图5.3 某河渠水系概化图
有一棱柱形梯形断面河道长10km,底宽67.5m,边坡2.5,底坡约0.00015,河道糙率系数为0.027,河道纵向扩散系数约为6.4m2/s。河道下游汇入水位近似恒定为26m的水库,入库断面底高程为22.5m,河道恒定过流200m3/s,如图5.3所示。现发现水库入口处断面某污染物浓度超标,并监测到浓度过程如图5.4所示。经过风险分析与排查,该次污染事件很可能为突发点源污染,试分析污染源发生位置情况。
图5.4 河渠下游末端入库断面实测浓度过程
分析案例可知,在突发水污染后测得了水库入库的浓度过程,据此可对河渠突发污染进行追踪溯源。
首先可计算污染发生前稳定流动200m3/s时河道正常水深为3.02m,而河道下游末端断面水深为3.5m,下游壅水。根据恒定流计算公式可推算沿程水面线,计算河道首端断面处水深约为3.12m,比正常水深略大0.1m,而沿程水深变化比例却很小,约为3.8×10-5。由于下游水深与正常水深相差不大,并且壅水曲线坡度很缓,可采用上下游流速平均作为河道全断面流速,约为0.8m/s。
根据图5.4,运用追踪溯源模型计算50次,其结果如图5.5所示。
由图5.5可看出,50次溯源结果强度都较为集中分布在1000kg附近,位置集中在2800～3000m,而时间主要集中在30～35min,其余部分点散落范围:空间都在2000m范围内、时间都在30min范围内。总体来说,所计算的污染源3参数在空间上散布还是较集中的,由结果分布图可大致判定污染源位于距上游2800～3000m的河段,发生时间为起测前2h,污染物强度约为1000kg。(www.xing528.com)
图5.5 溯源50次结果分布
(a)溯源50次结果空间散布图;(b)溯源50次结果平面散布图
另外,图5.5(b)还可看出,推测的污染源位置和时间之间也是高度相关的,污染源位置越向下游,推测的发生时间也越晚。事实上,根据方程式(4.52)和式(5.9),在污染源位置确定时,一维条件下污染发生时间是唯一的,模型同时将位置和时间作为优化变量只是出于快速计算的需要。可验证优化计算结果与求解方程是等价的。
从上述结果可看出,一旦发生突发事件,可以根据溯源结果快速地定位出污染源。工作人员只需要小范围排查就可以准确定位污染源并依据估算的强度实施处置措施,因此溯源结果对于应急处置突发污染事件来说具有很实际的指导意义。
为进一步分析溯源结果,取定污染源位置为距上游3000m,发生时间为起测前2h10min,采用第3章水质计算模型计算河道末断面浓度过程如图5.6所示。从图中可看出,通过溯源模型重构的污染事件能较好地反映实际污染发生过程。
图5.6 溯源后河道末断面计算浓度过程
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