基于水库调度的河流突发水污染应急处置

天然河流水污染事件频发,如何运用水库应急调度降低污染损失具有重要意义。以突发水污染事件应急处置为目标,分别构建了水污染溯源、浓度预测和水库应急调度模型,并通过数值模拟的方式对水库调度方案进行优选,最终建立了一套完善的水库应急调度技术体系。将技术运用于贺江2013年水污染事件应急处置分析,结果表明,模型重构的监测断面污染物浓度过程与实测过程较为接近,优选的水库调度方案及其处置效果也与实际情况基本吻合。结果说明本文建立的水库应急调度关键技术体系可运用于指导河流突发水污染事件应急处置。     

小浪底水库应急调度对下游水污染事件的调控

近年来黄河突发性水污染事件出现较为频繁,水库加大下泄流量对缓解突发性水污染能够发挥重要作用。建立黄河小浪底以下河段降雨径流、河网水动力学与污染物传输扩散相耦合的模型,基于非汛期黄河干流多事故地点排放情景模式,研究小浪底水库运行方式对污染事件的调控能力及实施效果。结果表明:针对发生在小浪底水库下游的突发性水污染事件,水库实施应急调度,能够在一定范围内起到降低污染物浓度、控制污染物传输的作用。事故地点若距离水库较近,应急调度能够发挥较大作用。下游河道接近环境流量,小浪底水库在150~1 500 m3/s等级范围改变下泄流量,对事故地点在高村以下河段的突发性水污染事件无控制作用。     

基于模拟–优化模式的梯级水库群突发水污染事件应急调度研究

根据突发水污染事件特征及相关影响因素,在水动力模型、水质模型的基础上,建立了基于模拟–优化模式的梯级水库群突发水污染事件应急调度优化模型。以清江中下游为例,采用改进的NSGA-Ⅱ算法,对水布垭–隔河岩–高坝洲梯级水库群应急调度优化模型的决策变量(应急调度函数中的控制变量)进行多目标优化,得到了Pareto最优解集及相应的Pareto前沿,并探讨了水库群联合调度在应对突发性水污染事件的合理性与有效性。结果表明,在水位、库容允许的情况下,优先调用距离污染源较近的或与被污染河段直接相连的水库,启动应急调度最多可使污染物浓度达标时间减少80.4%。根据优化结果分析了应急调度过程中损失的电能与污染物达标所用时间之间的竞争关系,并定量模拟了突发水污染事件中污染物浓度的沿程变化与随时间变化的过程。     

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。     

应对突发性水污染事件的水动力与水质模型

突发性水污染事故不仅造成巨大的经济损失,而且造成社会的不安定和生态环境的严重破坏。以松花江水污染事件为例,通过对出库流量的控制,结合水质模型调算,得出污染物消减的耗时及相应的河道水位情况。采用数学公式计算出河道内的通航水位,与模型调算后的水位相比较,检验通过调度水库出库流量来稀释污染物时,其相应河道水位是否影响到河道的通航情况,从而确立水库应急调度总原则。     

西江中上游型洪水影响下龙滩水库调度特性初探

为探讨龙滩水库对西江中上游型洪水的防洪削峰作用,选取"96·7"中上游型洪水作为典型洪水,拟定4种龙滩水库调度方案,采用率定和验证后的西江中游河网及梯级水库水动力数学模型,分别对典型洪水及频率为0.2%、1%和2%水文条件下的4种梯级水库调度方案进行了模拟计算和分析。结果显示,该水动力学模型能很好地模拟洪水特性参数的时间变化规律以及水库的运行调度过程;对于"96·7"典型中上游型洪水,由于红水河洪水较小,梧州断面流量以柳江来水为主,龙滩水库调度对梧州断面削峰效果有限;但针对中上游型不同频率的大洪水,采用提前启用龙滩水库的调度方案能有效削减梧州断面的洪峰值;其中,龙滩水库采用发电流量控泄的方案可以达到防洪和发电效益的统一。     

基于3S集成的突发水污染模拟研究

针对当前水污染研究多局限于模型开发,可视化工作较为薄弱的问题,提出了一种基于3S集成的突发水污染模拟方案,并讨论了河流三角化、离散点浓度拟合、基于视域的数据动态加载等关键技术,对松花江某取水口上游突发石油污染事件进行了动态模拟。结论表明,该方法可以形象地模拟污染物的扩散和运移过程,并提供定点的污染监测功能,为污染模型的检验提供了依据,为应急方案的制定提供了全方位的信息支持。     

