李 偉，劉冬梅，李 趨（遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110003）

水庫群與閘壩聯(lián)合調(diào)度對水質(zhì)的影響評價(jià)

李 偉，劉冬梅，李 趨
（遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110003）

選取渾河、太子河流域?yàn)檠芯繉ο?，制定水庫群與閘壩聯(lián)合調(diào)度方案。基于MIKE11構(gòu)建了包含可控制水工建筑物的水動(dòng)力水質(zhì)模型，并將其應(yīng)用于調(diào)度方案水質(zhì)響應(yīng)分析。研究結(jié)果表明，在流域尺度內(nèi)制定水庫群與閘壩水量聯(lián)合調(diào)度方案，不僅能夠在一定程度上對河流水質(zhì)改善起到促進(jìn)作用，還能在流域水資源量較匱乏條件下實(shí)現(xiàn)對水資源的合理調(diào)配與利用。

渾太河流域；聯(lián)合調(diào)度方案；水質(zhì)改善；效果評價(jià)

1　水動(dòng)力水質(zhì)模型構(gòu)建與驗(yàn)證

1.1 MIKE11模型構(gòu)建

MIKE11中HD和SO模塊可模擬閘門調(diào)度規(guī)則對河道水力學(xué)及水文條件的影響，提供研究河段內(nèi)各斷面、各時(shí)刻的水位、流量、流速等信息。水動(dòng)力學(xué)模型基本原理為圣維南方程組，計(jì)算網(wǎng)格由水位點(diǎn)和流量點(diǎn)交叉組成。MIKE11（AD）可對水體中的可溶性物質(zhì)和懸浮性物質(zhì)的對流擴(kuò)散過程進(jìn)行仿真模擬。

選取渾河、太子河干流工業(yè)發(fā)達(dá)且污染較為嚴(yán)重的干流河段，渾河、太子河主干河段模型邊界條件分別為以大伙房水庫、觀音閣水庫泄流為上游邊界條件，以邢家窩棚水位、唐馬寨水位為下游邊界條件；渾河閘和太子河參窩水庫作為研究河段內(nèi)重要水利工程，需要應(yīng)用MIKE（SO）模塊進(jìn)行概化處理。水質(zhì)模型應(yīng)用MIKE（AD）構(gòu)建，對沿程污染源進(jìn)行概化處理后耦合水動(dòng)力模型運(yùn)行模擬。

1.2 MIKE11模型率定

河床糙率系數(shù)是水動(dòng)力模擬重要參數(shù)，污染物擴(kuò)散系數(shù)、衰減系數(shù)是水質(zhì)模擬重要參數(shù)，需要對其進(jìn)行率定。采用2001—2010年共10年的逐日實(shí)測水位、流量數(shù)據(jù)以及逐月實(shí)測水質(zhì)數(shù)據(jù)對以上參數(shù)進(jìn)行率定，2011—2014年共4年的實(shí)測水位、流量、水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，模型模擬精度高，滿足要求。

2　水庫群與閘壩聯(lián)合調(diào)度方案生成

2.1渾太河流域農(nóng)業(yè)供水規(guī)律分析

渾太河流域灌區(qū)主要分布在流域的中下游，由觀音閣、參窩、大伙房3座大型水庫及渾河閘聯(lián)合供水。依據(jù)文獻(xiàn)中劃分年徑流等級方法，確定參窩水庫、大伙房水庫灌溉期各時(shí)段的農(nóng)業(yè)用水量，按照近期農(nóng)業(yè)用水比例的平均值確定，如表1所示。2.2聯(lián)合調(diào)度方案生成

表1　水庫年內(nèi)各時(shí)段農(nóng)業(yè)用水比例　?。?）

選取現(xiàn)狀年2011年作為研究對象，按照流域農(nóng)業(yè)用水規(guī)律相關(guān)研究內(nèi)容，在2011年初水庫蓄水量以及天然來水量基礎(chǔ)上進(jìn)行水量重新分配，保持水庫工業(yè)及生活供水量不變，提出建立在農(nóng)業(yè)供水耦合基礎(chǔ)上的生態(tài)泄流方案，使得2012年初水庫蓄水量與實(shí)際值趨于一致。

1）水庫農(nóng)業(yè)供水量及逐時(shí)段分配過程的確定。2011年大伙房、觀音閣和參窩水庫農(nóng)業(yè)計(jì)劃供水量分別為4.80×108m3，2.62×108m3和6.59×108m3，依據(jù)2.1節(jié)研究成果，結(jié)合灌區(qū)實(shí)際插秧時(shí)間以及水庫機(jī)組滿發(fā)流量限制，確定大伙房、觀音閣和參窩水庫農(nóng)業(yè)供水過程。

