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资源与环境科学 现代农业科技 圆园19 年第

11 期 摘要 针对松花江流域水环境容量季节性变化情况袁在动态的水文设计条件下袁基于二维岸边排放模型袁采用段尾控制法对松花江佳 木斯段 COD 和NH3-N 的实际水环境容量进行了数值计算与分析遥结果表明袁松花江佳木斯段 COD 与NH3-N 实际水环境容量变化趋势相 似袁NH3-N 波动幅度大于 COD 的波动幅度曰实际水环境容量季节性变化较大袁丰水期最大袁枯水期最小袁应实施动态的管理遥研究结果可为 松花江水环境管理和保护提供基础理论依据遥 关键词 动态水环境容量曰COD曰NH3-N曰松花江佳木斯段 中图分类号 X832 文献标识码 A 文章编号 1007-5739渊2019冤11-0166-03 Research on COD and NH3-N Dynamic Actual Water Environmental Capacity of Jiamusi Section in Songhua River DONG Peng-xu DU Hui-ling YU Xiao-ying 渊Heilongjiang Provincial Research Academy of Environmental Sciences袁Haerbin Heilongjiang 150056冤Abstract In view of the seasonal variations of water environmental capacity in Songhua River袁under dynamic hydrological design conditions袁based on two-dimensional side-discharge model袁the COD and NH3-N actual water environmental capacity of Jiamusi section in Songhua River was calculated and analyzed by using section -ending control method援The results showed that the variation trend of COD and NH3 -N actual water environmental capacity was similar in Songhua River Jiamusi section袁and the fluctuation range of NH3 -N was greater than that of COD.

Seasonal difference of the capacity was obvious袁the maximum and minimum value of the COD and NH3-N actual water environmental capacity appeared in flood season and dry season袁respectively援Dynamic management should be implemented in Songhua River.This research can provide theoretical accordance for water environmental management and protection of Songhua River. Key words dynamic water environmental capacity曰chemical oxygen demand渊COD冤曰ammonia nitrogen渊NH3-N冤曰Jiamusi section in Songhua River 松花江干流佳木斯段 COD 和氨氮动态实际水环境容量研究 董彭旭 杜慧玲 于晓英 渊黑龙江省环境科学研究院袁黑龙江哈尔滨 150056冤 水环境容量是指在一定的环境目标条件下袁水体能够 容纳污染物的最大量或自身调节净化并保持生态平衡的能 力袁反映了水体纳污能力的大小[1] 遥随着我国水环境管理中 对以水质改善为目标的容量总量控制认识的不断加深袁科 学合理地确定河湖水库水环境容量的技术方法成为诸多学 者们不断研究的方向[2] 遥影响河流水环境容量的因素很多袁 主要包括水域水质环境功能区要求尧河道的水文条件尧污染 物的特性等遥我国对于水环境容量的研究已进行了

40 多年[3-4] 袁在理论及总量控制方法

2 个方面取得了丰硕成果袁并 提出了可分配水环境容量的概念及办法[5] 遥水环境容量已在 我国许多重要水体中开展了研究和应用袁为水污染治理和保 护提供了科学依据袁丰富了水环境容量的理论和研究方法遥 松花江佳木斯江段位于松花江下游袁在同江附近汇入 中俄界河黑龙江袁该江段的水质直接影响松花江的出境水 质[6] 遥因此袁对其水环境容量进行研究袁可以为流域环境规 划尧污染防治与环境管理提供重要依据袁对加强松花江流域 水资源保护尧防治松花江水质污染具有十分重要的意义遥松 花江流域位于我国北方高纬度寒冷地区袁存在冰封期与非冰 封期的差异袁河流径流量的季节性变化较大且冬季水温低袁 因而松花江水环境容量存在季节性差异变化袁需进行动态 水环境容量分析并实施动态管理遥近年来袁国内外关于动态 水环境容量的研究较多袁但对松花江流域动态水环境容量 的研究相对较少且大部分研究集中在

2013 年以前[7] 遥1研究方法 1.1 环境容量计算模型的选取 松花江佳木斯江段多年平均流量约

2 149 m3 /s袁河槽宽 度约 500~2

000 m袁平均水深约

4 m袁平均流速约 0.4 m/s袁属 于宽浅大型河流袁其主要支流从上游至下游主要包括汤旺 河尧梧桐河和安邦河遥 根据叶水域纳污能力计算规程曳渊GB/T 25173要2010冤袁河 流水环境容量计算模型由简单到复杂依次为河流零维模 型尧河流一维模型和河流二维模型遥其中袁河流二维模型适 用于大型河段渊流量 Q逸150 m3 /s冤袁污染物在河段非均匀混 合袁故本文选取河流二维模型遥研究江段沿岸的污染源为岸 边排放袁因而采用二维岸边排放模型对污染物在水体中的迁 移扩散规律进行模拟遥敏感点位置取岸边袁并采用段尾控制 法袁推导出研究江段的水环境容量计算公式袁见式渊1冤遥 W=移i=1 n Wi=移i=1 n csexp K1xi

86 400ux -c0 伊H伊仔Myxiux 姨伊1+exp - uxB2 Myx -1 渊1冤 式渊1冤中袁cs要污染物在研究河段的水质标准渊mg/L冤曰 c0要污染物在研究河段的本底值渊mg/L冤曰xi要敏感点到排污 口的距离渊m冤曰My要河流纵向尧横向的弥散系数渊m2 /s冤曰ux要 河流的平均流速渊m/s冤曰K1要污染物的衰减速度常数渊d-1 冤曰 B要河流水面宽度渊m冤曰H要河流平均水深渊m冤遥 1.2 研究江段计算单元的划分 根据松花江佳木斯江段的国家水质考核断面及其功能 区目标袁将研究江段划分为

