基于SWMM-EFDC耦合模擬的新鳳河流域水環境治理工程效應評估

陳焰，夏瑞，王璐，孫明東，張魯駿，馬淑芹，賈蕊寧，張曉嬌，楊中文?

1.環境基準與風險評估國家重點實驗室,中國環境科學研究院

2.中國科學院重慶綠色智能技術研究院

3.美國俄克拉荷馬大學

城市化進程與農村城鎮化給生態環境造成巨大壓力,導致河湖水體出現黑臭現象,黑臭水體治理成為近年來我國水環境治理的重點與難點。住房和城鄉建設部于2016年公布的全國295個地級及以上城市中,超過70%的城市存在黑臭水體,農村黑臭水體數量遠超城市[1]。因此,科學開展黑臭水體及河湖水環境綜合整治,補齊水生態環境短板,對推動美麗中國建設具有實踐意義。當前,水環境治理主要涉及控源截污、清淤疏浚、底泥原位修復、曝氣增氧、活水補給等工程措施[2],科學評估各項工程措施的環境效應,對于指導制定和優化河湖水環境治理工程方案、推動科學治污具有重要意義。

目前,水環境工程效應評估主要包括3種方法:1)基于實測數據分析的后效性評估[3-9]。通過分析工程實施后水體水質的變化程度來評價工程運行效果,其依賴于工程實施后的實測數據進行后效性評估,無法應用于支撐前期規劃工程方案的制定。2)基于污染負荷系數計算的減排效果評估[10-11]。從污染總量控制角度衡量工程實施后的減排效果,其未考慮污染減排對斷面水質變化的影響關系,難于科學量化工程方案的水環境質量改善效果。3)基于河道水環境模型的數值模擬評估[12-18]。以河道水動力水質模型模擬為主要手段,以工程實施前后河道水質變化為邊界條件,模擬分析水環境改善效果,該方法考慮了污染排放與河道水質的響應過程,但對面源污染過程考慮不多,難以從流域系統性角度全面衡量水環境治理效果。因此,有必要從流域整體性角度,提出基于流域水陸一體化的系統模型及其工程效果評估技術方法,以支撐河湖水環境科學治理。

筆者以北京市大興區新鳳河為例,構建基于暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)和環境流體動力學模型(environmental fluid dynamics code,EFDC)的流域水陸一體化耦合模型,提出水環境治理工程概化及環境效應評估技術方法,定量評估新鳳河流域水環境治理工程的環境效應,以期為新鳳河及其他類似流域的水環境工程方案制定及運行優化提供指導,以支撐科學治污能力建設。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

新鳳河流域位于北京市大興區北部,流域面積約166 km2,全長約30 km,沿途主要有老鳳河、南苑灌渠、新西鳳渠、涼鳳灌渠等6條支流匯入(圖1)。新鳳河流域是大興區內主要受納水體,污水流量占其河水流量的85%,大量生活污水、工業廢水直排和汛期面源導致水環境污染嚴重[19-21]。2016年,新鳳河被列為黑臭水體。由于新鳳河匯入的涼水河下游連接北京副中心通州區,其水環境治理對于首都生態文明建設、保障下游副中心水安全至關重要。流域設有1個考核斷面,位于燒餅莊閘。根據北京市水務局的考核要求,該斷面化學需氧量(COD)、氨氮和總磷(TP)濃度均應達到GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅳ類(30、1.5和0.3 mg∕L),至少不劣于Ⅴ類(40、2.0和0.4 mg∕L),且全年達標率不低于90%。

