郭曉明,喬 明

(1.丹華水利環(huán)境技術(shù)(上海)有限公司，上海 200235；2.浙江省環(huán)境科技有限公司，杭州 310000)

前 言

近年來，中國(guó)水污染問題日益嚴(yán)重，水環(huán)境治理已成為中國(guó)當(dāng)前最重要的任務(wù)之一。通常情況下污水處理廠的排污標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于地表水Ⅱ類或Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)，這就造成地表水水體局部超標(biāo)區(qū)域的存在。如何更好地確定局部超標(biāo)區(qū)域范圍、污染物超標(biāo)濃度、對(duì)于附件敏感水環(huán)境目標(biāo)影響，提高水質(zhì)預(yù)測(cè)的精度和可靠性，數(shù)學(xué)模型成為其中關(guān)鍵的一環(huán)。

按照水質(zhì)組分的空間分布特性，水質(zhì)模型分為零維、一維、二維、三維水質(zhì)模型，其中二維水質(zhì)模型常用于大中河流、湖泊、水庫、海洋等方面水環(huán)境預(yù)測(cè)[1]。國(guó)內(nèi)外常用二維水質(zhì)模型包括MIKE21、EFDC、DELFT 3D、WASP等模型[2]，其中丹麥水力研究所開發(fā)的MIKE21[3～8]廣泛應(yīng)用于河流、湖泊水質(zhì)模擬，曾應(yīng)用于黃河、岷江、秦淮新河、萬寶湖等水域的水環(huán)境研究。本文以某新區(qū)污水處理廠排污口地表水環(huán)境預(yù)測(cè)為例，通過MIKE21模型進(jìn)行長(zhǎng)江黃岡段地表水水質(zhì)預(yù)測(cè)。

由于反補(bǔ)貼法沒有明確其對(duì)非市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)國(guó)家的適用性，法院需要判斷在沒有明確法律條文規(guī)定的情況下，國(guó)會(huì)的態(tài)度。法院認(rèn)為國(guó)會(huì)對(duì)反補(bǔ)貼法的態(tài)度很好地體現(xiàn)在了兩個(gè)方面：即反傾銷法的立法歷史和反補(bǔ)貼法的發(fā)展史。

1 項(xiàng)目概況

某擬建污水處理廠位于黃岡市禹王新區(qū)，排污口地理位置及長(zhǎng)江黃岡段水系見圖1。該污水廠處理3.5萬m3/d，污水處理廠處理一級(jí)處理工藝采用“粗格柵+細(xì)格柵+曝氣沉砂池”工藝流程；二級(jí)生化處理采用改良A2/O 工藝。其出水達(dá)到GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排放，收納水體為長(zhǎng)江黃岡市區(qū)段，排放口下游7km有敏感目標(biāo)黃岡市三水廠取水口，其中長(zhǎng)江黃岡段執(zhí)行地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。

2 MIKE21模型計(jì)算原理

2.1 水動(dòng)力模型計(jì)算原理

平水期選取排污口上游500m的監(jiān)測(cè)斷面監(jiān)測(cè)值作為當(dāng)前背景斷面，即CODCr取13mg/L，NH3-N取0.095mg/L；枯水期選取1～3月份長(zhǎng)江二水廠水源地監(jiān)測(cè)斷面的最大監(jiān)測(cè)值作為背景斷面，即COD取10mg/L，NH3-N取0.31mg/L。同時(shí)考慮正常排放、事故排放、雨天排放、調(diào)試期排放四種排放方式，具體參數(shù)如表2。

(1)

(2)

(3)

蘇霍姆林斯基說：“手是意識(shí)的偉大培育者，又是智慧的創(chuàng)造者，手使腦得到發(fā)展，使之更加明智；腦使手得到發(fā)展，使之變成創(chuàng)造的聰明工具，變成思維的工具和鏡子”因此，在認(rèn)知的關(guān)鍵處，要讓學(xué)生動(dòng)手操作、親身經(jīng)歷、實(shí)踐體驗(yàn)，這樣不僅有助于學(xué)生通過多種感官來主動(dòng)獲取數(shù)學(xué)知識(shí)，更重要的是學(xué)生在操作、交流中能夠逐步領(lǐng)悟?qū)W習(xí)數(shù)學(xué)的方法，進(jìn)而激活創(chuàng)新思維。

