水库突发性污染事故水质影响过程分析

为了有效地控制突发性水污染事故带来的危害,以东北某大型水库为典型研究案例,综合考虑水库水文、气象条件和污染物迁移特征,拟定典型工况,基于已建立的三维水动力和水质耦合模型,模拟分析突发性污染事故发生后库区污染物三维空间分布及随时间变化的特征。结果表明受入库流量和全年主导风向东北风的影响,总体上污染物随着水流沿西南岸线向坝址方向扩散,且污染物的超标面积逐渐增大;但随着流程的增加,污染物的浓度逐渐减小。通过对水库水质的数值模拟,定量掌握了水库水质实时状态以及污染物空间分布,可以为有关部门制定与实施应急预案提供相关的技术依据。     

汾河水库水动力及水质数值模拟

汾河水库是万家寨引黄工程的调节水库和山西省最大的地表水饮用水源地,其上游河段的COD和TN有超标现象,故确定库区污染物的输移扩散规律并提出相应的保护措施对保证水库水质安全至关重要。以工程技术资料、DEM模型、遥感及GPS实测信息为基础,采用GIS技术将汾河水库边界和地形进行数字化处理;通过实测数据进行参数率定与模型验证,确定汾河水库的水动力模型和水质模型;将模型进行耦合联用,以汾河水库的水动力为基础,选取COD和TN进行数值模拟,计算污染物在不同进水浓度时库区污染物超标面积,以库区污染物超标面积百分比来表征水库受污染程度。模拟结果表明:风场是影响水库水动力的主要因素;在静风和主导风力作用下污染物分别沿地形和沿下风向堤岸扩散;污染物超标面积百分比与进水污染物浓度限值呈二次函数关系。     

强降雨过程中入库面源污染对库区水质的影响

为分析强降雨导致面源污染入库对库区水质的影响,以大伙房水库为例,构建库区三维水动力及水质模型,分析了强降雨过程中库区三维水动力及污染物浓度空间变化特征。结果表明:当入库流量较大时,库区水流场主要受吞吐流影响。污染团在水流输移作用下向下游迁移扩散,最大浓度及影响范围随时间先增加后逐步减小。当入库流量逐步减小时,吞吐流的影响逐步减弱,水流场变化受吞吐流和风生流共同支配。污染团在迁移过程中受此影响,浓度在三维方向呈现相应变化特征。研究结果可为制定更为切实可行的面源污染治理措施提供技术参考。     

基于有限元分析的生态清淤对水库水质影响数值模拟

为改善水库水体质量,研究基于有限元分析的生态清淤对水库水质影响数值模拟方法。在有限元软件内离散化水库概念模型,将其分割成多个非常小的单元格,并记录各单元格的信息;依据记录的单元格信息,建立二维水动力和污染物转移模型;通过区域分解法,求解二维水动力和污染物转移模型,得到水库水体内氮、磷与化学需氧量的浓度;根据氮、磷与化学需氧量的浓度完成生态清淤对水库水质影响的数值模拟分析。试验结果表明：对于未来来说,以全库清淤方式对水库进行生态清淤,可显著降低水库水体内氮、磷与化学需氧量的浓度,分别下降至0.886(±0.375)、0.027(±0.013)、1.846(±0.417)mg·L^-1。     

引水改善星海湖的水动力-水质特性数值模拟

针对星海湖存在的湖泊水动力不足与水质恶化等水生态问题,通过建立二维水动力-水质模型,选取化学需氧量(COD)为水质指标,计算了12种不同水文特征与引水量工况,分析引用不同黄河水量下湖区水动力和水质指标的变化及空间分布情况。结果表明：引入黄河水能够有效改善星海湖的水动力与水质状况,减小滞水面积,降低COD浓度;在相同水文特征工况中,水质指标COD浓度随着引水量的增加而逐渐降低,且其削减率逐渐提高;在相同引水量工况中,丰水年水质指标COD削减率普遍高于枯水年和平水年;枯水年和平水年引水量分别为1 400×10⁴和700×10⁴ m³时能够达到地表水Ⅲ类水质标准。     

