景夢(mèng)園，王立權(quán)，李鐵男，石金磊，張 檸

(1.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080；2. 黑龍江水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 研究區(qū)域現(xiàn)狀

萬(wàn)寶河是倭肯河一級(jí)支流，位于七臺(tái)河市境內(nèi)，發(fā)源于大駕子山北坡三道溝，河流全長(zhǎng)約11 km，流域面積46 km2，河道彎曲系數(shù)1.4，平均比降0.002，下游處平槽泄量62 m3/s，年徑流量0.06億 m3/s，水流速度快。據(jù)統(tǒng)計(jì)，七臺(tái)河市萬(wàn)寶河示范河湖段多年平均徑流量為600萬(wàn)m3。徑流年內(nèi)分配不均，主要集中在夏季，5—11月徑流量占全年的79%～82%，12月—次年4月徑流量占全年的18%～21%。

2 整治措施

萬(wàn)寶河河道的黑臭治理措施主要包括：(1)萬(wàn)寶河全線截流，16個(gè)排污口實(shí)現(xiàn)了支線連接，截污納管700延米；補(bǔ)充建設(shè)過河倒虹管，將排污口全部收納進(jìn)現(xiàn)狀截流干管。(2)對(duì)擋水高度不足，不滿足河岸穩(wěn)定段進(jìn)行加固。(3)為形成景觀水面，在主河道共設(shè)壅水構(gòu)筑物2處，分別布置在兩處人工濕地下游處，壅水壩將河道水體分隔為大小不等的景觀水面。(4)再生水回用、水庫(kù)水利用，萬(wàn)寶湖位于萬(wàn)寶河上游，平水年或豐水年汛期放水可以作為萬(wàn)寶河生態(tài)補(bǔ)水[1-5]。

3 SWAT模型原理

3.1 模型構(gòu)建所需數(shù)據(jù)

收集屬性數(shù)據(jù)包括土壤屬性數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、點(diǎn)源數(shù)據(jù)、水庫(kù)數(shù)據(jù)等[6]。完成數(shù)據(jù)輸入，構(gòu)建SWAT模型。

3.2 建模過程

SWAT建模過程流程如圖1所示。

圖1 SWAT模型構(gòu)建流程

3.3 結(jié)果與分析

七臺(tái)河市萬(wàn)寶河在每年冰凍期(11月1日—次年4月15日)采用河道清水源工程由市第一污水廠提水進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，設(shè)計(jì)泄放流量為0.5 m3/s；在其余時(shí)段，為消除河道斷流對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，改善城市居民的生活、生產(chǎn)條件，萬(wàn)寶水庫(kù)為下游河道放水。本項(xiàng)目開展基于SWAT模型的七臺(tái)河市萬(wàn)寶河水質(zhì)模擬，在此基礎(chǔ)上，開展河道清水源工程治理萬(wàn)寶河黑臭水體成效分析。模擬期為2017年1月—2020年11月，以月為模擬步長(zhǎng)。設(shè)置0 m3/s、0.2 m3/s、0.3 m3/s、0.4 m3/s、0.5 m3/s、0.6 m3/s六種泄放流量情景，在0 m3/s 及0.5 m3/s情景下，基于NH3-N、BOD及DO三種指標(biāo)濃度觀測(cè)數(shù)據(jù)開展SWAT水質(zhì)模型率定校準(zhǔn)。率定期為2019—2020年，NH3-N模擬相對(duì)誤差為30.41%，BOD模擬相對(duì)誤差為18.26%，DO模擬相對(duì)誤差為1.93%。結(jié)果顯示，模型擬合度較高，可以保證模型的準(zhǔn)確性[7-8]。

本項(xiàng)目在0 m3/s、0.2 m3/s、0.3 m3/s、0.4 m3/s、0.5 m3/s、0.6 m3/s六種生態(tài)補(bǔ)水流量情景下開展萬(wàn)寶河水質(zhì)模擬，以探討清水源工程治理成效。模擬結(jié)果如圖2～圖4所示，結(jié)果表明，NH3-N與BOD濃度隨著清水源工程補(bǔ)水量的提高而降低，DO濃度隨著清水源工程補(bǔ)水量的提高而增高。此外，對(duì)比0 m3/s與0.2 m3/s兩種補(bǔ)水流量情景發(fā)現(xiàn)，當(dāng)開始清水源工程補(bǔ)水后，萬(wàn)寶河水質(zhì)發(fā)生顯著的提升。上述結(jié)果說明，河道清水源工程對(duì)于萬(wàn)寶河黑臭水體治理成效顯著。