阎王鼻子水库生态调度方案分析研究

本文在分析阎王鼻子水库建设前后下游水文情势变化的基础上,根据河道内生态不同需求和不同计算方法,确定水库下游河道基本生态流量和目标生态流量两种需求方案。在充分考虑大凌河流域河道外需水的前提下,研究分析了阎王鼻子水库最大程度满足河道内不同生态需水要求时的调度方案,对改善水库下游河道环境具有一定的指导意义。     

汉江丹襄段水污染事故水库应急调度措施研究

为了合理应对汉江中下游地区突发性水污染事故,应建立有效的事故应急预案。利用平面二维水动力水质模型,分析了汉江丹襄段不同位置发生水污染事故时,丹江口水库不同应急调度方式对污染物的稀释掺混作用,探讨了丹江口水库应急调度的可行性和有效性。各调度方案的计算结果表明,短历时大流量工况的作用效果优于长历时小流量工况;丹江口水库应急调度对王甫洲以上的江段效果明显,对于离水库较远的下游河段,效果并不显著。     

东庄水库突发水污染事故下有机物的时空分布研究

东庄水库作为关中渭北地区水资源配置网络中的关键工程，库区两岸分布有许多工业企业，一旦发生突发水污染事故将会严重危及水库水质安全。针对东庄水库可能发生的突发水污染事故，基于MIKE 11水动力-ECO lab模块，对东庄水库突发水污染事故爆发后COD_Mn有机物扩散情况进行数值模拟，结果表明：上游来水量对污染物的时空分布规律作用明显，污染物排放流量及排放时间对污染带影响不显著，通过改变上游来水量可控制污染带的影响时间及影响距离。该结果可为东庄水库突发水污染事故应急调控策略及方案的制定提供参考。     

城市供水河道抵御突发性水污染事故水利调控措施

城市建设的过程中,要加强供水河道抵御突发性污染事故的能力。以南渡江下游的海口市供水河道为例,建立突发性水污染事故的水动力水质模型,分析污染物到达龙塘取水口的时间及影响历时。提出在龙塘取水口上游建立节制闸和应急渠道,将上游突发水污染事故产生的污染物云团引排到应急渠道中的措施。水动力水质模拟结果表明,该措施可以有效减少南渡江河流中的污染物总量,使突发性水污染事故不会对供水河道的供水产生影响。     

汉江中下游突发性水污染事故预测模型研究

基于MIKE11模型的水动力模块、对流扩散模块,建立了汉江中下游一维水动力水质预警预报模型,对模型进行了率定和验证,计算值与实测值吻合较好。应用该模型模拟了汉江典型断面襄阳和仙桃在枯水期发生突发水污染事故,污染物高锰酸盐指数到达下游不同断面的时间和浓度值,结果表明,该模型能够较准确地模拟和预测突发水污染事故条件下污染物的影响程度和迁移过程,可为汉江中下游突发水污染事故应急方案制定提供科学依据。     

新疆洛浦县布尔库木水库溃坝洪水数值模拟

布尔库木水库位于新疆和田地区洛浦县多鲁乡境内,水库周边及下游居民点、耕地密布,水库一旦发生溃坝洪水事件危害较大。根据水库工程特性,采用BREACH模型和简化计算法模拟溃坝洪水。BREACH模型是应用泥沙冲刷公式计算溃口发展过程和溃决流量过程的模型,无需预先设定溃口最终形态。简化计算法计算简单、参数少,可计算坝址处最大溃坝流量。研究成果对制定水库突发洪水事件应急预案和风险评估,以及其他均质土坝小型水库溃坝模拟具有一定指导意义。     

饮用水应急除镉净水技术与广西龙江河突发环境事件应急处置

对饮用水应急除镉技术和2012年广西龙江河突发环境事件应急处置进行了技术总结。首先归纳了应急除镉的技术原理、工艺控制条件和实施要点,然后概括介绍了有关龙江河突发环境事件,对其应急处置的措施和效果进行了全面总结。在此次事件中,通过采取河道投药进行弱碱性化学法沉镉处置和下游汇流调水稀释的措施,实现了把含镉污染水团控制在龙江河河段范围内、下游柳江镉浓度不超标的控制目标要求。对于河道沉镉处置可能产生的环境影响做了详细说明,并总结了环境后评估的初步结果。在龙江河突发环境事件中除了最严重的镉污染外,还含有砷、铊、锑等多种污染物,自来水厂应急处理的难度极大。在水专项应急处理课题研究的基础上,通过采取针对性措施,实现了下游柳州自来水厂出水的全面达标,保障了供水安全。     

