调水对城市内河水体的修复作用研究——以巢湖市老城区环城河为例

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我国的城市内河污染问题严重,亟待解决。调水技术兼具复氧、冲污、稀释等多种功能,合理调取自然水体进入污染河流可迅速改善水体质量,持续提升水体自净能力,有助于恢复水系的自然交联流通原态,已成为国内外城市内河污染治理工程中的关键技术之一。在既定调水方案基础上提高污染水体水质改善效果,研究调水治污的影响因素,对于城市内河污染治理及调水技术的实际工程化应用具有重要的意义。本文以巢湖市老城区环城河为目标水体,开展本底水质调查和两次调水试验。考察了调水过程中环城河水温、pH值、悬浮物、色度、TP、TN和CODcr等指标的浓度实时变化,及污染物总量控制情况。主要研究结论如下:  (1)环城河本底水质调查  对巢湖市老城区环城河进行本底水样采集,初步掌握目标水体的本底水质情况,确定调水实时水质监测点。环城河本底水质基本属V~劣V类,沿河向下游水质逐渐变差。自HD-1断面(人民路桥)分为东、西环城河,东环城河TN、TP、CODcr等浓度均数倍于西环城河。原因在于HD-1过水断面被改造成了涵洞,东西环城河沟通不畅。  (2)调水过程中环城河水体水质参数变化分析  ①分析比较两次调水过程中环城河污染物浓度时空变化情况。初次调水试验中东环城河HD-2点TN、TP、CODMn及CODcr浓度变化微弱,而在流量较大的第二次试验中降幅明显,分别为7.2%、15%、19.5%和5.8%。西环城河在两次调水试验中各水质参数变化微小,初次试验HX-4点的TN、TP、NH3-N、CODcr及CODMn浓度分别自调水前的2.38mg/L、1.94mg/L、0.66mg/L、4.68mg/L、21.4mg/L变至0.79mg/L、0.094mg/L、0.125mg/L、3.32mg/L、23.5mg/L;而第二次调水前后各污染物浓度分别2.9 mg/L、1.97 mg/L、0.83 mg/L、4.13 mg/L、22.9mg/L和1.29 mg/L、0.129 mg/L、0.104 mg/L、3.59 mg/L、19.7 mg/L。第二次调水试验中东环城河TN、CODMn和CODcr下降幅度均有所提升,但结束时仍为Ⅴ-劣Ⅴ类水体,且下降趋势并未放缓,继续调水其下降趋势仍可持续。  ②进一步研究归纳调水净化效果影响因素:调水流量、源水水质、调水时长及河流断面过流情况。总结试验中的不利条件:1)水流在祥巴街处分流向天河,导致下游调水量不足,东环城河污染物削减效果差;2)人民路桥(HD-1)过水能力差,造成环城河上下游水质分化,影响调水对东环城河的稀释作用;3)调水时间不足,影响东环城河的稀释效果。经实地考察和分析给出相应建议:1)在祥巴街桥处增添闸阀,控制水流方向;2)扩大HD-1处过水断面。3)延长单日调水时间,并进行周期性调水;4)设置引水泵,强化水体流动。  (3)污染物总量控制研究  ①调水试验稀释作用研究。以环城河整体为对象,计算第二次调水试验中的调水总量和分配情况,并研究调水试验的稀释作用。实际调水总量约为85536m3,其中64368m3自HX-6点向天河短流,环城河末端出流19116m3,调水总量的75.25%仅流经了环城河的1/5。HX-6点处的短流情况严重影响了环城河4/5河段的调水效果。源水仅TP浓度高于环城河本底平均浓度,只考虑稀释作用进行计算,调水结束时环城河TP平均浓度上升9.97%,达0.26mg/L,维持为Ⅳ类地表水;TN和NH3-N降幅分别为20.77%和17.53%,仍属劣Ⅴ类;CODcr降至18.70mg/L; CODMn降幅最大,为22.73%。  ②选取CODcr和NH3-N两指标,分别建立环城河污染物总量平衡模型,并进行率定和验证。其中CODcr模型可用于工程计算,NH3-N模型的精度则相对较差。综合考虑本底水质、地理位置、水文条件以及河段长度等条件,选取S-4河段作为环城河调水效果控制单元。应用CODcr总量平衡模型,借鉴Muskingum法,进行模拟计算。结果表明:维持HD-1点过水流量不小于1.67m3/s,可保证试验结束后S-4河段的CODcr平均浓度低于28.99mg/L(Ⅳ类地表水)。可在HD-1处设立引水泵,并人为扩大HD-1过水断面。
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