圖2 模擬期NH3-N濃度

圖3 模擬期BOD濃度

圖4 模擬期DO濃度

本項(xiàng)目還開展了清水源工程水質(zhì)提升效果定量分析，在各生態(tài)補(bǔ)水流量情景下獲得三種水質(zhì)指標(biāo)模擬值均值，進(jìn)而分析多補(bǔ)水情景下水質(zhì)提升程度，結(jié)果如表1所示，其中百分?jǐn)?shù)表示各補(bǔ)水情景相比不補(bǔ)水情景水質(zhì)指標(biāo)提升程度?；诟魃鷳B(tài)補(bǔ)水情景模擬期內(nèi)均值結(jié)果，可以得到，NH3-N指標(biāo)獲得了6.72%～41.18%的提升；BOD指標(biāo)獲得了10.21%～43.34%的提升；DO指標(biāo)獲得了15.56%～28.85%的提升。

表1 各補(bǔ)水流量情景下水質(zhì)提升程度

3.4 治理成效分析

根據(jù)住建部發(fā)布的《城市黑臭水體整治工作指南》，城市黑臭水體分級(jí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括透明度、溶解氧、氧化還原電位和氨氮，城市黑臭水體的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2，相關(guān)指標(biāo)測(cè)定方法見表3。按照《指南》要求對(duì)治理后的萬(wàn)寶河進(jìn)行連續(xù)6個(gè)月的監(jiān)測(cè)，評(píng)估黑臭水體治理成效。

表2 城市黑臭水體污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表3 水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定方法

2020年6月，對(duì)萬(wàn)寶河主要超標(biāo)污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)(溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、COD、總氮、總磷、氨氮、氧化還原電位)，共設(shè)置21個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，具體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表4。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，21個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位氧化還原點(diǎn)位為輕度黑臭，其他指標(biāo)未達(dá)到黑臭。

表4 水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

續(xù)表4

2019年9月監(jiān)測(cè)斷面1個(gè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，溶解氧、化學(xué)需氧量等5項(xiàng)指標(biāo)均未達(dá)到黑臭；11月監(jiān)測(cè)斷面1個(gè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，萬(wàn)寶河主要超標(biāo)污染物達(dá)到Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)《城市黑臭水體整治工作指南》中黑臭水體定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，治理后的萬(wàn)寶河水體除氧化還原電位達(dá)到輕度黑臭的等級(jí)以外，其他指標(biāo)均未達(dá)到黑臭等級(jí)，由此可見萬(wàn)寶河黑臭水體治理取得了一定的成效。

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)，對(duì)治理后的萬(wàn)寶河進(jìn)行了水質(zhì)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)主要包括：溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、總氮、總磷、氨氮和氧化還原電位。其中溶解氧整體上達(dá)到了Ⅱ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，高錳酸鹽指數(shù)整體上處于Ⅳ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)需氧量(COD)整體上處于Ⅳ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，總氮濃度處于地表水Ⅴ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，總磷的濃度整體達(dá)到地表水Ⅱ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，氨氮濃度整體處于地表水Ⅳ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié) 論

(1)萬(wàn)寶河黑臭水體整治工作在整體上取得了一定的成效，除氧化還原電位之外，所有指標(biāo)達(dá)到不黑臭的標(biāo)準(zhǔn)，但是在治理后水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，水體中化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、總氮和氨氮幾項(xiàng)指標(biāo)屬于污染物超標(biāo)，需要后續(xù)整治。

(2)雨排設(shè)施管養(yǎng)單位每年對(duì)雨排管線進(jìn)行清掏，保證雨水水質(zhì)不受管線內(nèi)淤泥的影響。在常態(tài)管、精細(xì)管上下功夫，防止出現(xiàn)反彈，做到標(biāo)本兼治，長(zhǎng)治久清。

(3)SWAT模型在黑臭水體成效分析中的評(píng)價(jià)結(jié)果和《城市黑臭水體整治工作指南》中規(guī)定的評(píng)價(jià)方法結(jié)果基本一致，說明該方法評(píng)價(jià)結(jié)果真實(shí)可靠，能夠?yàn)楹罄m(xù)研究提供一些方向。