水功能区纳污能力计算理论与应用

河网地区水质模型相对较为复杂,模型简化难度较大,导致水域纳污能力计算较为复杂。从精准化要求的角度出发,采用数值模拟技术,将河网内各条河的初始浓度以及各测站的设计水文条件输入模型,先假设一较小的污染负荷进行计算,然后通过不断增加污水中的污染物浓度使得河流中的污染浓度不断提升,直到计算结果中的污染物浓度出现与目标浓度相近的值时,则此时的污染物入河量即作为河网的纳污能力。目前,常用于河网地区的数值模拟软件主要有MIKE 11、Hec-ras、QUAL-2E及WASP等,模型原理详见第5章。

数值模拟软件需要有一定的专业基础才能操作,对于广大的水资源保护规划的从业者而言,其使用范围较窄。而且从基础资料要求而言,数值模拟计算在无地形资料地区或地形资料缺乏的地区,基本无用武之地。因此,需建立类似于一般河流的基于解析解模式推导而得的纳污能力计算公式。

1.零维河网纳污能力计算模型

受河网地区水质非稳定、河道不均匀的特点影响,引入不均匀系数,将水功能区划分为多个计算单元进行计算,计算公式为

式中 αij——不均匀系数,0≤αij≤1;

Mij——计算中的最小空间计算单元和最小时间计算单元;计算中最小空间计算单元为河段(河段为两汊点之间的河道),最小时间计算单元为天。

Vij——计算单元水量,m3;

Q0ij——计算单元流量,m3/s;

Csij——水功能区水质控制目标,mg/L;

C0ij——计算单元初始浓度,mg/L。

2.一维河网纳污能力计算模型(www.xing528.com)

根据往复流理论,基于式(4.28)、式(4.29)的一维水质模型进行推导,按照水域纳污能力的基本概念,采用双向流计算公式,计算河网地区纳污能力。具体公式为

式中 α——正向流计算时段天数,d;

β——反向流计算时段天数,d;

[M]正——正向流的纳污能力,t/d;

[M]反——反向流的纳污能力,t/d。

反向流的纳污能力计算公式为

式中 K正、K反——正、反向流时的污染物综合衰减系数,s-1;

E正、E反——正、反向流时的纵向离散系数,m2/s;

u正、u反——正、反向流时的流速,m/s;

其他符号意义同前。