锦州地区河道降解及纳污能力的计算方法探讨

孙 阳

(辽宁省锦州水文局，辽宁 锦州 121000)

0 前 言

当前，随着河流生态修复和水环境保护力度的不断加大，对于区域河道水环境治理和规划逐步得到社会公众的广泛关注[1]。河道水环境治理和规划的重要依据是确定其降解和纳污的能力[2]。近些年来，许多学者针对河道降解及纳污能力计算方法展开研讨，取得一定成果[3-9]，这其中S-P模型应用较为广泛，主要是因为该模型可以有效对进入河道内的污染物衰减效应进行表征，从而提高河道降解及纳污能力计算的精度，但该模型在锦州地区还未得到应用，锦州地区随着水环境治理力度的加大，区域内主要河道的水环境治理得到不同程度的提升，但还需要加大对河道的水环境治理力度，为此需要对其河道的降解和纳污能力进行准确分析，为此以锦州地区为实例，对其河道降解及纳污能力计算方法进行探讨，探讨适合于区域河道降解及纳污能力计算的最优方法。研究成果对于于锦州地区河道水环境治理和规划具有参考价值。

1 计算方法

主要采用中S-P模型对河道的降解及纳污能力进行定量计算，其计算方程分别为：

(1)

(2)

式中：x为河道所能降解的污染物浓度，mg/l；K1、K2分别为计算河道的污染物降解系数；CS为进入河道内的污染物初始浓度，mg/l；C为进入河道内的有机物浓度，mg/l；v为水流表面流速，m/s；t为计算时段间隔，h。模型在降解浓度计算的基础上，对其污染物浓度的特征值进行计算：

(1)

式中：L0为初始计算河段的污染物降解长度，km；xc为污染物降解溶解氧的浓度，mg/l。当初始浓度CS>0时，需要对模型进行转换：

(4)

对方程4进行求解计算：

(5)

式中：Lb为河道内污染物覆盖的长度，km；xb为污染物浓度衰减浓度，mg/l。模型假定污染物呈现线性衰减，其衰减算方程为：

(6)

(7)

式中：LC为河段计算初始距离，km。其污染物降解系数计算方程为：

(8)

式中：C0为污染物初始降解浓度，mg/l；C为污染降解不同时刻浓度，mg/l。在降解系数计算基础上对其纳污能力进行计算：

(9)

式中：W为纳污能力计算值，t；Cm为计算时段末的污染物浓度，mg/l；K为污染物降解系数；L为污染降解及纳污计算河段的长度，km；μ为断面平均流速，m/s；Q为断面平均流量，m3/s。

2 计算结果探讨

2.1 参数分析

以锦州地区内主要河流为研究河段，结合各河段所在水功能的水质目标对各水质指标的计算参数进行分析，参数分析结果如表1所示。

表1 研究河段降解及纳污能力参数分析结果

2.2 污染物降解系数计算结果

结合S-P模型对两种主要水质污染物指标的降解系数进行计算，并结合实际现场测定的降解系数进行误差分析，结果如表2和表3所示。

表2 锦州地区主要河段水质监测断面COD指标降解系数计算误差分析

表3 锦州地区主要河段水质监测断面BOD5指标降解系数计算误差分析

从表2中锦州地区水功能区不同水质监测断面COD指标的实测降解系数可看出，锦州地区主要水质监测断面的降解系数在0.65-5.02之间，降解系数超过1.0的水质监测断面占总监测断面的比例达到67%，表明锦州地区各功能COD指标具有一定的降解能力。从S-P模型对各水质监测断面降解系数的计算误差可看出，和现场测定的降解系数相比，计算的各水质监测断面的降解系数误差总体低于±10%，具有较好的计算精度，这主要是因为S-P模型可综合考虑不同河段内污染物的衰减效应，从而有效提高了其污染物降解系数的计算精度。从BOD5指标计算精度也可看出，在相同流速条件下，S-P模型的不同水质监测断面的降解系数计误差有所不同，流速增加其误差相应降低，这主要是因为流速较低时，污染物随着水流运移的速度较慢，减缓了污染物的降解能力，从而降低其降解系数，使得降解系数计算受流速影响较大，从而增加了其计算误差，但从其各水质监测断面BOD5指标的降解系数计算误差可看出，各流速条件下的S-P模型降解系数计算误差也均低于±10%，但误差均要高于COD指标，这主要是因为锦州地区各水功能区河流主要水质污染指标为BOD5，此外该指标的降解较为困难，使得其计算误差普遍要大于COD指标。

2.3 纳污能力计算结果

结合S-P模型对锦州地区现状(2020年)、远景年(2030年)、规划年(2035年)各水功能区主要河流的纳污能力进行测算，结果如表4、表5及表6所示。

表4 2020年现状年锦州地区主要水功能纳污能力计算结果

表5 2030远景年锦州地区主要水功能纳污能力计算结果

表6 2035规划年锦州地区主要水功能纳污能力计算结果

从不同年份锦州地区主要功能区纳污能力测算结果可看出，现状年各功能区的纳污能力在5.23×104t/年-33.23104t/年，其中COD纳污能力要大于BOD5的纳污能力，其随着各功能河流水流流速的增加，其纳污能力有所增强，可见在相同污染浓度的前提下，流速是各功能区纳污能力影响的主要因素。从远景年和规划年锦州地区各水功能区的纳污能力测算结果可看出，随着年份的递增，各水功能区COD和BOD5的纳污能力都有所增加，这主要是因为随着区域水环境治理力度以及污染物入河量的控制，河道降解能力将有所提升，随着河道降解能力的增加，势必增加各水功能区的纳污能力值。

3 结 论

1)从S-P模型对各水质监测断面降解系数的计算误差可看出，和现场测定的降解系数相比，计算的各水质监测断面的降解系数误差总体低于±10%，具有较好的计算精度，适用于锦州地区河道降解及纳污能力的测算；

2)在相同流速条件下，S-P模型的不同水质监测断面的降解系数计误差有所不同，流速增加其误差相应降低，这主要是因为流速较低时，污染物随着水流运移的速度较慢，减缓了污染物的降解能力，从而降低其降解系数；

3)现状年锦州地区各水功能区的纳污能力在5.23×104t/a-33.23104t/a，其中COD纳污能力要大于BOD5的纳污能力，随着各功能河流水流流速的增加，其纳污能力有所增强，可见在相同污染浓度的前提下，流速是各功能区纳污能力影响的主要因素。