应对2-甲基异莰醇风险的水利工程联合调度策略

开展水利工程联合调度应急预案研究是降低水源地突发水污染风险的重要举措。为降低东太湖2-甲基异莰醇(2-MIB)浓度季节性突增对下游太浦河金泽水库供水安全的影响，采用平原河网水动力模型与数学回归分析耦合方法，基于2016年实况水情，开展了太浦河枢纽100～1 000 m³/s分级下泄流量情景模拟分析和水利工程调度策略研究。研究结果表明：800 m³/s、400 m³/s分别是影响水流到达时间、两岸支流汇入比例的关键流量节点。满足金泽取水断面2-MIB处理能力控制要求的东太湖来水2-MIB限值区间为525～1 690 ng/L,并提出太浦河枢纽下泄流量与东太湖来水2-MIB浓度不同区间组合下的金泽水库与太浦河枢纽联合调度策略。研究成果可为提高上海市金泽水库取水安全保障提供技术支撑，并为平原河网地区供水调度提供参考。     

基于分布式水文模型的水库生态调度方案 修正研究——以双峰寺水库为例

结合下游生态环境用水要求,使用分布式水文模型模拟双峰寺水库调度前后坝址下游的水文循环过程,指出了规划阶段水库调度存在的生态问题,进而修正调度方案并分析采用生态调度修正方案后对武烈河下游水文情势及坝址下游河流生态环境需水的影响。模拟结果表明：在修正后的水库生态调度方案下,双峰寺水库建成运行后,库区段流速从库尾至坝前断面不断减小;水库下泄流量大于坝址处多年平均流量的10%。而且,水库建成后防洪能力提高;75%保证率年份和特枯年份均可保证地下水位。     

棋盘山水库多目标生态调度研究

棋盘山水库是蒲河流域的首部控制水库,具有保证下游用水的重要作用,在调度方面既要考虑自身的利益,也要兼顾下游地区的用水要求,实现全流域的水资源可持续利用。棋盘山水库现行调度方式主要以维持棋盘山风景区景观水面需要为目标,仅保证棋盘山风景区的旅游效益和生态效益。然而现行的调度方式导致下游地区枯水期供水量严重不足,河道生态用水及下游灌溉用水无法保证,而水库汛期弃水量较大,给下游防洪带来了一定的压力。建立棋盘山水库生态调度模型,以水资源高效利用和水质改善最大为目标,以满足下游生态需水为主要约束,采用系统仿真模拟进行计算,绘制棋盘山水库天然流量与调度流量的对比图,表明9月―来年4月水库的下泄流量过程与水库天然下泄流量比较接近,而5月―8月水库的下泄流量与天然下泄流量有一定的差距。     

基于GMS的云南德厚水库下游废弃砒霜厂地下水溶质运移模拟

地下水溶质运移模拟是找出污染物迁移规律、确定污染范围及污染物浓度分布的重要手段,可以为合理开发地下水资源、优化设计地下水开采方案及地下水污染修复提供定量依据。在分析德厚水库咪哩河流域裂隙岩溶含水层的水力性质和污染物运移特征的基础上,运用GMS软件建立地下水流场模型和溶质运移模型,对裂隙岩溶水的流场和污染物进行了数值研究,判断出了污染源分布及污染羽扩展范围,分析了砒霜厂污染物运移对水库建设的影响。     

太浦河溢油污染数值模拟及对策措施研究

太浦河是太湖流域的重要供水通道,也是上海市金泽水库的取水水源,太浦河发生溢油污染事件将对上海市供水安全产生重大影响。本文利用MIKE21平台构建太浦河二维溢油数值模型,模拟了太浦河发生突发溢油事件后油性物质的输移过程,分析了不同应急调水方案下,事件对金泽水库取水口的影响。结果表明太浦闸下泄量对于溢油污染团在河道中迁移起主要作用,并提出了合理的应急调度方案及应对措施。该研究可为应对太浦河溢油污染、保障上海市供水安全提供决策依据。     

梯级泵站渠段水污染事故仿真及应急调度研究——以南水北调东线工程为例〖JZ）

以南水北调东线工程两湖段梯级泵站为研究对象，开展了突发水污染事故仿真模拟及闸、泵应急调度控制研究。利用突发水污染事故工况的梯级泵站输水一维水动力学和水质数值模型，探讨了污染物输移转化规律，预测其对水质的影响；针对污染物的传播速度、渠道水位变幅等限制条件，提出水污染事故下泵站及退水闸应急控制模式；在此基础上制定泵站和退水闸控制规则和方案，模拟分析不同控制方案下污染团扩散范围、渠道水位变幅、泄水量等参数变化情况，最终优选出最优泵站、闸门联合调度控制方案控制水污染事故，同时保证泵站及渠道的运行安全。研究成果可为东线梯级泵站工程突发水污染事故应急控制提供技术参考。