2017, Vol. 38
跨流域调水是我国水资源优化配置的重要组成部分之一, 自新中国成立, 修建了一系列跨流域调水工程, 如引滦入津、引黄济青、南水北调等.引江济淮工程是一项以工业和城市供水为主, 兼有农业灌溉补水、生态环境改善和发展江淮航运等综合效益的大型跨流域调水工程.补水是改善河流水质的有效辅助措施, 国内关于对改善流域水质的研究时间较短, 且研究方法侧重于技术修复和补水.吴蕾[1]提出以巢湖水作为入湖补水水源, 经处理后作为景观河道的生态补水, 补水成效显著.张帆[2]从补水水源、补水规模等方面进行方案比选, 得出最佳补水流量.补给方式(位置、水量和水质)影响河流的水动力条件, 河流水质模型模拟是解决该类问题的一种有效手段[3].
目前水质模型应用较多的有WASP、QUAL2K、EFDC、MIKE等模型, 主要应用于污染物的模拟预测[4~6]、水量模拟[7, 8]、水质预警[9]等研究领域.朱文博等[10]应用WASP水质模型评价不同时段河道曝气对河流水质的提升作用, 最终确定河道曝气最优条件.丁一等[11]建立了EFDC水动力模型, 对8种不同的调水优化情景进行分析评价, 得到了最佳的调水流量.钱海平等[12]应用MIKE系列软件, 建立了能客观反映感潮河网特征的水动力和水质模型, 计算出达到水质改善目标应削减的污染负荷.高学珑等[13]构建河网一维水动力水质耦合模型, 可实现江北城区河网水系景观生态补水的合理配置.目前国内对污染河流的补水研究侧重于补水后水体水质改善效果评价[14], 应用MIKE11模型中水动力模块(HD)和对流扩散模块(AD)并结合降雨径流模块(NAM)对污染河流的水质改善方法的研究在国内鲜少见到.且最佳补水位置和补水的流量的确定是该领域有待深入探讨的问题之一.因此, 本文以引江济淮江水北送段重污染河流的典型代表——颍河为研究对象, 选取颍河线路周口浅口闸至颍上闸为模拟河段, 以引江济淮的调水水质为要求, 以高锰酸盐指数、氨氮为研究目标, 应用MIKE11模型建立水动力模块、对流扩散模块和降雨径流模块, 采用数值模拟的方法, 分析不同补水方式(位置、流量和水质)对污染河流的水质改善效果, 以期为引江济淮工程江水北送段颍河的水质改善提供技术支持, 并为类似地区流域水污染治理和水量调控方案提供参考和借鉴, 该成果的结论对于中国的河流水质改善方法研究有着重要的应用和参考价值.
1 研究区域概况 1.1 研究范围颍河发源于河南省登封县嵩山, 经周口市、安徽省阜阳市, 在颍上县沫河口注入淮河, 是淮河最大的支流.颍河流域地处亚热带和暖温带的过渡区域, 年降雨量500~1 000 mm, 降雨主要集中于夏季.颍河主河道沿程设有周口浅口闸、阜阳闸和颍上闸等拦河节制闸蓄水工程, 主要有沙河、汾泉河等支流.
本研究区域范围是从颍河的周口浅口闸至颍上闸的汇水面积.研究区域如图 1所示.
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图 1 研究区域示意 Fig. 1 Map of the research area |
根据2016年的水质监测数据, 颍河中上游水质均处于劣Ⅴ类, 下游处于Ⅳ~Ⅴ类, 主要污染物质是高锰酸盐指数和氨氮.颍河是引江济淮工程江水北送段的受水区与供水区, 其水质要求应在Ⅳ类水以上.由于大量工业废水和生活污水排入河道, 在实际的监测数据中, 平水期和丰水期基本达标, 但枯水期颍河氨氮浓度均值为3.3 mg·L-1, 相对于Ⅳ类水水质标准超标了120%, 故不满足调水水质要求.
