合肥董铺水库2002～2014年间有机污染物水环境容量影响因素分析

王 煜 王嵩嵘 韩小勇 孙 璞

董铺水库是合肥市城市饮用水水源地。由于巢湖近几年来污染日益严重，已不能作为城市正常供水水源，因而董铺水库目前成为合肥市唯一饮用水源供给地。董铺水库在20世纪90年代中期水质良好，基本处于低营养状态。近年来，随着经济、社会的发展和城市化进程的加快，董铺水库流域入库污染负荷逐渐加剧，库区水体有较为明显的富营养化趋势，水库作为城市饮用水源地的功能将很快受到严重威胁。水环境容量是流域水体富营养化污染防治的重要依据，本研究对董铺水库2002～2014年期间的3个监测点所包含的多个监测指标的1～12月监测数据及调水入库的关键闸坝（罗管闸）相应监测数据，依据地表水II和III类水质判定标准，选择反映水质污染指标的CODMn的水作为水环境容量计算的主要参数，采用零维湖（库）模型对董铺水库CODMn水环境容量进行了估算。

一、分析方法及模型

1.环境容量模型的选取

图1 COD水环境容量与库容的关系图

图2 COD水环境容量与调水量的关系图

根据董铺水库近 15年（2002～2015年）的水质监测数据分析，董铺水库水质基本处于稳定状态，可将董铺水库视为完全混合反应器。在这种前提下，选择零维湖（库）模型对董铺水库CODMn水环境容量进行了估算。CODMn属有机污染物，水环境容量模型也应选择相应有机物容量模型。

当把水库视为完全混合反应器时，水库中污染物浓度随时间的变化率是输入、输出和在水库内沉积质量的函数，因此，可根据完全混合非保守模型（Vollen-weider模型）对湖泊有机污染物水容量进行估算。其函数表达式为：

式中：V为水库中水的体积，m3，董铺水库的实时库容变化根据水库多年的水位与库容关系进行回归求得；Qi为平衡时入库流量，m3a-1；Ci为流入水库水量中污染物浓度，mg·L-1；Qe为平衡时出库流量，m3a-1；C为水库中污染物浓度，mg·L-1；k 为污染物在水库中的生物降解系数，d-1。

当水库水质处于平衡状态时，V（dC/dt）=0，则式（1）转换为

当C=Cs时（Cs为有机污染物的水质标准），水库的最大水环境容量W为：

本研究采用长期监测数据，并根据2009年逐月实测值推到董铺水库CODMn降解系数。

图3 COD水环境容量与用水量的关系图

式中：Δt Lin为Δt时段内流入水库的污染物数量，kg；ΔtLout为Δt时段内流出水库的污染物数量，kg；W0为初始时间水库中污染物数量，kg；Wt为时段末水库中污染物数量，kg。

2.降解系数

本文根据2009年董铺水库逐月调水数据、降雨径流数据、用水数据、水库库容变化数据、及测定的CODMn浓度，推算出CODMn的逐月降解系数变化范围为0.003～0.024d-1，均值约为 0.011d-1。

二、董铺水库有机污染物水环境容量变化的主要影响因素

根据中国水环境质量标准GB3838-2002，采用地表水II类水质CODMn值为4mg/L，计算得到董铺水库2002～2014年的COD水环境容量变化范围为1710～2873t/a，每年水库库容、调水量及用水量对董铺水库COD水环境容量变化的影响见图1～3。

由图可知，COD水环境容量与库容、调水量及用水量呈显著的正相关关系。库容增大，COD容量增大；调水量增大，相应的库容增大，水的周转率增加，COD容量增大；取水量增大，则相应地增加了水的周转率，同时带走了大量的物质，导致COD容量增大。从图中的相关性数值的大小可以看出，对COD容量的影响的顺序是用水量大于调水量大于库容。

三、结论

以零维湖/库模型和II类水为控制目标计算得到董铺水库2002～2014年CODMn的水环境容量变化范围为1710～2873t/a，在 II类目标水质下，对董铺水库COD水环境容量产生影响最大的是用水量，其次是调水量和库容■