染物在二維非均勻流中的對流擴散基本方程：

(4)

式中：Ci為污染物濃度；u、v分別為x、y方向上的流速分量；Ex、Ey為x、y向上的擴散系數(shù)；Ki為污染物降解系數(shù)；Si為源(匯)項。

2.2 模型驗證

3 水環(huán)境容量計算

龍王廟斷面影響區(qū)域內(nèi)污染源共概化13個排污口，具體位置見圖3。控制斷面達標情況下的水環(huán)境容量基本模型[12-14]如下：

(5)

(a) COD

(c) TP

式中：z為污染源與計算斷面縱向距離；C為z距離處水體污染物濃度值；k為污染物降解系數(shù)；u為流速；W為概化排污口排污量；C0為邊界水質(zhì)濃度值；Q0為河流流量。

圖3 研究區(qū)域污染源概化排口位置

3.1 計算結(jié)果

表3 城南河2016年不同水期水環(huán)境容量 t/a

表4 調(diào)水方案對比情況

3.2 水環(huán)境容量提升措施

圖4 各方案調(diào)水引流示意圖

4 結(jié) 論

c. 為幫助龍王廟斷面水質(zhì)穩(wěn)定達標，增大城南河水環(huán)境容量，緩解小流域河流枯水期水量小、水質(zhì)差的問題，提出兩種長期調(diào)水方案，為區(qū)域水環(huán)境治理提供參考。