2.2 二維水質(zhì)模型計(jì)算原理

MIKE21采用二維對(duì)流擴(kuò)散方程[10]進(jìn)行求解見公式(4)：

鉆探鉆井孔內(nèi)安全基礎(chǔ)性問題應(yīng)包括孔壁安全和軌跡安全?？妆诎踩橇W(xué)平衡和物化平衡問題，是一個(gè)多場(chǎng)多介質(zhì)(應(yīng)力場(chǎng)、壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和流體場(chǎng)；流體、巖體、鉆具)條件下的壓力、應(yīng)力和物化等平衡，同時(shí)各平衡相互影響，其中一項(xiàng)不平衡都會(huì)導(dǎo)致孔壁安全問題。鉆孔軌跡安全是空間力學(xué)問題，是鉆孔軌跡空間形態(tài)引起的孔壁與鉆桿柱摩阻力對(duì)起下鉆、鉆進(jìn)和其他孔底作業(yè)的屏蔽作用，可導(dǎo)致鉆進(jìn)過程難以掌控和起下鉆遇卡等問題。

(4)

根據(jù)研究?jī)?nèi)容，選取COD和NH3-N為預(yù)測(cè)的水質(zhì)指標(biāo)，主要工況描述如下：

第二種調(diào)節(jié)機(jī)制是α-酮酸(尤其是丙酮酸)對(duì)AOX活性的刺激[12,14], 這種作用獨(dú)立于丙酮酸代謝，直接作用于AOX蛋白，使AOX的構(gòu)象發(fā)生變化而導(dǎo)致活性增加。Carré等[17]用純化的AOX與丙酮酸反應(yīng)也證明了這一觀點(diǎn)，并指出只有在丙酮酸存在的條件下，AOX的活性才能保持穩(wěn)定。

模型擬采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格有限體積法進(jìn)行數(shù)值離散。

根據(jù)研究的目的、水文資料完整性及模型計(jì)算的要求，計(jì)算范圍選擇自王家寨至鄂黃大橋下游4km處長(zhǎng)約21km的沙洲水道江段。

3 排污口地表水預(yù)測(cè)模型搭建與參數(shù)

3.1 模型范圍

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS18.0和GraphPad Prism 5統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。計(jì)量資料以表示，采用t檢驗(yàn)，相關(guān)性分析采用Pearson相關(guān)分析，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

平面二維數(shù)模計(jì)算網(wǎng)格主要采用非結(jié)構(gòu)四邊形網(wǎng)格，總體網(wǎng)格數(shù)為14 097個(gè)，網(wǎng)格大小間距20～300m，根據(jù)研究重點(diǎn)，排污口下游區(qū)域采用加密網(wǎng)格，見圖2。

圖2 網(wǎng)格地形圖Fig.2 Grid-based topographic map

3.2 計(jì)算水文條件確定

典型水文條件選擇平水期和枯水期不利的水文條件。計(jì)算河段與漢口水文站相距約70km，中間無較大支流入?yún)R，故用漢口站流量代表本河段流量。統(tǒng)計(jì)漢口水文站1973～2012年近40年的月平均流量，其中枯水期為11月至次年2月份，豐水期為6～9月。經(jīng)頻率計(jì)算得到：枯水期90%保證率的月平均流量為8 650m3/s。選用多年平均流量22 600 m3/s作為平水期代表流量。計(jì)算工況見表1。

（1）嚴(yán)格區(qū)分煤礦關(guān)閉和企業(yè)破產(chǎn)。煤礦關(guān)閉是行政行為，而企業(yè)破產(chǎn)是法律行為，二者政策大不相同。國(guó)內(nèi)煤礦關(guān)閉和企業(yè)破產(chǎn)之間沒有嚴(yán)格的區(qū)分，安置措施缺乏針對(duì)性。

表1 計(jì)算工況Tab.1 Calculation conditions

3.3 模擬工況

其中：C：濃度；

采用河道平面二維水流數(shù)學(xué)模型MIKE21計(jì)算分析工程排污河段河道水位及流場(chǎng)的分布，基本原理為基于N-S的淺水方程[9]。見公式(1)～(3)即：

Dx，Dy： x和y方向上的擴(kuò)散系數(shù)；

表2 污染源源強(qiáng)參數(shù)一覽表Tab.2 Parameters of pollution source

3.4 參數(shù)選取

本研究表明,Epley手法復(fù)位和Barbecue翻滾手法復(fù)位在治療耳石癥中均能取得較好的臨床療效,但根據(jù)患者病情選用不同的復(fù)位手法療效更好,說明二者在不同類型的耳石癥患者中臨床療效有所差異,Epley手法復(fù)位更適合為前、后半規(guī)管耳石癥的患者,Barbecue翻滾手法復(fù)位則在外側(cè)半規(guī)管耳石癥患者中療效更好。根據(jù)患者自身情況選擇合適的復(fù)位手法進(jìn)行治療,能取得更好地療效。