2 水质模型的建立MIKE11是适用于河口、河流、灌溉渠道以及其他水体模拟的一维水动力、水质和泥沙运输是专业工程软件.本研究采用MIKE11中的水动力模块(HD)和对流扩散模块(AD)并结合降雨径流模块(NAM), 建立颍河水质模型.
2.1 数学模型 2.1.1 水动力模块(HD)水动力模块(HD)中描述一维非恒定水流运动规律的物质和动量守恒方程即圣维南方程组, 用来模拟河流或河口的水流状态, 按顺序交替布置水位点和流量点采用Abbot六点隐式差分格式求解.
2.1.2 对流扩散模块(AD)对流扩散模块(AD)是利用HD模块生成的水动力条件, 对水体中的可溶性物质和悬浮物质应用对流扩散方程进行计算. AD模块可以准确计算模拟污染物的运输过程.
2.2 河网概化在掌握颍河河网水文资料的基础上, 能基本反映天然河网的水力特性, 遵循于实际河网输水能力、调蓄能力等保持一致原则.在对颍河河网概化中, 根据地形条件及水流情况, 着重考虑主要的河道, 水量较小以及对整个河网影响不大的短小河段不予考虑.对颍河干流水质影响较大的支流, 及子流域内有概化排污口的河道保留, 支流及排污口均概化到该支流汇入颍河的节点处, 最终河网概化为以颍河为主干河道, 沙河和枯河作为支流, 其中研究区颍河沿线有支流贾鲁河、新运河和界洪新河, 研究区河网概化如图 2所示, 排污口和补水点如图 3所示.
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图 2 河网概化 Fig. 2 Generalized river network |
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图 3 排污口与补水点分布 Fig. 3 Sewage outlets and replenishment points |
本研究建模水动力模块需要的数据包括颍河流域图、颍河实测断面的起始距及河床高程数据、闸门构筑物参数、研究区颍河上下游断面的流量和水位数据.对流扩散模块在以上基础上需要断面水质实测数据、研究区颍河沿线的排污口的水质水量数据.降雨径流模块需要每日降雨量和每日蒸发量数据.其中水文数据来源于安徽省水利部门和安徽省水文遥测信息中心, 水质数据和污染源数据来源于2016年安徽省环境统计数据和安徽省环境保护局发布的重点监控企业监测数据.
2.4 模型的边界条件模型的上下边界分别设在河南省周口市周口浅口闸和安徽省颍上县颍上闸, 水动力模型以每日流量和水位数据设置, 上边界采用流量-时间数据, 下边界采用水位-时间数据.水质模型的边界条件以2016年每月一次的水质监测数据设定, 其中上边界入流流量数据与下边界出流水位数据如图 4所示, 上边界条件入流污染物浓度如图 5所示.
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图 4 上边界条件入流流量和下边界出流水位 Fig. 4 Flow of the upper boundary and outflow of the lower boundary |
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图 5 上边界条件入流污染物浓度 Fig. 5 Pollutant concentration of the upper boundary |
由于颍河的水质较差, 取水量比较小, 因此模拟只设置河段两端边界条件, 假定研究区域无取水点没有流量汇出.
为提高模型的计算精度, 结合降雨径流模块, 将研究区域划分为多个子流域并模拟每个子流域的降雨径流, 本文收集到3个雨量站(周口浅口闸、阜阳闸、颍上闸), 两个蒸发站(界首站、阜阳闸)的资料, 各子流域采用区域范围内或最近雨量站的日降雨量和日蒸发量来计算该子流域的日均降雨量和日均蒸发量.
研究区域河段污染源包括点源污染和面源污染, 点源污染包括城镇生活污水、工业废水, 沿线存在15个概化点源排污口, 其中工业企业直排污水2 946.11万t, 高锰酸盐指数2 282 t, 氨氮760 t, 城镇生活直排污水16 714.16万t, 高锰酸盐指数35 843 t, 氨氮5 376 t, 及6个污水厂排污口排放污水3 784.32万t, 高锰酸盐指数1 148 t, 氨氮116.64 t, 模型数据以恒定值设定, 分布图如图 1所示.面源污染包括随地表径流进入河流的污染负荷及农村生活与农田面源负荷以及城市径流污染, 根据2016年环境统计数据及其他补充资料计算, 2016年随地表径流汇入到研究区域河段的高锰酸盐指数13 723.5 t, 氨氮为2 917 t, 模型数据以每日流量和污染物浓度值按分布式污染源设定, 污染负荷如表 1所示.
