貴州省入河污染物衰減系數(shù)研究
——以黔南州劍江為例

宋曉波，徐媛媛，吳 剛

(貴州水利水電設計研究院有限公司，貴陽 550002)

1 研究背景

按照水利部、國家發(fā)展和改革委員會《關于開展第三次全國水資源調(diào)查評價工作的通知》(水規(guī)計【2017】139號)要求，《第三次全國水資源調(diào)查評價任務書》、《第三次全國水資源調(diào)查評價技術細則》、長江流域和珠江流域第三資源水資源調(diào)查評價工作大綱，開展第三次貴州省水資源調(diào)查評價工作，主要任務中包括了三個專題的研究，其中一個專題就是貴州省入河污染物衰減系數(shù)研究等專題研究。

污染物衰減系數(shù)是入河污染物在水體中變化的綜合概化，反映了污染物在輸移過程中受水力、水文、物理、化學、生物化學、地理、地質(zhì)及氣象、氣候等因素綜合作用結果，是研究水體水質(zhì)污染變化、計算水環(huán)境容量、確定水體納污能力、制定區(qū)域排污總量控制及水資源配置規(guī)劃的重要參數(shù)[1]。

水體中污染物種類多，性質(zhì)各異，衰減程度差異較大，近年來針對某種污染物衰減系數(shù)率定方法開展的研究發(fā)展很快，特別是針對南方污染較重的江河湖庫開展的研究，成果主要涉及 COD和氨氮，近年來水利部將 COD 和氨氮作為水質(zhì)污染的控制指標，為污染物衰減系數(shù)研究明確目標。

2 研究方法

2.1 模型參數(shù)確定

模型計算的結果的精度很大程度取決于輸出系數(shù)的選取。輸出系數(shù)的選取主要有2種方法，一種是現(xiàn)場監(jiān)測，第二種是采用常規(guī)監(jiān)測資料。

采用常規(guī)監(jiān)測資料是常用的方法，結合研究河流一定的監(jiān)測情況，確定研究河流河段的污染物入河衰減系數(shù)。

本次研究擬主要采用常規(guī)斷面水質(zhì)監(jiān)測，輔以必要的現(xiàn)場監(jiān)測來確定研究河段的3種污染物的CODMn、氨氮、總磷的入河衰減系數(shù)。

2.2 污染物衰減模型

研究者們根據(jù)實驗和實際觀測數(shù)據(jù)證明，污染物在水體中的降解過程近似符合一級反應動力學規(guī)律。其表達式如下：

(1)

C=C0e-kt

(2)

式中：C為t=t時污染物濃度，mg/L；C0為t=0時污染物濃度，mg/L；t為兩點之間水流的傳輸時間，s；k為污染物衰減系數(shù)，s-1。

3 水質(zhì)監(jiān)測方案確定及監(jiān)測成果

3.1 河流斷面的選擇

由于投放示蹤劑會對河流水質(zhì)造成一定的污染，對投放的河流環(huán)保也有一定的要求，依據(jù)最嚴格保護水資源的根本原則，本次水質(zhì)取樣挑選上游有污水處理廠(作為固定污染源)，中間無其他污染源匯入，能較為客觀反映該河流在取樣斷面之間河段的對污染物的分解衰減能力，結合多年工作經(jīng)驗對全省河流流域的了解情況與可執(zhí)行性的綜合分析，選取了多條河流河段，進行對比分析[3]。

考慮本次研究主要是河流衰減系數(shù)的研究，因此河流河段選取的原則主要包括“兩有一無”，即有污染有監(jiān)測無大的干擾(區(qū)間無大支流水量匯入、無大點源污染匯入)。貴州溝壑縱橫，無支流匯入的情況較少,因此完全滿足“兩有一無”的理論情況，實際極少，研究河段總會匯入河流或者污水。而污染較為明顯的主要是集中于城市河流城區(qū)河段。經(jīng)在全省初步分析，綜合確定本次研究選擇黔南州都勻市劍江。

對于檢測指標的確定，本次分析研究的指標主要考慮COD、氨氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)四項指標。對于COD和高錳酸鹽指數(shù)主要考慮貴州省COD近年來檢測成果普遍偏低，因此用高錳酸鹽指數(shù)相互印證檢測成果的可靠性。氨氮和總磷主要考慮的是屬于城市生活污水的主要污染物，對于城市生活污水為主的研究具有普遍意義[4]。