典型暴雨农业面源总磷入库水质影响过程

以东北大伙房水库为典型研究案例,根据典型暴雨情况下农业面源中总磷入库的时间变化特征,建立考虑入库水流影响的库区三维水动力数学模型及相应的三维水质模型,模拟分析1次典型暴雨入库过程中库区总磷三维空间分布及随时间变化的特征。模拟结果表明,受入库流量和丰水期主导风向东北风的影响,总体上总磷随着水流主要沿西南岸线向坝址方向扩散,总磷浓度超标面积逐渐增大,随着流程增加,其浓度逐渐减小。对面源入库过程的模拟分析可以为面源污染的预报及治理提供相关的技术依据。     

华南沿海饮用水水源水库水质变化及影响因素

受热带季风季候影响,华南沿海地区太阳辐射强、气温高,导致水库内部的生物地球化学循环过程具有明显的特异性。为探究其水质的时空变化及影响因素,以粤西沿海重要饮用水水源地——高州水库为例,根据2012～2019年对各主要水质断面的长期监测数据,分析了水库水质的时空变化及污染成因;并利用Kendall趋势检验和污染物通量计算,对各断面污染物浓度的变化及污染负荷定量变化的影响因素进行了分析。结果表明:(1)时间变化方面,研究期内高州水库水质在Ⅱ～Ⅲ类之间,2条入库河流水质为Ⅳ类,最大值均出现在2016年,这是由于受水文气象因素的影响,2016年枯水期间降水量明显高于其他年份所致。(2)空间变化方面,良德水库南部库区的水质优于北部库区,石骨库区的水质整体优于良德库区,而TP由入库断面至出库断面呈不同程度的恶化,表明在径流、水动力作用下迁移至出库区的磷素通过底泥吸收、浮游植物间的相互转化和释放等方式不断累积,导致TP恶化最为严重。(3) Kendall趋势检验方面,TN与上游乡镇的人口密度、工农业生产总值和土地利用方式等有关;TP在没有外源输入的情况下,水库内部通过水力交换与自我调节等方式将磷源进行了释放;NH_3-N在降雨、径流作用下浓度显著降低;入库河流的COD_(Mn)含量较高。(4)污染物通量方面,良德库区所受纳的点源与面源污染中氮、磷和有机污染负荷在降低,石骨库区的磷污染负荷下降较为明显,入库河流的NH_3-N呈高度显著下降趋势。     

青龙山水库土壤养分溶出对水质的影响

水库蓄水过程中及运行初期 ,土壤养分会部分溶于水中 ,对库区水质产生一定的影响。以青龙山水库为例 ,在进行土壤养分调查、监测、溶出实验的基础上 ,根据库容曲线 ,计算出土壤养分对库水水质的贡献值 ,并探讨土壤养分对库区水质的影响趋势     

白石水库饮用水水源保护区划分合理性研究

饮用水水源地水环境安全事关人民生命健康,是生态环保工作的重中之重。饮用水水源地保护区划分以类比经验法为主,无法反映保护区内水质指标的时空分布及达标情况。利用EFDC建立白石水库垂向平均的二维模型,模拟其水动力和水环境变化过程,对水库水龄、污染物迁移衰减规律进行分析,评价类比经验法划定的饮用水水源保护区的合理性。通过验证水位库容曲线,丰、平、枯3种典型年水位对应曲线的相对均方根误差均小于0.1,纳什系数均大于0.85,水质模拟曲线模拟趋势与实测数据一致,模型可靠。研究发现,在丰、平、枯3种典型年条件下坝前平均水龄分别为304.4,656.4和673.2 d,水库水力交换周期长;在丰、平、枯3种水动力条件及设计污染物边界条件下模拟污染物衰减过程,结果表明除丰水年取水口处氨氮超标外,其余条件下取水口水质均可达标;以116 m水位（库首）对应高程线以下全部水域为一级保护区的划分范围可以满足取水口水质要求,验证了上述策略在保护区划分上的合理性。     

三峡水库蓄水前后库区及坝下游水质变化与成因探讨

为了解三峡水库运行对大坝上下游水质的影响,同时为三峡江段水质保护提供参考,根据长江三峡水环境监测中心在三峡库区官渡口和坝下南津关两个重要断面1998~2012年间的水质监测资料,比对分析了水库蓄水前后部分水质指标的年际和年内变化特征,并探讨其成因。结果表明,2003年三峡水库135 m蓄水成功后,水体中SS和重金属等指标浓度下降,TP等营养盐指标浓度呈不同程度减小,DO等氧平衡指标浓度总体下降。由此可得:三峡水库运行对库区及坝下游水体水质有积极影响;水库运行后,水流变缓,泥沙沉降,使得水体含沙量明显减少,污染物浓度也相应降低,泥沙吸附沉降作用对减少大多数水体污染物的作用不可小觑;但库区中吸附了大量水体污染物的泥沙,如果再悬浮,会对长江干流水质产生不利影响,应密切关注库区水体泥沙含量的变化规律。     