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表 1 面源污染负荷 Table 1 Distribution source pollution load |
2.5 模型的参数及率定 2.5.1 水动力学模块(HD)
依据2016年水文数据, 将研究区域颍河河段划分为周口浅口闸—界首、界首—阜阳闸、阜阳闸—颍上闸, 采用试错法对水量模型进行率定, 需率定的参数为曼宁系数即河床的粗糙度, 得到结果如表 2所示.
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表 2 颍河段曼宁系数 Table 2 Manning coefficient in the Yinghe River |
由流量、水位实测与模拟数据对比分析, 得到阜阳闸的流量相对误差为8.7%, 界首站的水位相对误差为2.8%, 模拟效果较为精确, 说明参数选取合理, 可准确反映水动力变化过程.阜阳闸流量和界首站水位实测值与模拟值对比如图 6所示.
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图 6 流量、水位模拟值与实测值对比 Fig. 6 Comparison of simulated and observed flow and water level |
AD模块中需率定的参数为高锰酸盐指数和氨氮的扩散系数和污染物的衰减系数, 经率定扩散系数取值为8 m3·s-1, 衰减系数根据文献[15~20]给出的推荐值率定, 得到率定结果如表 3所示.
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表 3 污染物在颍河段综合衰减系数 Table 3 Degradation coefficient for the quality of pollution in the Yinghe River |
选择河南周口沈丘为模型的验证断面, 验证断面位置如图 1所示, 用2016年的高锰酸盐指数和氨氮模拟值与实测值进行比对, 结果如图 7所示.
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图 7 高锰酸盐指数和NH4+-N实测值与模拟值比较 Fig. 7 Comparison of stimulated and measured values for permanganate index and NH4+-N concentration |
根据图 7高锰酸盐指数和氨氮实测值与模拟值比较分析, 高锰酸盐指数和氨氮的相对误差分别为10.4%和12.95%, 说明监测站点的污染指标高锰酸盐指数和氨氮模拟结果与实测结果较为一致, 表明模型基本能够描述颍河的水动力、水质时空演变规律.
2.5.3 降雨径流模块(NAM)NAM模块参数包括地表储水层最大含水量Umax、土壤层或根区最大含水量Lmax、壤中流排水常数CKIF、坡面流系数CQOF、坡面流临界值TOF、坡面流和壤中流时间常量CK12等.根据国内外相关研究[21, 22], 模型经率定得到Umax=10 mm、Lmax=100mm、CKIF=500 h、CQOF=0.4、TOF=0、CK12=30 h.
3 补水情景模拟与讨论 3.1 补水方案为保证引江济淮工程的输水水质, 补水是改善河流水质的有效辅助措施[23], 针对颍河的地理环境和污染特征, 提出4种通过补水改善颍河水质的方法进行探讨分别是：补水流量、补水位置、补水水质、补水方式, 探究4种方法对改善颍河水质的效果研究.根据模拟试验得到的结果, 将试验方案整理如表 4所示.
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表 4 补水方案 Table 4 Replenishment program |
3.2 治污前水质模拟
为研究不同的补水方法对水体中高锰酸盐指数和氨氮浓度的改善情况, 需了解现状水质, 并与各种情景下补水的效果进行对比.本研究选择水质最差的月份即非汛期(1月)的水质变化进行比对, 颍河周口浅口闸至颍上闸沿程污染物浓度分布见图 8.其中1月颍河流量为20 m3·s-1, 在距周口浅口闸0~50 km左右, 高锰酸盐指数浓度均值为10.7 mg·L-1, 与Ⅳ类水水质标准对比超标了7%;在距周口浅口闸0~135 km左右, 氨氮浓度均值为4.43 mg·L-1, 与Ⅳ类水水质标准对比, 超标了195%, 污染物浓度很高, 水质很差.
