南水北调东线突发水污染模拟与应急调控研究 ——以洪泽湖为例

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洪泽湖是南水北调东线重要的调蓄湖泊,也是淮河中下游最大的平原水库。由于其独特的地理位置和工程设计,洪泽湖成为了一个综合性过水型浅水湖泊,既需要作为多个县级以上集中式饮用水源地的补给水源以及灌溉用水和南水北调东线工程的引水湖泊,又需要承接包括淮河、徐洪河等多条河流的来水和泄洪,其年均330亿m3的入湖水量中的80%,来自于淮河干流。但是淮河流域突发水污染事故时有发生,当淮河干流携带大量污水进入洪泽湖,洪泽湖生态、用水安全以及工程安全受到了不同程度的影响。因此,研究淮河干流携带污染物进入洪泽湖后的水体运动和水质变化情况,对洪泽湖生态、生活安全和工程安全具有重要的理论和实际意义。本文利用MIKE21水动力水质耦合模型,对不同典型年淮河来水和不同污染情况展开了模拟和讨论。模型采用2007年湖底实测等深线矢量文件,分别用小柳巷、金锁镇流量站和高良涧、蒋坝水位站的实测值作为上下控制边界,用淮河流域盱眙淮河大桥断面的实测污染物浓度作为淮河入湖水质的控制值,模拟了2016年湖泊水位变化和高锰酸盐(CODMn)、氨氮的浓度值,并用湖泊中心水文站点尚咀站和的实测值和管理年报提供的水质监测数据值作为验证值,结果表明模型模拟计算出来的结果与水文站实测值具有很好的吻合度。本文通过计算不同典型年淮河来水和调水情况,设计不同污染物浓度和入湖时长等情景,模拟湖泊7月份的水体运动和污染物扩散情况。丰水年四种情景下,二河闸出水口受到污染的时间分别为污染物进入湖泊后的6d20.5h、6d20.5h、4d14.5h和4d14.5h,受影响时长分别为4d3h、8d16h、8d8.5h和>17d;平水年四种情景下,情景一、情景二和情景三二河闸出水口均没有受到影响,情景四二河闸出水口受到影响的时间为污染物进入湖泊后的12d16h,受影响时长>17d,截至8月1日,二河闸出水口浓度为8.3mg/L,浓度均较低。枯水年相较于平水年入湖水量更少,水动力更弱,因此本文不做模拟计算。当湖泊受到长时间污染事件时,二河闸的污染持续时间更长。当湖泊受到高浓度污染事件时,污染物扩散速度加快,出水口受到污染的影响时间提前,污染的持续时间增加。同时本文结合实际水利工程调度能力、经济效益以及模拟结果,以减少二河闸出水口的污染物浓度和时长为目的,针对丰水年的最不利情景,设计调控方案,寻求最优人控调度方案。结果表明由于蒋坝站的调水能力较小,其冲刷能力差,对二河闸出水口的污染物浓度没有影响。通过加大三河闸的排放流量,可以有效控制二河闸出水口的污染物,降低其污染浓度,减少污染持续时长。但是三河闸出口污染物的浓度会提高,污染时间提前。
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