圖1 新鳳河流域水系Fig.1 River system of Xinfeng River Basin

1.2 水環境治理工程環境效應模擬評估技術

1.2.1 流域水陸一體化耦合模擬模型

流域水陸一體化模擬是定量描述流域水量、水質從陸地至河道的遷移轉化過程,支撐流域污染科學防治的關鍵技術手段[22-23]。流域水文-水質模型是流域過程模型與河道水質模型等互聯集成,實現流域系統水文-水質過程的耦合數值模擬[24-26]。目前,應用較成熟的流域過程模型包括水土評價模型[27](soil and water assessment tool,SWAT),SWMM,水文模擬程序-FORTRAN(hydrological simulation program-Fortran,HSPF),年化農業非點源模型(annualized agricultural nonpoint source model,AGNPS)等[28-29],河道水質模型包括EFDC、MIKE、QUAL2K等。考慮到新鳳河流域地處平原區,雨污通過管網匯流等特點,通過SWMM和EFDC構建流域水陸一體化耦合模型,開展水環境治理工程概化與水環境治理效應評估。

1.2.1.1 模型總體框架

根據管網、數字高程模型(DEM)、降水量和土地利用等數據構建SWMM模型,以SWMM模擬結果作為EFDC模型邊界,聯合點源和河道基流邊界共同構建SWMM與EFDC耦合模型,基于率定驗證的模型開展水環境治理工程環境效應評估,總體框架見圖2。SWMM與EFDC模型的耦合依托Python軟件實現,以SWMM模型內核SWMM5.dll文件,通過Python軟件調用進行SWMM模擬。SWMM模型運轉過程中通過PySWMM公共庫中的inflow函數,實現對SWMM模型二進制結果的解譯,運行完成后,將抽取的SWMM模型水量、水質模擬數據格式調整成EFDC可識別的邊界文件,驅動運行EFDC模擬河道水動力水質過程。

圖2 水陸一體化耦合模擬框架Fig.2 Framework of water and land integration coupling simulation

1.2.1.2 SWMM建模

SWMM模型由美國國家環境保護局(US EPA)開發,廣泛應用于我國城市降水徑流過程研究[30-31]。該模型計算原理及建模過程可參見文獻[32-34]。基于SWMM模型將新鳳河流域劃分為390個子匯水區、400個管網節點、406條排水管網和22個排水口(圖3)。流域土地利用類型主要為旱地、水田、灌林木、城鎮用地、農村居民點和其他建設用地6類,土壤類型以潮土、堿化潮土、脫潮土和褐土4類為主。模擬通常包括降水、地表產流、地表匯流和管網匯流模塊,模型的地表產流模塊相關參數包括坡度、面積、透水面積和不透水面積等子匯水區的基本屬性,管道的糙率以及地表污染物累計與沖刷指數等。以黃村和馬駒橋雨量站的分鐘尺度降水量為驅動數據,主要針對2018年5—8月降水期進行模擬,蒸發和氣溫數據以北京市平均值為依據,風向、風速等參考模型默認值。

圖3 新鳳河流域SWMM模型概化Fig.3 SWMM model of Xinfeng River Basin

1.2.1.3 EFDC建模

EFDC是USEPA推薦的開源水環境數學模型,可對湖泊、河道和河口等水域進行水動力和水質模擬。國內外關于EFDC模型的應用研究頗多,在長江干流[35-36]、松花江[37]、鄱陽湖[38]、珠江口[39]、安大略湖[40]、韓國漢江[41]等區域得到廣泛應用。本研究采用EFDC中一維水動力和水質模塊開展河道過程模擬,計算原理及建模過程參見文獻[42-43]。EFDC模型對新鳳河干流及主要支流進行網格劃分,在網格布設過程中,綜合考慮模型的求解效率、計算區域的不規則性、實測地形數據范圍和網格精度要求,采用高分辨率笛卡爾網格,模型平面正交曲線網格數為1 275個。為了保證計算的穩定性和數值求解精度,網格長寬基本相等,網格大小的空間分布較為均勻,網格平均大小變幅為10~50 m。新鳳河干流的源輸入邊界共69個,主要包括支流、排污口、污水廠排口以及SWMM排水口,針對新鳳河干、支流水動力和水質過程開展模擬,模擬指標包括COD、氨氮和TP濃度,率定變量主要為污染物的降解速率。

