淺談MIKE 21數(shù)模在閩江竹岐飲用水源地劃分中的應(yīng)用

王 瑩

(福建省水利水電勘測設(shè)計研究院，福建 福州 350001)

平潭及閩江口水資源配置工程是福建省重大水利基礎(chǔ)設(shè)施工程，是解決閩江口區(qū)域水資源安全保障問題的關(guān)鍵性工程。《福建省主體功能區(qū)區(qū)劃》已將閩江竹岐水源保護區(qū)列為省級水源保護區(qū)。目前，我國針對河流型飲用水水源保護區(qū)劃分主要采用經(jīng)驗類比法和數(shù)值模型計算法[1]。MIKE模型具有用戶界面良好、模型網(wǎng)格節(jié)點布設(shè)靈活，便于局部加密，能精確擬合彎曲河道邊界，具有算法可靠、計算穩(wěn)定、界面友好、前后處理方便等突出優(yōu)點[2]。本文采用MIKE 21模型計算竹岐取水口上下游污染物排放對其水質(zhì)的影響，為進一步結(jié)合《飲用水水源保護區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》(HJ/T338-2018)[3]對水源地進行劃分提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)域概況

福建省平潭及閩江口水資源配置(一閘三線)工程水資源配置以大樟溪為主、閩江干流補充，共同解決平潭及閩江口地區(qū)供水問題。閩江竹岐～大樟溪引水工程取水點選在閩江竹岐水文站上游約500m處，終點為大樟溪莒口閘。

閩江下游與本規(guī)劃水源地距離較近的水源地主要有閩侯縣自來水公司水源保護區(qū)、上街鎮(zhèn)清源水廠侯官水源保護區(qū)和福州市飛鳳山水廠水源保護區(qū)。各水源地的水源一級保護區(qū)水質(zhì)執(zhí)行《地表水環(huán)境標準》(GB3838-2002)Ⅱ類標準，二級水源保護區(qū)執(zhí)行Ⅲ類標準。

竹岐取水口上游現(xiàn)有白沙污水處理站，下游現(xiàn)有閩侯縣縣城污水處理廠和竹岐污水處理廠。白沙污水處理站近期規(guī)模1000 t/d，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級B標準。閩侯縣縣城污水處理廠設(shè)計日處理規(guī)模近期1.5萬t，遠期3萬t，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級B標準。閩侯縣竹岐鄉(xiāng)污水處理廠近期規(guī)模2.0萬m3/d，遠期規(guī)模達到5.0萬m3/d。污水經(jīng)過處理達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002的一級A標準。

2 模型建立

采用無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的平面二維MIKE 21FM模型計算COD和氨氮變化情況。

2.1 模型驗證

利用2008年大小潮期實測數(shù)據(jù)對閩江下游感潮河段水動力參數(shù)進行率定與驗證，斷面潮量偏差小于10%，可以較好地適用于閩江下游河段的水動力模擬(見圖1)。

圖1 竹岐斷面大潮和小潮流量率定結(jié)果

2.2 徑流和潮型選擇

模型上邊界水口壩址受大壩系統(tǒng)控制，其水文條件采用90%保證率最枯月平均流量作為設(shè)計徑流量。感潮河段區(qū)間有許多支流匯入，本次計算選取較大的支流大樟溪作為邊界。下游潮區(qū)邊界選取大潮、小潮兩種潮型進行工況計算，給定典型枯水期小潮日(2008年12月22日)和大潮日(2008年12月14)琯頭及梅花(瑯岐大橋)實測水位隨時間的變化值。

2.3 計算條件選取

計算水域的水位值大致賦予平均水深；濃度通量，閉邊界上規(guī)定為零，水文開邊界初始濃度按Ⅱ類水標準賦予。

模型上、下開邊界COD和氨氮的濃度取近三年枯水期的濃度平均值。水口壩址和大樟溪按COD濃度為12mg/L，氨氮濃度0.3mg/L，琯頭和梅花按COD濃度15mg/L，氨氮濃度0.5mg/L取值。

排污口排放時執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中一級A標準。此處僅對幾個污水廠遠期排水量情況進行事故排放和正常排放兩種工況進行模擬。因幾個污水處理廠排污口均離閩江干流較近，從最不利角度考慮，本次計算均按排污口設(shè)置在閩江干流上來考慮。正常排放情況下，氨氮源強濃度為15mg/L，COD源強濃度為60mg/L；事故排放情況下，氨氮源強濃度為45mg/L，COD源強濃度為500mg/L。

3 結(jié)果分析

3.1 污水廠正常排放情況分析

如圖2～圖5所示，正常排放情況下，3個污水廠對閩江水體水質(zhì)的影響很小，COD和氨氮濃度值均能達到Ⅱ類水質(zhì)標準。

圖2 正常排污大潮漲迄、落迄時COD濃度值

圖3 正常排污大潮漲迄、落迄時氨氮濃度值

圖4 正常排污小潮漲迄、落迄時COD濃度值

圖5 正常排污小潮漲迄、落迄時氨氮濃度值

3.2 污水廠事故排放情況分析

如圖6～圖9所示，大潮期COD濃度最大值為14.8mg/L，氨氮濃度最大值為0.34mg/L，小潮期COD濃度最大值為14.8mg/L，氨氮濃度最大值為0.42mg/L，均為Ⅱ類水環(huán)境標準。可見事故排水情況下，由于排水量較小，白沙污水處理站、閩侯污水處理廠和竹岐污水處理廠對閩江水體水質(zhì)影響不大。三個污水廠中，竹岐污水處理廠污染帶擴散范圍最廣，以下僅對竹岐污水處理廠污染帶擴散情況進行分析。大潮漲迄情況下COD 15mg/L擴散范圍在35m以內(nèi)，氨氮0.5mg/L濃度擴散范圍小于30m，大潮落迄情況下COD 15mg/L擴散范圍不到10m，氨氮0.5mg/L濃度擴散范圍亦不到15m；小潮漲迄情況下COD 15mg/L濃度擴散范圍小于10m，氨氮0.5mg/L濃度擴散范圍不到5m，小潮落迄情況下COD 15mg/L濃度擴散范圍小于15m，氨氮0.5mg/L濃度擴散范圍亦不到15m。可見竹岐污水廠遠期規(guī)模事故排放污染范圍不大，對閩江水體影響范圍有限。

圖6 事故排污大潮漲迄、落迄時COD濃度值

圖7 事故排污大潮漲迄、落迄時氨氮濃度值

圖8 事故排污小潮漲迄、落迄時COD濃度值

圖9 事故排污小潮漲迄、落迄時氨氮濃度值

4 結(jié)論

模型計算結(jié)果表明，污水廠正常和事故排放情況下，對閩江水體水質(zhì)影響不大，這主要是因為污水廠排水量占閩江水量的比例很小，污染物進入閩江很快就被稀釋降解。本文以閩江竹岐取水口為模型研究對象，探討上下游污水廠排放對水源地上下游水域水質(zhì)影響程度，為后期閩江竹岐水源地劃分提供技術(shù)支撐，有利于對水源地水質(zhì)變化有更直觀的了解，提高水源地劃分范圍的可信度。