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图 8 污染物浓度分布 Fig. 8 Distribution of pollutant concentration |
为改善水质, 关于最佳补水流量确定的研究鲜少看到, 根据现阶段对补水流量的研究[24]和研究区域颍河的水文条件, 对0.1~10 m3·s-1补水流量进行对比分析, 考虑到经济成本, 选取Ⅳ类水进行补给, 补给点越靠近上游对河流水质的改善作用越大[25], 选取距周口浅口闸0 km处为补水点1, 连续补给30 d.
因此进行模拟试验时, 颍河流量为20 m3·s-1, 补水水质为Ⅳ类水, 高锰酸盐指数和氨氮浓度分别为10 mg·L-1和1.5 mg·L-1、补水点距周口浅口闸0 km处不变, 研究不同的补水流量0.1~10 m3·s-1, 对污染河流水质改善的效果, 得到的结果如图 9所示.
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图 9 不同流量补水对河道污染物浓度的影响 Fig. 9 Impact of different replenishment flows on water pollutant concentration |
不同流量补水对污染物浓度影响的模拟结果(图 9)分析如下.
(1) 当补水流量为0.1 m3·s-1时, 高锰酸盐指数浓度在距周口浅口闸5 km开始到125 km的河段有下降的趋势, 从125~150 km处左右高锰酸盐指数浓度升高, 从150~200 km又逐渐降低, 平均浓度降低0.58 mg·L-1, 去除率为6.7%;氨氮浓度从距周口浅口闸0~100 km处缓慢上升, 从100~150 km逐渐下降后趋于平稳, 平均浓度降低0.20 mg·L-1, 去除率为6.45%.当补水流量为1 m3·s-1, 高锰酸盐指数浓度沿线逐渐降低后逐渐升高至150 km达到峰值后下降趋于平缓, 平均浓度降低1.18 mg·L-1, 去除率为13.5%;氨氮浓度沿线升高后下降趋于平缓, 平均浓度降低0.45 mg·L-1, 去除率为14.6%.当补水流量为2、6和10 m3·s-1时, 高锰酸盐指数和氨氮浓度变化趋势与前面两种情景相同, 高锰酸盐指数平均浓度降低分别为1.79、1.71和1.51 mg·L-1, 去除率分别为20.5%、19.6%和17.3%;氨氮平均浓度降低0.65、0.51和0.39 mg·L-1, 去除率分别为20.9%、16.3%和12.7%.
(2) 5种不同流量补水情景下, 模拟污染物去除率由小到大分别为：0.1 m3·s-1＜1 m3·s-1＜10 m3·s-1＜6 m3·s-1＜2 m3·s-1, 说明当流量为2 m3·s-1时, 补水效果最佳, 研究区颍河沿线30%的水质达到Ⅳ类水水质标准.由于上游来水氨氮浓度较大, 且沿线有生活污水排放, 仍有70%的河段未达标, 仅单点水质改善效果并不理想.
(3) 中下游高锰酸盐指数浓度上升, 由于提高补水流量可以在短时间内迅速降低河流的污染物浓度, 也因此携带了更多的污染物浓度, 因此高锰酸盐指数浓度主要受补水稀释和污染物扩散降解共同作用的结果.
(4) 当补水流量为0.1、1、2、6和10 m3·s-1, 连续补水30 d后, 带来高锰酸盐指数污染负荷分别为2 592、25 920、51 840、155 520和259 200 t, 氨氮污染负荷分别为388.8、3 888、7 776、23 328和38 880 t, 上游来水的高锰酸盐指数和氨氮污染负荷分别为59.097 6万t和2.291 2 t, 不同补水流量情景下, 污染物负荷从小到大排列为：0.1 m3·s-1＜1 m3·s-1＜2 m3·s-1＜6 m3·s-1＜10 m3·s-1, 当补水流量越大时, 带来的污染物负荷也较大, 导致水体的自净能力减弱, 水质改善效果也较差, 当补水流量占本底流量10%时, 水质改善效果最好.