1.2.1.4 治理工程概化模擬

2017年大興區啟動新鳳河流域水環境治理工程項目,主要包括:1)截污工程,將流域約1.76萬t∕d的排污口污水截至流域內的6座污水處理廠(圖4中B~G)；2)濕地工程,新建規模合計為4.63萬t∕d的人工濕地2塊；3)補水工程,利用污水處理廠A~G的尾水向河道補水約18.58萬t∕d；4)調蓄工程,新建規模分別為4 000 t∕d的調蓄池2座。各項工程規模見表1。

圖4 新鳳河流域水環境治理工程分布Fig.4 Distribution of water environmental control projects in Xinfeng River Basin

表1 新鳳河流域水環境治理工程參數Table 1 Parameters of water environmental control projects in Xinfeng River Basin

截污工程是改善水質最有效的途徑[44],主要表現為對排污口的控制[45]。將直排河道的污水口接入沿岸設置的污水干管,污水經干管進入污水廠處理后排放到外環境。截污工程的概化主要是在EFDC中實現,將排污口封堵視為截污。濕地工程是水環境治理的常見工程措施,用于處理初期雨水或者河水,處理達標后就近排入河道；補水工程通過鋪設管網將污水處理廠的尾水引至河道,達到增強水動力、稀釋水體的作用。濕地工程和補水工程的概化主要在EFDC中實現。調蓄工程有利于控制初期雨水污染和削減洪峰[46-47]。在入河管道之前設置攔截,將初期雨水收集在調蓄池中沉淀,蓄滿之后,水流則隨著調蓄池頂端的出水管道排入河道。調蓄池的概化主要是在SWMM中實現的。

1.2.2 工程環境效應特征評估

1.2.2.1 影響因子分析

針對截污、濕地、補水和調蓄工程,分別設置其單項工程影響因子的不同情景(表2),模擬分析不同情景下新鳳河燒餅莊閘考核斷面污染物負荷削減和水質改善的效果:對于截污工程,考慮80%、90%、95%3種截污率,設置3種截污情景；在實施截污工程的基礎上,其他工程按照設計條件實施,設置新鳳河2塊濕地(I和J)不同處理水量和出水標準,共設置11種濕地情景；在截污和其他工程均實施的前提下,考慮小紅門是否補水及補水氨氮濃度對斷面氨氮濃度的影響,共設置16種補水情景；在實施截污、濕地和補水工程的基礎上,考慮不同的調蓄能力,設置大、小2個調蓄量(20 000和8 000 m3),模擬分析調蓄量對污染物負荷削減的影響。

表2 單項工程不同規模的影響評估Table 2 Impact assessment of different scales of individual projects

1.2.2.2 環境效應評估

在單項工程影響因子分析的基礎上,按照工程未實施及實施不同的工程組合,設置6種水環境治理工程環境效應評估情景,具體見表3。

表3 單項及綜合工程效果評估設置Table 3 Setting of effect assessment with single and comprehensive projects

1.2.2.3 效應評估方法

考慮到新鳳河流域水質狀況受降水徑流影響較大,基于各情景的模擬結果分別計算考核斷面不同評估時段污染物濃度變化率、水質達標率、負荷削減量、濃度降低系數和污染負荷削減系數5項指標,以分別量化治理工程對污染物濃度、水質達標和負荷通量的3類影響效應,計算公式如下:

式中:k為考核斷面污染物濃度變化率,%；C0、Ct分別為工程實施前、后考核斷面污染物濃度,mg∕L；CΔ為污染物濃度變化系數；i為水質達標率,%；Ds、DT分別為污染物達標天數和模擬總天數,d；W為污染物負荷削減量,t∕a；Q0、Qt分別為工程實施前、后考核斷面的流量,m3∕s；WΔ為污染負荷削減系數；Wn＋1、Wn分別為不同工程量條件下的污染負荷削減量,t∕a。