2）水庫群聯(lián)合調(diào)度方案。大伙房水庫遵循“蓄豐補(bǔ)枯”的原則，合理調(diào)節(jié)水庫年水量分配過程，在保障水庫水位要求的前提下，減少1—2月份冰凍期下泄水量，保障3—4月份河流解凍時(shí)期污水團(tuán)稀釋所需的下泄水量；9月份汛后期蓄水至水庫正常蓄水位后開閘放水，滿足10—11月份枯水期河流生態(tài)需水量；觀音閣水庫進(jìn)行生態(tài)調(diào)度，主要改善觀參區(qū)間河流水質(zhì)，5月份為參窩水庫補(bǔ)充農(nóng)業(yè)用水的同時(shí)為河道補(bǔ)充生態(tài)水量，6—8月份下旬汛期河道天然徑流量大于生態(tài)用水量，因此枯水期為重點(diǎn)改善時(shí)段；參窩水庫減少冰凍期1—2月份泄水量，用以增加3—4月份泄水量，滿足枯水期稀釋水量要求，各水庫調(diào)度方案與月均實(shí)際下泄水量如表2所示。

表2　水庫調(diào)度方案-泄量　　m3/s

4）渾河大閘調(diào)度方式。研究［10］證實(shí)，污染物衰減稀釋對低流量更為敏感，因此閘壩調(diào)度的技術(shù)路線是“蓄豐補(bǔ)枯”。通過改變渾河閘現(xiàn)狀調(diào)度方式中不合理現(xiàn)象，渾河閘調(diào)度方式為3月份上旬至4四月下旬，保證下游河段最小生態(tài)需水量的基礎(chǔ)上進(jìn)行灌溉前期蓄水；8月下旬至9月中旬在滿足水庫防洪蓄水量的前提下減小閘門開度，為

生態(tài)用水提供水量保障。

3　水質(zhì)響應(yīng)模擬結(jié)果分析與評價(jià)

3.1渾河水質(zhì)響應(yīng)分析與評價(jià)

依照文中調(diào)度方案進(jìn)行初始邊界條件輸入，應(yīng)用MIKE11水動(dòng)力水質(zhì)模型進(jìn)行模擬，選取渾河干流上、中、下游監(jiān)測斷面進(jìn)行水質(zhì)響應(yīng)分析，現(xiàn)狀年逐月特征污染物（COD、氨氮）濃度與現(xiàn)狀值對比結(jié)果。分析可以得到如下結(jié)論：

1）經(jīng)過水庫閘壩聯(lián)合調(diào)度方案實(shí)施，撫順控制斷面枯水期污染物平均濃度為COD為19.43 mg/l，與現(xiàn)狀值相比降低了19.74%，水質(zhì)類別由IV類提高到III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，3—4月份濃度降低效果較為明顯；氨氮枯水期平均濃度為1.44 mg/l；與現(xiàn)狀值相比降低了7.33%，水質(zhì)類別維持在IV類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由上述分析可知，氨氮濃度的超標(biāo)是制約渾河上游水質(zhì)達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵因素，這與撫順市渾河區(qū)段內(nèi)分布大量入河排污口有關(guān)。

2）沈陽渾河閘控制斷面枯水期特征污染物濃度減小趨勢較為明顯?？菟贑OD平均濃度為31.89 mg/l，與現(xiàn)狀實(shí)測值相比降低了11.58%；枯水期氨氮平均濃度為5.28 mg/l，與現(xiàn)狀實(shí)測值相比降低了7.12%，按照COD濃度劃分水質(zhì)類別，渾河中游沈陽段為IV類水。COD及氨氮濃度的超標(biāo)是制約渾河上游水質(zhì)達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵因素。

3）邢家窩棚控制斷面枯水期污染物平均濃度COD 為12.98 mg/l；氨氮為5.34 mg/l；分別降低了16.04% 和16.09%，COD水質(zhì)類別維持在I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，氨氮污染物濃度雖有降低，但水質(zhì)類別仍為劣V。

由上述分析可知，渾河整體研究河段的水生態(tài)環(huán)境改善研究需要結(jié)合污染源頭控制措施進(jìn)行，同時(shí)將氨氮作為主要控制對象。

3.2太子河水質(zhì)響應(yīng)分析與評價(jià)

選取太子河干流上、中、下游監(jiān)測斷面進(jìn)行水質(zhì)響應(yīng)分析，現(xiàn)狀年逐月特征污染物（COD、氨氮）濃度與現(xiàn)狀值對比結(jié)果，分析可以得出如下結(jié)論：

1）分析可知：本溪控制斷枯水期平均污染物濃度COD為8.13mg/l，與實(shí)測值相比，降低了22.13%；氨氮為0.05mg/l，與實(shí)測值相比增加了20.56%，但水質(zhì)類別均維持在I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2）全年遼陽控制斷面水質(zhì)狀況基本與現(xiàn)狀保

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