(5) 从成因上分析：影响补水流量对污染河流改善的原因可能有：补水量的总量(涉及到补水时间)、单位时间补水量与河流本底流量的比例、河流水体的流速、河流断面的形状及搅拌混合作用强弱等因素, 本试验研究案例, 在其它条件不变时获得上述结论.
对于颍河由于其本底流量为20 m3·s-1, 当补水流量为0.1 m3·s-1和1 m3·s-1时, 虽然调入颍河的补水带来的污染负荷较小, 但流量较小占本底流量比例低, 在当前自然的河流流速条件下和上游来水的高锰酸盐指数和氨氮污染负荷分别为59.097 6万t和2.291 2 t时, 搅拌条件差, 不足以达到完全混合, 可能会形成层流, 对河流的扰动小, 通过河流的自净作用(物理、化学和生物作用), 经过一定的时间后, 水质改善的效果较差; 反之, 当补水流量为6 m3·s-1和10 m3·s-1时, 流量占本底流量比例大, 搅拌条件好于前者, 混合效果好, 但调入颍河的补水带来的污染负荷较大, 综合的效果也是水质改善的效果不理想.
3.4 补水位置根据研究区1月颍河沿线的污染物浓度分布, 中上游河段污染物浓度特别是氨氮较高.且在研究区颍河沿线有支流贾鲁河、新运河和界洪新河, 水质为Ⅳ类水.因此根据河流的实际情况, 利用河网的分布以及中上游河段污染物特性确定补水点位置.
进行模拟试验时, 颍河本底流量为20 m3·s-1, 补水水质为Ⅳ类水, 高锰酸盐指数和氨氮浓度分别为10 mg·L-1和1.5 mg·L-1, 研究不同的补水点情景一：在补水点1处, 补水流量为2 m3·s-1; 情景二：补水点1处和补水点2处, 补水流量各为2 m3·s-1; 情景三：在补水点1、补水点2和补水点3处, 补水流量各为2 m3·s-1, 连续补水30 d, 对污染河流水质改善的效果, 得到的结果如图 10所示.
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图 10 不同补水点补水对河道污染物浓度的影响 Fig. 10 Impact of different replenishment points on water pollutant concentration |
不同补水位置补水对污染物浓度影响的模拟结果(图 10)分析如下.
(1) 情景一对补水点1处补水, 高锰酸盐指数浓度平均浓度降低1.79 mg·L-1, 去除率为20.5%;氨氮平均浓度降低0.65 mg·L-1, 去除率为20.5%.情景二对补水点1和补水点2处补水, 高锰酸盐指数浓度从50 km左右迅速下降后缓慢升高值150 km, 后又趋于平缓, 平均浓度降低3.81 mg·L-1, 去除率为43%;氨氮浓度从25 km有下降的趋势至100 km左右略有上升, 说明此段有生活污水的排放, 后又缓慢下降, 平均浓度降低1.18 mg·L-1, 去除率为36.8%.情景三对补水点1、补水点2和补水点3处补水, 高锰酸盐指数和氨氮浓度在100 km之后均有下降的趋势, 平均浓度降低4.86 mg·L-1和1.43 mg·L-1, 去除率分别为55.6%和44.1%.
(2) 3种不同情景下, 模拟污染物去除率由小到大分别为：情景一＜情景二＜情景三, 说明多点补水效果良好, 能使研究区颍河50%的河段达到Ⅳ类水水质标准.在补水点附近污染物浓度有升高的趋势, 说明补水的同时, 也带来了一定浓度的污染物, 随着污染物向补给点上下游扩散降解, 高锰酸盐指数和氨氮的浓度增幅减弱, 并在河流自净能力的作用下, 颍河的水质得到改善.