考慮流域水環境監管實際,針對全年、雨季(6月1日—9月15日)、冬季(12月1日—次年3月31日)、非雨季(4月1日—5月31日、9月16日—11月30日)4個時段進行模擬并開展治理工程環境效應評估,以系統識別治理工程對水環境效應的影響特征。

1.3 數據來源

研究采用的數據包括流域水系分布、土地利用和DEM等地理空間數據,降水量和蒸發量等氣象數據,流量等水文數據和污染源、水質等水環境數據。其中水系分布由水系圖提取,土地利用與土壤數據來自資源環境科學與數據中心網站(http:∕∕www.resdc.cn∕),降水量數據來自黃村、馬駒橋2個氣象站的監測數據,其他數據通過現場調查或實測獲得。

2 結果與討論

2.1 模型率定

SWMM模型以新鳳河干流上游和支流南苑灌渠水文站分別按照長序列(包括雨期與非雨期)和短序列(單場或多場連續降雨)進行率定,率定參數包括子匯水區洼蓄量、污染物的累積和沖刷指數,以及管道的曼寧系數。SWMM與EFDC耦合模型以燒餅莊閘水文站進行率定,水動力水質過程率定的參數主要包括河道的糙率和污染物的降解速率。由SWMM模擬結果可知,水量模擬納什系數(NSE)均達到0.7以上,南苑灌渠長序列降雨日尺度實測值與模擬值的擬合精度(R2)達0.86,短序列R2可達0.96,新鳳河上游長序列降雨日尺度R2為0.83,短序列R2能達到0.77,模型模擬值與實測值率定效果較好(圖5)。依據模型精度要求(R2>0.6,NSE>0.5)[48],認為建立的SWMM模型科學適用。

圖5 SWMM模型水量率定結果Fig.5 Water quantity calibration results of SWMM model

根據SWMM與EFDC耦合模型的率定結果(圖6),流量實測值與模擬值R2為0.81,且COD與氨氮、TP濃度模擬的平均誤差分別為13.4%、13.2%和13.6%,均控制在20%以內。可見,基于SWMM與EFDC的流域一體化模型可較為準確地反映新鳳河流域的水量與水質。

圖6 SWMM與EFDC耦合模型率定Fig.6 Calibration of coupling model with SWMM and EFDC

2.2 工程影響因子

2.2.1 截污工程

根據截污工程不同情景污染物濃度和負荷削減量變化情況(圖7),當截污率達到80%時,新鳳河考核斷面COD降低率可達50%,氨氮和TP濃度降低率可達70%；隨著截污率的提高,COD、氨氮與TN濃度逐漸降低,但降低的趨勢變緩。以80%截污率為基準點,提高截污率至90%和95%時,3種污染物平均負荷削減系數達1.07和1.12,隨著截污率的提高,污染負荷削減能力越來越大。可見提高截污率,能在很大程度上降低新鳳河考核斷面水質濃度和污染負荷,該結果與李業輝等[49]在沈陽市南北運河排污口控制中的研究結果一致。但截污率存在臨界效應,當截污率達到臨界值之后,污染物濃度和污染負荷削減量的下降速率受到一定的限制。

圖7 截污率對考核斷面污染物濃度及負荷的影響Fig.7 Influence of interception rate on the pollutant concentration and load of assessment section

2.2.2 濕地工程

濕地工程不同情景下對新鳳河考核斷面水質的影響結果如圖8所示。由圖8可知,維持其中一塊濕地處理水量和出水標準不變,增加另一塊濕地的處理水量,新鳳河考核斷面COD、氨氮與TP濃度均呈下降趨勢,可見,增大濕地的處理規模可改善水質狀況。維持濕地的處理水量不變,控制濕地出水標準為Ⅲ類,新鳳河考核斷面COD、氨氮與TP濃度分別降低12.3%、9.9%和11.1%,可見,濕地處理標準的提高能夠顯著降低新鳳河考核斷面的污染物濃度,該結論與侯曉輝等[50]在人工濕地的環境效應研究中的結論相一致。因此,在濕地設計過程中可考慮增加濕地的處理水量和采用先進技術工藝、填料等提升濕地的處理標準。

