基于MIKE21模型的甘龙河水质改善分析

来源:用户上传      作者:张伟超 马士谦

　　摘 要：针对甘龙河水环境存在的诸多问题，提出了“一河一策”河流水环境优化方案。基于MIKE21模型定量评价该方案的效果，x取COD、NH3-N为特征性指标，考虑了丰水期、平水期、枯水期3种模拟工况。模型结果表明，该调控方案能有效降低甘龙河的污染负荷量，与预测污染负荷情况相比，COD削减量约14.50t/a（削减率约8.70%），NH3-N削减量约2.82t/a（削减率约17.39%），为甘龙河水环境治理提供了理论依据。
　　关键词：甘龙河MIKE21水质预测水环境优化
　　中图分类号：文献标识码：
　　Abstract： In view of the problems existing in the water environment of Ganlong River， the optimization scheme of "one river， one policy" is proposed.The effect of the scheme was quantitatively evaluated based on the MIKE21 model， COD、NH3-N was selected as the characteristic index， three simulation conditions are considered： high-water period， normal water season and low-water season.The model results show that the regulation scheme can effectively reduce the pollution load of Ganlong River.Compared to the predicted pollution load situation，the COD reduction is 14.50t/a （cut-rate about 8.70%），and the NH3-N reduction is 2.82t/a （cut-rate is about 17.39%）， providing a theoretical basis for the environmental treatment of Ganlong River.
　　Key Words： Ganlong River; MIKE21; Water quality prediction; Water environment optimization
　　我国经济社会的快速发展，给流域水环境带来了前所未有的压力，流域水环境治理成为我国水利发展的迫切需求。近年来，随着水环境数值模拟定量化、可视化的不断发展，产生了一系列的水质分析数学模型，现应用较为成熟的数学模型主要有WASP、QUAL2、QUASAR及MIKE等[1]。张叶等[2]等运用MIKE21模型，定量分析了潮白河在优化方案下的水质改善情况，证明了MIKE21模型能有效运用在水环境治理中。李大鸣[3]等运用MIKE21模型对洋河水库水质富营养化进行模拟，指出当水体温度较高、流速较低时易发生富营养化，这与本文枯水位下污染物浓度升高的结论相吻合。宫学亮[4]等基于MIKE21对南四湖上级湖的水量水质进行模拟研究，为南四湖水质的改善提供了理论依据，并在文中介绍了COD在水体中的降解速度很快。简而言之，水质模型已应用于排污口设计、污染物水环境过程模拟、水环境质量评价、污染物水环境行为预测等水环境保护的各个方面[5-6]。
　　1 研究区域概况
　　 甘龙河是乌江东岸一级支流，地跨贵州省松桃县、沿河县和重庆市酉阳县。研究主要针对甘龙河酉阳县境内河段，起于南腰界乡红岩村花口，止于小河镇小河村骡子口。甘龙河干流水量较大、污径比小，流域内主要是城镇生活污水、农业面源等污染源，不存在大型的高污染工矿企业，未发现甘龙河流域存在黑臭水体及劣质类水体。
　　2 模型建立
　　2.1 网格划分和选择区域
　　计算河段流域面积1563.5km2，河长60.6km。模型采用三角网格划分研究区域，将边界文件、地形文件导入MIKE21的网格生成器，设置网格的生成参数即可生成计算网格，图1为在MIKE21中导入了地形数据的网格模型图。
　　2.2 排污口设置
　　根据统计调查，将甘龙河流域各个乡镇排污口简化合并为3个排污口。从上游到下游依次为南腰界乡入河口、李溪镇入河口和官清乡入河口，排污口具体位置见图2。
　　2.3 模型参数设置
　　模型模拟时长为341d，计算时间步长根据CFL条件自适应调整，CFL设置为0.8，河床底部糙率通过将实测水位、流速与模型模拟结果进行对比后设置为曼宁数=28。
　　 源汇项主要是经概化的3个排污口，水动力模块源汇项考虑不同模拟工况的流量;水质模块源汇项设置3个排污口的入河污染量，根据实测资料依次赋值，COD为22.59mg/L、26.38mg/L、14.65mg/L;NH3-N为4.58mg/L、4.62mg/L、3.06mg/L。
　　衰减系数：为简化计算，将污染物在水环境中的物理降解、化学降解和生物降解概化为综合衰减系数。根据相关资料，COD、NH3-N的综合衰减系数分别取2.315×10-6s-1、2.894×10-6s-1。
　　由于模拟时间跨度比较大，因此根据给定的水文资料将本次模拟分为丰水期、平水期和枯水期3种工况，各工况对应的流量分别为77.9m3/s、44.3m3/s、15.2m3/s。
　　3 结果与分析
　　根据流域情况在研究河段各位置处设置监测断面，其中T1为上游进口断面，T18为下游出口断面。
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