根據(jù)MIKE 21水動(dòng)力模型的基本原理，需要對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行定義，糙率參數(shù)取0.025～0.033；渦粘系數(shù)采用Smagorinsky公式[11～13]，Smagorinsky系數(shù)取值為0.28m2/s；計(jì)算時(shí)步長(zhǎng)在0.01～30s之間；對(duì)計(jì)算區(qū)域內(nèi)灘地干濕過程，采用網(wǎng)格凍結(jié)方法處理，干水深臨界值取0.05m，濕水深臨界值0.1m。

鑒于當(dāng)下旅游消費(fèi)主體更加注重精神消費(fèi)與深度體驗(yàn)的情況，本研究認(rèn)為山西黃河全域旅游建設(shè)應(yīng)推進(jìn)供給側(cè)改革，立足市場(chǎng)需求和資源基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)富含地域特色的旅游產(chǎn)品，尤其是深度體驗(yàn)性產(chǎn)品。通過增設(shè)景點(diǎn)和體驗(yàn)項(xiàng)目來充分開發(fā)黃河這一天然廊道，促進(jìn)黃河旅游由景點(diǎn)式觀光旅游向多功能于一體的廊道全域旅游轉(zhuǎn)變。

MIKE21二維水質(zhì)模型基于偏安全考慮，本次模擬未考慮衰減情形，故不用調(diào)試衰減系數(shù)；對(duì)流擴(kuò)散系數(shù)采用等比渦粘系數(shù)[14-15]，比例系數(shù)取經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為1。

4 排污口地表水影響預(yù)測(cè)結(jié)果

不同水文條件、不同工況下排污口對(duì)于長(zhǎng)江黃岡市區(qū)段和三水廠取水口水質(zhì)影響見表3和表4。枯水期和平水期正常排放、雨天排放和調(diào)試排放，污染物對(duì)長(zhǎng)江黃岡市區(qū)段水體和三水廠取水口造成的影響較小，COD和NH3-N排放濃度預(yù)測(cè)值疊加背景值后均可滿足GB3838-2002《地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅱ類限值?？菟谑鹿逝欧藕推剿谑鹿使r下將存在超標(biāo)區(qū)域。

表3 污染物對(duì)長(zhǎng)江(黃岡市區(qū)段)影響一覽表Tab.3 Impact of pollutants on the Yangtze river (Huanggang city section) (mg/L)

表4 污染物對(duì)取水口影響一覽表Tab.4 Impact of pollutants on the water-intake (mg/L)

平水期事故排放時(shí)，排污口處COD疊加背景值后最大濃度15.4mg/L，超過地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)范圍在排污口80m范圍內(nèi)；枯水期事故排放時(shí)，排污口處NH3-N疊加背景值后最大濃度0.535mg/L，超過地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)范圍在排污口60m范圍內(nèi)。超標(biāo)會(huì)對(duì)長(zhǎng)江水體造成一定影響，但黃岡市三水廠取水口處COD和NH3-N不超標(biāo)。圖2～圖5為事故排放下COD和NH3-N濃度貢獻(xiàn)值最大影響范圍圖。在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)采取積極的應(yīng)對(duì)措施，同時(shí)設(shè)置事故池，發(fā)生事故排放時(shí)應(yīng)存放至事故池，不得直接排放。

圖3 枯水期事故排放COD最大影響范圍圖Fig.3 The maximum influence range of COD discharged by accident in dry season

圖4 枯水期事故排放NH3-N最大影響范圍圖Fig.4 The maximum influence range of NH3-N discharged by accident release in dry season

圖5 平水期事故排放COD最大影響范圍圖Fig.5 The maximum influence range of COD discharged by accident in normal period

圖6 平水期事故排放NH3-N最大影響范圍圖Fig.6 The maximum influence range of NH3-N discharged by accident in normal period

5 結(jié) 語

采用MIKE21二維水動(dòng)力和水質(zhì)模型對(duì)于某污水處理廠排污口地表水影響進(jìn)行預(yù)測(cè)，枯水期正常排污情況下COD、NH3-N疊加背景濃度后最大值分別為10.375mg/L、0.348mg/L，平水期正常排污情況下COD、NH3-N疊加背景濃度后最大值分別為13.325mg/L、0.1275mg/L，均滿足GB3838-2002《地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅱ類限值標(biāo)準(zhǔn)。在事故排放時(shí)存在局部的超標(biāo)，但對(duì)下游7km較遠(yuǎn)處的三水廠取水口影響很小，枯水期事故排放COD、NH3-N對(duì)三水廠貢獻(xiàn)值為0.513mg/L和0.354mg/L。如何對(duì)排污口地表水環(huán)境影響進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，涉及各個(gè)環(huán)節(jié)，諸如水文條件的準(zhǔn)確性、參數(shù)取值的合理性、模擬工況的全面性，本文同時(shí)可為后續(xù)采用MIKE21做排污口地表水影響預(yù)測(cè)提供參考。