圖8 濕地處理水量及出水標準對考核斷面水質的影響Fig.8 Impact of wetland treatment capacity and effluent standards on the water quality of assessment section

2.2.3 補水工程

補水工程不同情景下新鳳河考核斷面達標率變化如圖9所示。由圖9可知,考慮小紅門補水的情況下,當補水氨氮濃度從2.4 mg∕L降至2.2 mg∕L時,考核斷面氨氮Ⅴ類達標率從0躍升至97.8%；當補水氨氮濃度從1.0 mg∕L降至0.8 mg∕L時,考核斷面氨氮Ⅳ類達標率從0躍升至97.8%。不考慮小紅門補水的情況下,當補水氨氮濃度從2.0 mg∕L降至1.8 mg∕L時,考核斷面氨氮Ⅴ類達標率從61.9%躍升至95.9%；當補水氨氮濃度從1.2 mg∕L降至1.0 mg∕L時,考核斷面氨氮Ⅳ類達標率從0躍升至94.2%。

圖9 補水水質對考核斷面達標率的影響Fig.9 Influence of supplied water quality on compliance rate of assessment section

可見,提高補水水質,對考核斷面的達標有促進作用,這與胡琪勇[51]的研究結論一致。考慮小紅門補水條件下,考核斷面氨氮要達到Ⅳ類和Ⅴ類,污水處理廠氨氮出水濃度需至少分別降至0.8和2.2 mg∕L；不考慮小紅門補水的條件下,考核斷面氨氮要達到Ⅳ類和Ⅴ類,污水處理廠氨氮出水濃度需至少分別至1.0和1.8 mg∕L。因此,從補水工程角度可知,補水水量越大,水質越好,對河道水質改善效果越佳,流域內主要污水處理廠的升級改造是改善水體質量有效途徑,需優先提高污水處理能力,其次提高出水標準。

2.2.4 調蓄工程

不同調蓄能力條件下考核斷面污染物負荷變化如圖10所示。

圖10 不同調蓄能力下考核斷面污染物負荷變化Fig.10 Variation of pollutant load of assessment section under different storage capacity

由圖10可知,當調蓄能力為8 000 m3時,輸入新鳳河河道的COD、氨氮和TP污染負荷量分別為311.6、35.3和4.4 t∕a,負荷量峰值出現在第6天；當調蓄能力提高至20 000 m3時,輸入新鳳河河道的COD、氨氮和TP污染負荷量分別為232.1、25.4和2.7 t∕a,負荷量峰值出現在第7天。可見,隨著調蓄能力提高,污染物負荷總量較少,負荷量峰值也減小且呈現滯后的趨勢。可見,調蓄池能夠在一定時間內容納初期降雨沖刷產生的污染物,且調蓄能力越大,污染物進入河道的時間滯后效應越顯著。

2.3 工程環境效應

2.3.1 水質濃度效應

不同工程情景下新鳳河考核斷面水質如圖11所示。由圖11可知,工程實施前考核斷面水質COD、氨氮和TP全年平均濃度分別為59.28、9.82和1.14 mg∕L,調蓄工程的實施可使這3項指標分別降低2.8%、3.3%和5.3%,考核斷面水質達劣Ⅴ類；補水工程的實施可使3項指標分別降低41.1%、58.6%和55.3%,濕地工程的實施可降低41.7%、55.3%和54.4%,二者均可使COD達Ⅳ類,氨氮和TP為劣Ⅴ類。相較濕地、補水和調蓄工程,截污工程對水質提升的效果更明顯,3項指標分別降低46.2%、76.9%和66.3%,COD為Ⅳ類,但氨氮和TP難以實現Ⅳ類達標。單項工程中,綜合3項指標的濃度平均降低率可見,截污工程效果較顯著,平均降低率為63.1%,其次是補水和濕地工程,平均降低率分別為51.7%和50.5%,調蓄工程的改善效果最小,平均降低率僅為3.8%；與各單項工程相比,綜合工程的實施對水質濃度改善效果最佳,可使3項指標分別降低53.4%、83.7%和72.4%,平均降低率僅為69.8%,COD可達Ⅲ類,氨氮和TP部分時間可達Ⅳ類。