(3) 情景三的3点补水(图 9)与对0 km处单点补水且补水流量为6 m3·s-1(图 9)相对比, 补水总量在相同的情况下, 多点补水优于单点补水, 多点补水可有效削弱因集中补水对补给点附近造成的污染程度, 促进污染物的稀释扩散作用.且多点补水可以对补水点附近的污染源进行直接稀释, 迅速降低河流的污染物浓度, 加速污染物的稀释扩散.
3.5 补水水质根据以上研究发现, 用Ⅳ类水进行补给, 尽管会降低污染物的浓度, 使河道的水质得到改善, 但Ⅳ类水中高锰酸盐指数和氨氮的浓度依然较高, 仍有50%的河段不达标, 因此本研究选取不同的水质进行补水, 考虑到研究区颍河的地理位置, 河网周边存在Ⅲ类水水源, 在补水点1附近有平原水库, 补水点2和补水点3附近有中小型灌区水库, 因此研究区内有Ⅲ类水水源调用的可能, 这种条件对于全国不同的大小河流情况不一定相同, 用这种Ⅲ类水水源来补水经济效果虽然不一定好, 但补水效果好, 作为一种可能, 把这种情况列为研究的情景之一.
因此进行模拟试验时, 颍河本底流量为20 m3·s-1, 补水水质为Ⅳ类水, 高锰酸盐指数和氨氮浓度分别为10 mg·L-1和1.5 mg·L-1、补水流量在补水点1、补水点2和补水点3处均为2 m3·s-1不变, 研究不同的补水水质Ⅲ类水和Ⅳ类水, 连续补水30 d, 得到的结果如图 11所示.
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图 11 不同水质补水对河道污染物浓度的影响 Fig. 11 Impact of different replenishment quality on water pollutant concentration |
不同水质补水对河道污染物浓度影响的模拟结果(图 11)分析如下.
(1) 用Ⅲ类水对颍河补给, 高锰酸盐指数浓度在0 km处迅速下降, 后有所上升, 40 km处下降至95 km左右达到最低值, 之后有所上升, 但总体趋于平缓, 高锰酸盐指数平均浓度降低6.52%, 去除率为74.6%;氨氮浓度有下降的趋势, 在50 km处达到最低值, 之后有上升趋势后又下降趋于稳定, 氨氮平均浓度降低2.07 mg·L-1, 去除率为63.7%.补给水质为Ⅳ类水时, 高锰酸盐指数和氨氮浓度相对较高.
(2) 两种不同水质补水, 用Ⅲ类水对颍河补给, 水质改善效果比Ⅳ类水明显, 能使研究区颍河约86%的河段达到Ⅳ类水水质标准.但是使用Ⅲ类水为补给源, 相应增加了经济成本.
(3) 由图 10可以看到, 当用Ⅲ类水和Ⅳ类水进行补水时, 在距周口浅口闸50 km处, 高锰酸盐指数和氨氮的浓度均有不同程度的下降, 在50 km和100 km处以后, 污染物的浓度下降趋于平缓, 得到上游补水的水质越好, 水质改善的效果越好.
3.6 补水方式根据以上研究发现, 当补水水质为Ⅲ类水时, 补水效果虽是最佳, 但是增加了经济成本.且无论补水水质是Ⅲ类水还是Ⅳ类水, 在研究区颍河下游的污染物浓度均趋于平缓, 只有当补水水质为Ⅲ类水时, 对颍河河段上游的影响较大.因此本研究不同的补水方式进行补水, 分别为：方案一：在补水点1采用Ⅲ类水补给, 在补水点2和补水点3处, 采用Ⅳ类水进行补给; 方案二：在补水点1和补水点2处采用Ⅲ类水补给, 在补水点3采用Ⅳ类水补给; 方案三：在补水点1、补水点2和补水点3均采用Ⅲ类水进行补给; 方案四：在补水点1、补水点2和补水点3均采用Ⅳ类水进行补给.
因此进行模拟试验时, 颍河的本底流量为20 m3·s-1, 补水水质为Ⅳ类水, 高锰酸盐指数和氨氮浓度分别为10 mg·L-1和1.5 mg·L-1、3个补水点的补水流量分别为2 m3·s-1不变, 连续补水30 d, 研究4种不同的补水方式, 得到的结果如图 12所示.