3 个计算单元袁分别为佳木斯上要 佳木斯下尧佳木斯下要江南屯尧江南屯要同江袁计算单元属 性见表 1遥松花江佳木斯江段监测断面位置见图 1遥1.3 水文参数的选取 水文参数根据 2009要2013 年松花江佳木斯站的水文 监测数据袁取每个月的最小实测流量作为当月的设计流量袁 流速尧平均水深尧水面宽度等水文参数取相应月份的最小流 量对应的值遥由此计算出的水环境容量随月份变化呈现动 基金项目 国家水体污染控制与治理科技重大专项渊2014ZX07201012冤遥 作者简介 董彭旭渊1988-冤袁女袁黑龙江哈尔滨人袁工程师袁硕士袁从事水 环境保护研究工作遥 收稿日期 2019-03-04

166 汤旺河 格金河 泉林生态有限公司 造纸排污口 阿凌达河 梧桐河 同江市污水处理厂 安邦河 佳木斯西区 污水处理厂 佳木斯东区 污水处理厂 桦川县污水 处理厂 富锦污水 处理厂一期 佳木斯上佳木斯下江南屯同江流速 v 图2松花江佳木斯段主要支流尧排污口与断面位置 概化示意图 态变化遥 1.4 横向弥散系数 My 及污染物综合衰减系数 横向弥散系数 My 采用 Taylor 公式进行求解袁见式渊2冤遥 My=渊0.058h+0.006 5B冤ghi 姨渊2冤 式渊2冤中袁My要河流横向弥散系数渊m2 /s冤曰B要河流水面 平均宽度渊m冤曰h要河流平均水深渊m冤曰g要重力加速度袁取 9.8 m/s2 曰i要平均纵向坡降袁松花江佳木斯段取 0.1译遥 松花江佳木斯段的横向弥散系数 My 见表 2遥污染物综 合衰减系数 K1 依据已有文献以及经验系数法初步确定袁再 根据已有断面 COD 和NH3-N 的监测数据进行拟合分析和 修正袁经过率定后的污染物综合衰减系数 K1 值见表 2遥1.5 主要支流与排污口概化 松花江佳木斯段主要支流从上游至下游依次为汤旺河尧 格金河尧阿凌达河尧梧桐河尧安邦河

5 个支流袁其各计算单元 内主要排污口排放量及其与终点断面的距离见表 3遥该江段 主要支流尧排污口与断面位置关系的概化示意图见图 2遥2结果与分析 结合松花江佳木斯段的实际情况袁将各个计算单元视为 独立的河段袁由式渊1冤计算佳木斯上要佳木斯下尧佳木斯下要 江南屯及江南屯要同江

3 个计算单元的 COD 和NH3-N 的 实际水环境容量遥实际水环境容量需考虑上游来水水质的 影响袁根据实际水质情况以及支流尧排污口对水环境容量的 影响进行综合计算遥根据松花江佳木斯段

2016 年各监测断 面的实际水质监测结果袁佳木斯下和江南屯

2 个断面的 COD 和NH3-N 的监测值与其功能区划要求不一致袁均为芋 类水袁优于水环境功能区要求袁对 COD 和NH3-N 的实际水 环境容量产生影响遥另外袁支流和排污口处的汇水将改变水 体的流量尧流速尧水深尧水面宽度等要素从而影响水环境容 量遥本文受水文资料的限制袁假设支流和排污口汇水并不会 改变水体的宽度和深度袁只对流速产生影响遥根据流域水文 资料袁佳木斯站位于佳木斯市西区污水处理厂排污口与泉 林生态农业有限公司排污口之间袁将各支流及排污口汇入 的位置作为流速变化的分界断面袁重新核算不同断面沿江 流速变化袁并据此计算实际 COD 和NH3-N 水环境容量遥松 花江佳木斯段考虑上游来水水质和支流尧排污口汇入影响 的COD 实际水环境容量见表

4 和图 3袁NH3-N 实际水环境 容量见表

5 和图 4遥 根据图

3 和图

4 可知袁松花江佳木斯段 COD 和NH3-N 的实际水环境容量呈现出动态变化趋势袁变化趋势相似袁在 夏季 7要9 月明显高于其他月份袁最大值均出现在

8 月遥佳木 斯上要佳木斯下段 COD 实际水环境容量最大值与最小值 的比值为 3.38袁NH3-N 实际水环境容量最大值与最小值的 比值为 4.14曰佳木斯下要江南屯段 COD 实际水环境容量最 大值与最小值的比值为 4.11袁NH3-N 实际水环境容量最大 值与最小值的比值为 4.49曰江南屯要同江段 COD 实际水环 境容量最大值与最小值的比值为 3.36袁NH3-N 实际水环境 容量最大值与最小值的比值为 4.17遥由此说明袁松花江佳木 斯段的实际环境容量 NH3-N 波动幅度大于 COD 的波动 幅度遥 松花江佳木斯段各水期 COD 和NH3-N 的实际水环境 容量平均值分别见图

5 和图 6遥可知袁松花江佳木斯段 COD 和NH3-N 的实际水环境容量在丰水期最大袁其次为平水期袁 图1松花江佳木斯段监测断面位置 计算单元 计算单元长度/km 水环境功能区划

2013 年上游实际来水水质 佳木斯上要佳木斯下 99.6 郁芋佳木斯下要江南屯 22.8 郁芋江南屯要同江 170.6 芋芋表1松花江佳木斯段计算单元属性 月份 横向弥散系数 My m2 窑s-1 污染物综合........