圖11 不同工程情景下的考核斷面水質濃度Fig.11 Water quality concentration of assessment section under different project scenarios

不同的工程情景下,全年水質變化與冬季類似,雨季水質與非雨季略顯差異。在QJ3~QJ6情景下雨季COD均高于其他時間段,且均能達到Ⅴ類水質,在QJ6情景下甚至可達Ⅳ類水質。氨氮僅在QJ6情景下全年能達到Ⅴ類水質,冬季和非雨季為Ⅳ類水質,雨季濃度為2.05 mg∕L,超過Ⅴ類水質,其他情景下均為劣Ⅴ類水質。TP在QJ5情景下全年、冬季和非雨季達到Ⅴ類水質,在QJ6情景下全年、冬季和非雨季達到Ⅳ類水質,但QJ5和QJ6情景下雨季TP濃度分別為0.43和0.35 mg∕L,均超Ⅳ類,其他情景下均為劣Ⅴ類。可見,雨季COD、氨氮和TP濃度均高于非雨季,實現Ⅴ類水達標困難。綜上,降雨徑流產生的面源對新鳳河考核斷面的水質達標有較大影響,加強對流域面源污染的控制非常必要。

2.3.2 水質達標效應

不同工程情景下新鳳河考核斷面水質達標率結果如表4所示。由表4可知,按照Ⅴ類水質標準評估,實施綜合工程對水質達標的貢獻最大,3項指標的平均達標率為96.7%,其次是平均達標率為85.2%的截污工程,而補水工程、濕地工程和調蓄工程貢獻較小,3項指標的平均達標率分別為32.5%、32.6%和0.9%。按照Ⅳ類水質標準評估,QJ2~QJ6能實現COD達標率分別為0.3%、1.6%、1.9%、96.4%和97.0%,能實現氨氮達標的情景只有QJ6,且達標率僅為58.1%,能實現TP達標的情景包括QJ2、QJ5和QJ6,達標率分別為1.1%、1.6%和93.4%。可見,綜合工程基本可實現考核斷面水質COD和TP滿足Ⅳ類水質的考核要求,但難以實現氨氮達標。

表4 不同工程情景下考核斷面水質指標達標率Table 4 Water qualification rate in assessment section under different project scenarios %

按照Ⅴ類水標準評估,QJ2~QJ6情景能實現COD達標率分別為1.6%、97.5%、97.5%、97.8%和98.1%；能實現氨氮達標的情景包括QJ5和QJ6,達標率分別為61.4%和95.3%；能實現TP達標的情景包括QJ2、QJ4、QJ5和QJ6,達標率分別為1.1%、0.3%、96.4%和96.7%。可見,綜合工程可使COD、氨氮和TP基本滿足斷面水質至少不低于Ⅴ類水質的考核要求。

2.3.3 負荷減排效應

不同工程情景下污染負荷削減量如圖12所示。由圖12可知,污染負荷削減量排序為QJ5>QJ6>QJ4>QJ2>QJ3,3項指標的平均負荷削減量分別為512.4、319.3、89.9、21.9和 －62.6 t∕a。 其中,QJ5削減COD、氨氮和TP分別為1 198、307.1和32.1 t∕a；QJ6分別為644.9、286.5和26.6 t∕a；QJ4分別為197、50.3和22.3 t∕a；QJ2分別為50.8、8.7和6.2 t∕a；QJ3分別為 －125、 －50.3和 －12.4 t∕a。

圖12 不同工程情景下考核斷面污染負荷削減量Fig.12 Reduction of pollution load of assessment section under different projects scenarios