拟建鄱阳湖水利枢纽对湖区水环境容量的影响

采用水动力水质模型模拟了鄱阳湖在极端退水年(2016年)和一般退水年(2017年)两种退水工况下拟建鄱阳湖水利枢纽建设前后的水动力水质过程,并构建湖区水环境容量模型评估了鄱阳湖拟建水利枢纽对湖区水质和水环境容量的影响。模拟结果表明：枢纽建设运行能显著增加鄱阳湖的水体体积,每月最大可增加77%;在退水初期主要降低湖泊中部的TP质量浓度,在极端退水年的退水后期会导致闸上TP质量浓度升高,在一般退水年则会导致闸上TP质量浓度降低,但对COD_Mn和NH₃-N质量浓度空间分布无明显影响;在极端退水年,枢纽建设运行会导致COD_Mn、NH₃-N和TP质量浓度增大,而在一般退水年则会导致TP的质量浓度降低;枢纽建设运行能显著提升COD_Mn和NH₃-N的水环境容量,在一般退水年会增大TP的水环境容量,但在极端退水年TP的水环境容量可能降低。     

洪水过程对水库水温分布影响研究

针对水库水温变化对水库水质、下游河道水环境及河流水生生态系统造成的不利影响,以某流域中型水库为例进行研究。采用三维水动力——水温数学模型对该流域6种不同的洪水对象进行数值模拟计算和结果比对,分析洪水过程对水库水温分布产生的影响。结果表明,坝前水温大幅度波动只发生在洪水期内,基本上随着洪水的退去而消失,不会在洪水过后长时间存在。     

引黄生态补水对官厅水库水质时空分布影响及污染源解析

为探讨引黄生态补水对官厅水库水质时空分布的影响,本文对官厅水库2015—2020年9个断面的8项污染物指标监测数据,采用系统聚类法进行时空聚类,分析了引黄生态补水与水库水质时空变化的关系,并对官厅水库进行水质评价,研究各断面水质指标年际变化特征及进行污染源解析。结果表明：官厅水库入库水质与出库水质、库区水质具有明显的时空差异;妫水河上游来水以3年为时间节点,水质从Ⅳ类提升至Ⅲ类;永定河入库水质以两年为节点呈波动性好转;引黄生态补水进一步降低了永定河入库水体TN和NO^-₃-N的浓度,但对库区水质变化尚未产生显著影响,官厅水库库区水质符合地表水Ⅳ类标准。     

万家寨水库水环境特性分析

作为山西省的重要水源地,万家寨水库水环境质量对于山西省的供水安全具有重要意义。通过建立非结构单元的水环境数学模型,对现状情境下万家寨水库库区进行水动力过程模拟,分析最不利水文条件下区域内水环境特性。结果表明,水动力场显示,上游流量的大小对库区水体自净能力影响明显,研究区域水力停留时间最短出现在丰水年夏季,最长出现在枯水年冬季;在固定源连续排放下,枯水期、平水期、丰水期3种水文条件下,COD最大允许排放浓度分别为426、310 mg/L与252 mg/L;在枯水期、平水期、丰水期内,下游3个控制断面COD浓度均可达到二类水质标准时,污染物COD的水环境容量分别为14 060、15 959 t/d和18 137 t/d。     

水库蓄水初期水质分析及影响因素

对某大型水库蓄水初期水质空间分布进行了调查分析。设置了2个断面共5个采样点,进行每周1次共5次的跟踪监测。在库区淹没土壤类型调查和土壤浸出试验的基础上,根据库容曲线,计算土壤浸出物对水库水质的贡献值及单位面积土壤主要污染物的浸出量,并探讨土壤浸出对水库水质的影响趋势。结果表明:水库库区土壤养分在蓄水初期对水质有一定影响,这种影响随着水质的不断交换将逐渐减弱并达到新的动态平衡。     