3.2 監(jiān)測方案與結果

根據(jù)綜合因素分析，多次反復對比確定本次研究選取斷面作為污染物衰減系數(shù)研究對象，自2020年4月起至今，每月月初到各斷面取水樣，送至貴州省水環(huán)境監(jiān)測中心進行水樣檢測，目前已獲取了8次水樣，每組斷面情況及水質(zhì)化驗成果見表1。

(2) 除套箍指標較小試件S-5外，其余試件位移延性系數(shù)在3.05～4.67之間，均值為3.56，表明高溫后鋼管再生混凝土柱的延性良好，并建議合理控制鋼管混凝土的套箍指標。

表1 劍江不同時段各河段每組斷面水質(zhì)變化情況表

劍江為清水江上游，其污水處理廠上游翻板壩受到河岸周邊居民生活生產(chǎn)的影響，平時水質(zhì)較差，在受到其上游水庫在汛期下放水量，釋放庫容迎接洪峰時，水質(zhì)相對變好，但同時豐水期受到雨水沖刷河岸污染物影響，水質(zhì)又會變差，但河段沒有污染點源匯入，總體水質(zhì)指標變化符合上游大于下游規(guī)律；污水處理廠下游斷面，也符存在同樣情況，但總體水質(zhì)指標變化符合上游大于下游規(guī)律[5]。

3.3 各斷面不同時段水流速度分析

根據(jù)測速儀與浮標法兩種方法綜合分析，取每條河平均流速來對污染物進行分析，具體流速見表2。

表2 劍江各斷面平均流速情況表 m3/s

4 計算成果

根據(jù)4-11月各斷面取樣水質(zhì)檢測結果，分析計算，去除特殊值，估算分析出各個斷面不同時段衰減系數(shù)，具體分析值見表3。

表3 各河段污染物衰減系數(shù)K估算情況表

5 結論與建議

5.1 結論

選取1條河流，4個斷面，連續(xù)8個月進行取樣檢測，觀察水質(zhì)變化規(guī)律，分析上下游斷面污染物變化原因，運用一維水質(zhì)模型，估算出各個河段不同時段污染物衰減系數(shù)。

由于人工每月一次取樣較強的偶然性，加之河流河段降雨、泄洪等因素的影響，各河流水質(zhì)也存在一定的波動；上下游斷面之間總體呈現(xiàn)下降衰減趨勢，但偶爾也存在下游劣于上游的反常情況，也存在中間滲漏污水溢流污水影響的可能性。

從取樣的高錳酸鹽指數(shù)和COD人工取樣檢驗成果可知，高錳酸鹽指數(shù)普遍低于3mg/L左右，COD基本在10mg/L左右，甚至低于檢測線，最高一次也僅有15mg/L達到Ⅱ類。因此各城市在2018年之后加大了分布式(即就近處理后達標排放模式)污水處理措施和污水處理提標后，城市下游河流COD普遍在Ⅱ類-Ⅲ類之間，治理效果逐步顯現(xiàn)，而且十分明顯。

從貴州省水資源公報以往水質(zhì)檢測情況和本次對河流的取樣分析也可以看出，貴州省內(nèi)河流高錳酸鹽指數(shù)和COD本底值普遍較低，尤其是城市加大污水處理之后，因此在貴州省研究其衰減的意義和效果不是很明顯。

從氨氮的情況可知，位于城市下游的都勻市劍江氨氮基本在Ⅲ類左右。

不同時段不同河流，其入河污染物衰減系數(shù)受影響的條件較多，上游來水、季節(jié)變換、豐枯水期等等因素，都能引起污染物濃度變化，進而影響衰減系數(shù)的變化，本次研究僅僅是對此課題的一個拋磚引玉，在今后期待更多關于這方面的研究專題得以開展。

5.2 建議

1)進一步加強污染物入河衰減系數(shù)的分析研究，開展對各個流域具有針對性的專題研究，全面了解貴州省各大流域河流污染物衰減規(guī)律與實際衰減情況。

2)為更全面對貴州省各主要河流河段斷面污染物入河衰減系數(shù)進行分析計算，應建立相應的實時水質(zhì)與水文因素監(jiān)測管理系統(tǒng)。系統(tǒng)應包括：監(jiān)控中心、監(jiān)控站點和通信網(wǎng)絡，由監(jiān)控中心收集各河流監(jiān)控站點實時上傳的流量、水位、水質(zhì)指標信息，并對監(jiān)控站點發(fā)送指令，從而實現(xiàn)信息交換和遠程監(jiān)控。

3)為了更好的研究效果，只有加密監(jiān)測頻次，即充分利用自動在線監(jiān)測點的長系列監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時有效扣除暴雨、洪水、雨污溢流等影響，提升研究有段和精細化程度，才又可能達到一定的研究成果。