不同時段的污染負荷削減量差異表明,非雨季對污染負荷的削減效果優于冬季和雨季。主要原因在于污水處理廠在冬季執行DB 11∕307—2013《水污染物綜合排放標準》,其余時間執行GB 3838—2002,如氨氮一級B排放標準為2.5 mg∕L,高于GB 3838—2002Ⅴ類水質標準(2.0 mg∕L)。此外,降雨徑流攜帶的污染物匯入管道或者漫流進入河道,增加了河道的面源污染負荷,使得雨季污染負荷削減量減少。

對比各項工程污染負荷削減量可知,補水工程對污染負荷削減呈現負貢獻,綜合工程對污染負荷的削減量低于截污工程,該結果與水質濃度、達標率分析結果差異較大。其主要原因在于補水工程引入的是污水處理廠尾水,尾水排放執行地表水Ⅳ類水質標準,且引入水量大,盡管引入的水量具有稀釋作用,但總體增加的污染負荷高于工程削減的負荷。因而,補水工程污染負荷削減量為負值,綜合工程也因大量補水導致負荷削減量減小。補水工程涉及的參數包括補水水質和補水水量:從水質改善的角度,優質水的引入對河道水體的稀釋作用較強,因此對高濃度河道水體水質的改善效果較好；從污染負荷的角度,無論是優質水還是劣質水的引入,補水無疑都是增加水體污染負荷的,只是這部分負荷與水體中其他的污染負荷相比,如果較大的話,則是增加水體壓力,如果較小的話,則是緩解水體壓力。因此,補水工程是否實施主要取決于補水水質和水量,如何確定最佳的補水水量和水質是補水工程需要考慮的因素。單從補水的角度來看,補水對水質指標具有改善作用,但卻增加了水體的污染負荷,因此在水環境治理過程中應保證補水水質優良,若污水處理廠尾水水質較差,則不建議對河道進行補水。

3 結論與建議

(1)不同工程對河道水質影響特征不一。其中影響截污工程效果的主要因子為截污率,截污率越高,水質改善效果越好；影響濕地和補水工程效果的主要因子分別為濕地處理標準和補水水質,隨著處理標準和補水水質的提高,河道水質濃度降低顯著；影響調蓄工程效果的主要因子為調蓄能力,調蓄能力越大對初期雨水影響的緩解效果越突出。

(2)單項工程和綜合工程對新鳳河水環境改善效應各異,綜合工程優于各單項工程。以水質污染物濃度平均降低率評價工程貢獻結構為綜合工程(69.8%)>截污工程(63.1%)>補水工程(51.7%)>濕地工程(50.5%)>調蓄工程(3.8%),以平均達標率評價工程貢獻結構為綜合工程(96.7%)>截污工程(85.2%)>濕地工程(32.6%)>補水工程(32.5%)>調蓄工程(0.9%),以負荷減排評價工程貢獻結構為截污工程(512.4 t∕a)>綜合工程(319.3 t∕a)>濕地工程(89.9 t∕a)>調蓄工程(21.9 t∕a)>補水工程(－62.6 t∕a)。

(3)提出的基于SWMM-EFDC耦合模型的水環境治理工程環境效應定量評估技術方法,可實現不同治理工程條件下的流域一體化模擬與環境效應定量評估,科學解析不同工程的水環境改善效果,為其他流域水環境治理工程效應評估與方案優化提供技術支撐或借鑒。

建議基于不同治理工程效應統籌開展新鳳河治理工程優化布局,推動水環境質量的提升。首先,加強截污納管建設,控制污水廠溢流、排污口或生活直排等點源的輸入。其次,重點針對雨季考核斷面達標困難的問題,通過建立調蓄池和濕地等截留初期雨水,降低其對河道污染的貢獻。同時,輔以污水處理廠達標的尾水補給,稀釋和凈化河道水質,實現斷面達標,改善新鳳河水環境質量。