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图 12 不同补水方式对河道污染物浓度的影响 Fig. 12 Impact of different replenishment method on water pollutant concentration |
不同补水方式对河道污染物浓度影响的模拟结果(图 12)分析如下.
(1) 方案一在距周口浅口闸0 km处采用Ⅲ类水补给, 在50 km和100 km处, 采用Ⅳ类水进行补给, 高锰酸盐指数浓度在0~15 km段迅速下降, 后稍有升高又持续平稳下降并趋于平缓, 平均浓度降低6.32 mg·L-1, 去除率为72.3%;氨氮浓度从0~50 km缓慢下降后趋于平缓, 平均浓度降低1.81 mg·L-1, 去除率为55.7%.方案二与方案一污染物浓度变化趋势相似, 高锰酸盐指数和氨氮平均浓度降低6.42 mg·L-1和2.15 mg·L-1, 去除率分别为73.4%和62%.方案一、方案二与方案三、方案四相比较, 在考虑经济成本的基础上, 方案一与方案二最佳.
(2) 与补水前相比较, 方案一与方案二均能不同程度地降低研究区颍河河道污染物浓度, 方案一：在距周口浅口闸0 km处采用Ⅲ类水补给, 在50 km和100 km处, 采用Ⅳ类水进行补给, 模拟得到的结果虽在部分河段较高于方案二和方案三, 但仍使研究区颍河85%的河段水质满足了Ⅳ类水水质标准, 且相较于方案二更为经济.
4 结论(1) 本文提出一种基于MIKE11模型改善河流水质的方法, 通过研究补水流量、补水位置、补水水质和补水方式, 应用MIKE11模型中水动力模块(HD)和对流扩散模块(AD)并结合降雨径流模块(NAM)建立颍河水质模型, 结合经济技术等方法, 分别得出不同的改善效果, 试验研究河流水质改善的最优技术方法, 以颍河为研究对象, 验证颍河水质达标的最佳方案, 最终得到颍河85%的河段达到Ⅳ类水水质标准, 结合技术、经济为河流治理提供可行的技术与方法.
(2) 研究得到：当补水流量为2 m3·s-1即为颍河本底流量的10%时, 对补水点在距周口浅口闸0 km处采用Ⅲ类水, 50 km和100 km处采用Ⅳ类水进行补给, 补给效果最佳, 可降低高锰酸盐指数和氨氮平均浓度6.32 mg·L-1和1.81 mg·L-1, 去除率分别为72.3%和55.7%, 可使研究区颍河85%以上的河段达到Ⅳ类水水质标准.
(3) 本文通过应用MIKE11模型, 以颍河为研究对象, 确定了颍河的最佳补水方案.即：当上游来水的高锰酸盐指数和氨氮污染负荷分别为59.097 6万t和2.291 2 t, 颍河的本底流量为20 m3·s-1时, 对距周口浅口闸0 km处采用Ⅲ类水补给, 对距周口浅口闸50 km、100 km处采用Ⅳ类水进行补给, 两个补水点补水流量均为本底流量的10%时, 连续补给30 d, 补水效果最好.表明通过利用MIKE11模型, 可以确定污染河流的最佳补水流量、补水位置、补水水质和补水方式, 为其他污染河流的治理提供了新思路.
(4) 本研究对补水流量、补水位置、补水水质和补水方式进行模拟研究, 对模拟得到的污染物浓度进行方案分析, 仍存在其他影响因素, 如补水速率、补水时间和河道底泥等, 以及缺乏对河流整个生态功能的评估.
(5) 本文结合研究对象颍河地理位置、河网条件、水质和污染源等实际情况, 对补水流量、补水位置、补水水质和补水方式进行模拟研究, 分别得出不同程度的水质改善效果, 考虑经济成本和技术可行, 得到最优补水方案.对于河流污染的治理, 可结合河流的具体实际情况, 方法简单可调且意义重大.
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