计算方法的不完善及其应用

1.大型河流纳污能力计算水域的确定问题

对于河宽比较大的大型河流,污染物从岸边排放后不可能达到全断面混合,即允许污染物降解稀释的混合区一般在岸边一定范围内,此时需要计算岸边水域的纳污能力。《规程》对于如何确定岸边水域计算范围并没有明确规定,对于大型河流纳污能力的计算指导性不强。一般情况下,可采用岸边污染带宽度作为岸边纳污能力计算水域宽度,岸边污染带宽度可通过实际监测或模型计算获得。但需要注意的是,不同污染物岸边污染带的大小是不同的,实际工作中可考虑取各个污染物岸边污染带的外包线或者分不同污染物分别计算。

2.河流二维模型横断面概化问题

《规程》规定,污染物连续恒定排放,横断面为矩形的河段,可用二维模型解析解计算水域纳污能力。《规程》中二维模型解析解的适用范围有限,对于横断面不能概化为矩形的河段,原则上只能通过数值模型求解计算。我国不同流域河流水系复杂,尤其是西南河流V形、梯形甚至复式断面较多,当地形、水文、污染源资料缺乏时,采用数值解计算难度较大。因此,从二维水质模型出发,研究提出适用于V形、梯形等河道断面的二维模型解析解公式,对于指导无资料地区水域纳污能力计算意义重大。

3.排污口概化的不确定性

《规程》中对排污口概化的规定:“有多个入河排污口的水域,可以根据排污口的分布、排放量和对水域水质影响进行简化。”但是《规程》并未明确规定不同计算模型排污口简化的具体方法,对于实际工作的指导性不强。根据国内水域纳污能力研究和应用实例,目前纳污能力计算中排污口的概化主要有集中概化和均匀概化两种方式。

集中概化将计算河段内的多个排污口概化为一个集中的排污口,概化排污口位于河段中点处或者其他位置,相当于一个集中点源;均匀概化认为污染物排放口与源强在同一功能区内沿河长均匀分布,如图3.4所示。

图3.4　两种排污口概化示意图(www.xing528.com)

采用一维模型计算某河段不同排污口概化方式下化学需氧量纳污能力,对比分析结果见表3.2。

表3.2　不同排污口概化方式下某河段化学需氧量纳污能力计算对比(一维模型)

注 W为纳污能力;L为河段长度,m;Qr为河段设计流量,m3/s;Cs为目标水质浓度,mg/L;C0为水质背景浓度,mg/L;k为污染物综合自净系数,1/s;X为概化点源到末断面距离,m;u为设计流量下计算水域的平均流速,m/s;Qi为第i个排污口的流量,m3/s;Ci为第i个排污口污染物浓度,mg/L;Xi为第i个排污口至末断面的距离,m。

从表3.2计算结果来看,不同排污口概化方式下纳污能力计算的结果有一定差异,但并不显著,尤其是采用河段中点概化与均匀概化的纳污能力计算结果非常接近,这是因为这两种排污口概化方式均在一定程度上体现了污染物排放的一种平均状态。但是,随着计算河段长度的增加,集中概化无论将排污口选在河段哪个位置,都将逐渐放大与平均状态的差异,因此集中概化与均匀概化得到的纳污能力差值也逐渐增大,计算结果的不确定性随之增加。另外,由于不同计算者对排污口分布有不同的认识,或者选择概化方法过程受不同利益方影响,往往在同一河段计算得到具有明显差异的纳污能力,这也增加了计算结果的不确定性。

为了减少这种不确定性,对于较长的功能区河段,应根据主要排污口分布考虑是否采用分段计算方法;而对于实际排污口位置和排放量在河段长度上分布较为均匀的功能区河段,可考虑采用均匀概化的方法;中点概化方法一般适用于长度较短的功能区河段和排污口信息不全的功能区河段。对于有条件的地区,在纳污能力计算中,应考虑采用数值模型充分体现排污口实际位置和排放量,尽量减小因排污口概化引起的纳污能力结果的不确定性。

4.河网地区纳污能力计算方法有待完善

河网是指由分布较密的交错纵横的河道所构成的水系。我国河网分布密集程度较高的主要为两大区域类型,即平原河网和山丘区河网。河网形态受区域降雨及地形、地貌影响,可分为羽状、叶状和枝状。河网按网络特征进行分类,可以将河网分为网状结构和非网状结构;河网按角度特征进行分类,可以将非网状结构区分为锐角河网与近似直角河网;河网按河流流向分类,可以将锐角河网和近似直角河网按照特征分为放射状、方格状、平行状等类型;河网按曲折系数特征分类,可分为树状河网与环状河网。《规程》中对河流、湖库以及河口的纳污能力计算均有相应的说明和要求,但对河网地区的纳污能力计算未做明确说明。河网相邻汊口之间的河段一般为往复流河段,采用简单的河流纳污能力计算方法计算河网纳污能力显然是不合理的,除了采用专业要求较高的数值模拟方法进行纳污能力计算,还应研究建立基于往复流理论的解析解模式,便于应用。