库区面源氮、 磷污染对于桥水库水质的影响

于桥水库作为天津市唯一的饮用水供水水源地,研究于桥水库周边面源污染对其水质的影响,有助于改善水库水环境,保障供水质量。在分析水库周边面源污染负荷的基础上,运用基于二维浅水方程和对流扩散方程组构建的于桥水库二维水动力和水质耦合模拟模型对2008年雨季(6月-9月)水库TN、TP浓度的空间分布及随时间变化特征进行了模拟分析。结果表明,受果河入库流量和汛期主导风的影响,总体上TN、TP随水流主要沿水库南岸和西北岸向坝前方向扩散,并在库区东形成顺时针大环流和在库区西形成逆时针环流。受环流影响,库心水质受污染影响较小。TP在空间上呈现出东高西低的趋势,TP平均浓度最高值出现在8月份为1.56mg/L;刘相营及五百户镇是TN的主要入库口,TN平均浓度最高值出现在9月份为3.74mg/L。     

黄河上游羊曲水库水质预测研究

羊曲水库为峡谷型水库,长宽比较大,可忽略水流在横向和垂向的变化,只考虑纵向变化.在求解一维动态水质模型之前需推求水库水面线,以获得相关水力要素.通过建立一维动态水质模型,模拟了羊曲水库BOD、氨氮浓度的时空分布.得出在50%频率年,库区的BOD值小于3 mg/L、氨氮质量浓度小于0.5 mg/L.     

韩江流域程江水系水质污染特征及污染因子分析

选取韩江流域程江水系广东境内的3个断面2020年和2021年监测成果数据,采用水质类别法和综合污染指数法进行水质评价,从时间空间角度分析了主要污染因子的变化特征,运用主成分分析法对秋云桥断面水质主要污染因子进行分析,以及汛期、非汛期结合水量分析污染情况和变化特征。结果显示,程江3个监测断面中富石水库、梅西水库断面水质大部分满足Ⅲ类水质要求,秋云桥断面污染情况较严重,重点分析了该断面的污染因子：DO、COD_Mn、BOD₅、NH₃-N、TP、铁、锰,其中TP、NH₃-N、COD_Mn为第一主成分,BOD₅为第二主成分,铁为第三主成分。秋云桥断面超标原因主要为上游及周边分布较多排污口,城区生活生产污水的排放以及恰逢2020年和2021年特殊年景来水量少,水动力不足进而导致污染物浓度偏高。     

二维水质模型在入河排污口设置中的应用

选取COD、BOD5两项评价因子,采用一维、二维水动力水质数学模型预测设计水文条件下,某拟建项目在正常工况和非正常工况条件下,其排污口设置在岸边、距岸边20 m、中泓时,排水对受纳水体水质的影响。结果表明:污水排放质量浓度越高,恢复到受纳水体背景质量浓度所需的距离越长,且同种污染物在完全混合前,非正常工况比正常工况同一断面污染物质量浓度明显偏高,即污染物排放质量浓度越低,对河道水环境影响越小;同一工况、同一断面,中泓排放完全混合距离短,但质量浓度值高;非正常工况下,污染物与受纳水体完全混合后质量浓度仍然较高,对河道水环境影响较大。     

长距离河道突发性水体污染下的单库调度分析

建立了长距离河道及梯级水库水动力模型和污染物输移扩散数学模型,采用污染物输移扩散解析解对模型进行了验证。针对水库上下游不同位置发生的突发性水污染事故,设置了11种单库调度模式并进行了模拟计算。结果显示,当突发性水污染事故发生在下游时,若污染物浓度是下游目标河段的敏感因子,则需选取上游较近距离的水库采用大流量、短历时的调度方式较为合适,但若可调度水库距离目标河段太远,则采用水库调度模式就难以控制目标河段的污染物浓度;若污染物超标时长是目标河段的敏感因子,则适合选取距离目标河段适当距离内的水库采用适中流量、长历时的调度方式。当突发性水污染事故发生在库区内时,若库区为重要的功能区,则需尽快开启该水库泄水设施,以减小库区污染物的浓度和滞留时间;若库区下游目标河段为重要功能区段,则需尽量延迟开启该水库并减小下泄流量,以减小对下游目标河段的影响。