河流纳污能力计算与水环境治理关键技术

河流纳污能力计算与水环境治理关键技术

赵清虎

河南省鹤壁水文水资源勘测局河南鹤壁458030

水环境是指自然界中水的形成、分布和转化所处空间的环境。是指围绕人群空间及可直接或间接影响人类生活和发展的水体，其正常功能的各种自然因素和有关的社会因素的总称。水环境是乐在水边，宜居在水边。水环境是有限的纳污，无意识、无概念的任意排污带来的必然是水环境的破坏。当我们不再将水环境视作无所顾忌的纳污体时，我们就是从思想上慢慢开始重视水环境。随着人口的不断增长和经济社会的快速发展，河流水“脏”问题已经变得日趋严重，河流生态遭到破坏，水体水质恶化，河流水环境亟待治理。

主要研究内容包括：河流基本资料的调查、排污口污染物的确定、河流纳污能力的计算及水环境治理的关键技术等。

一、河流基本资料。河流基本资料应包括水文资料、水质资料、入河排污口资料、旁侧出、入流资料及河道断面资料等。水文资料包括计算河段的流量、流速、比降、水位等。资料应能满足设计水文条件及数学模型参数的计算要求。水质资料包括计算河段内各水功能区的水质现状、水质目标等。资料应能反映计算河段主要污染物，又能满足计算水域纳污能力对水质参数的要求。入河排污口资料包括计算河段内入河排污口分布、排放量、污染物浓度、排放方式、排放规律以及入河排污口所对应的污染源等。旁侧出、入流资料包括计算河段内旁侧出、入流的位置、水量、污染物种类及浓度等。河道断面资料包括计算河段的横断面和纵剖面资料。资料应能反映计算河段河道简易地形现状。基本资料应出自有相关资质的单位。当相关资料不能满足计算要求时，可通过扩大调查收集范围和现场监测获取。

二、污染物的确定。污染物的确定应根据流域或区域规划要求，应以规划管理目标所确定的污染物作为计算河段水域纳污能力的污染物。根据计算河段的污染特性，应以影响水功能区水质的主要污染物作为计算水域纳污能力的污染物。根据水资源保护管理要求，应以对相邻水域影响突出的污染物作为计算水域纳污能力的污染物。

三、河流纳污能力计算。河流纳污能力计算方法依据水域纳污能力计算规程（GB/T25173-2010）。

采用数学模型计算河流水域纳污能力，应根据污染物扩散特性，结合我国河流具体情况，按计算河段的多年平均流量Q划分为以下三种类型：

1.大型：Q≥150m3/s的河段；

2.中型：15<Q<150m3/s的河段；

3.小型：Q≤15m3/s的河段。

采用数学模型计算河流水域纳污能力，可按下列情况对河道特征和水力条件进行简化：

1.断面宽深比大于等于20时，简化为矩形河段。

2.河段弯曲系数小于等于1.3时，简化为顺直河段。

3.河道特征和水力条件有显著变化的河段，应在显著变化处分段。

有多个入河排污口的水域，可根据排污口的分布、排放量和对水域水质影响等进行简化。有较大支流汇入或流出的水域，应以汇入或流出的断面为节点，分段计算水域纳污能力。

计算河流水域纳污能力，应采用90%保证率最枯月平均流量或近10年最枯月平均流量作为设计流量。季节性河流、冰封河流，宜选取不为零的最小月平均流量作为样本，按本规程4.4.1的规定计算设计流量。流向不定的水网地区和潮汐河段，宜采用90%保证率流速为零时的低水位相应水量作为设计水量。有水利工程控制的河段，可采用最小下泄流量或河道内生态基流作为设计流量。以岸边划分水功能区的河段，计算纳污能力时，应计算岸边水域的设计流量。设计水文条件的计算可参照《水利水电工程水文计算规范》（SL278-2002）的规定执行。

1、河流零维模型

适用于污染物均匀混合的小型河段。河段的污染物浓度按下式计算。

式中：Ey——污染物的横向扩散系数，m2/s；

y——计算点到岸边的横向距离，m；

其余符号意义同前。

基本方程可用解析法求解；也可用数值法求解。

水环境治理的关键技术

1、植被缓冲带

植被缓冲带是由乔灌草植被组成的植被带，用于减少河岸泥沙、氮磷等面源污染物进入水体，它是阻止土壤中养分流失的有效屏障，近年来国内外对植被缓冲带的作用和构建方式研究较多。

植被缓冲带的设计应以当地乡土植物种为主，河岸带优势物种主要有：杨树、柳树、桃树、老鹳草、剌儿菜、小麦、野胡萝卜和早熟禾。桃树、小麦作为农业生产的重要作物，需要在生长过程中投放较多的肥料，容易进一步加重面源污染，不适宜作为植被缓冲带构建物种。

2、河岸中上部造林模式

根据现场调査集合立地条件分析，造林地可根据河岸岸坡分为坡中上部和坡下部近河滩两部分造林。

林坡上中部造林模式为混交林，配置为槲栎、垂柳混交林。

3、河岸坡下部造林模式

针对河流水体水质营养化的现状，以河滩空地的客观存在为导向，因地制宜、因害设防、多林种、农林牧镶嵌的空间配置。在靠近沿河沼泽和滩地上，配置槲栎多花蔷薇乔灌复合模式，靠近河岸的地段采取紫穗槐栽植模式。紫穗槐是是黄河和长江流域很好的水土保持植物；槲栎耐瘠薄、盐碱，抗水湿，生态适应性广；多花蔷薇喜光，耐寒。对土壤要求不严，是上等的花篱物种。

4、沼泽地带植被配置模式

莲花竹、铜钱草和芦苇都是较易生长的水生植物，对河边沼泽带的植被配置模式主要以景观需要为主，兼顾考虑植被生长的条件。莲花竹由于植株较小，容易倾倒，可以以箱体为单位，将莲花竹植株安放于箱体内的格子内，为增大与水的接触面积利于植株生长可以对基部去叶切斜口，然后将整个箱体布置于河岸台阶处；铜钱草喜欢湿暖环境，忌阳光直射，水中和土壤中均可生长，可与大型乔灌木联合布置，美化林下景观，也可在岸边在沼泽带中布置；芦苇生存范围广，在湿润的土壤地带或是常年积水地带都可以生长，地下根状茎繁殖旺盛，景观效果和经济价值都较好，可以在岸边大面积布置。

5、水生植物

水生动植物的生长与河流水质情况有着密切关系，水生植物有空心莲子草和剪刀菜，空心莲子草是一种原产于巴西的外来入侵物种，严重破坏当地的物种多样性和生态环境，阻塞河道、影响农田灌溉，目前巳成为多个流域绝对的优势物种。其他水生植物很少能够生存，当地已经采用很多手段铲除空心莲子草，但是人工和机械手段无法将其完全消亡，化学手段投放的除草剂将对河流水质、水中动植物和生态环境产生负面影响。

参考文献

[1]水域纳污能力计算规程（GB/T25173-2010）

[2]人工湿地技术的应用与发展[J].魏志刚,阮启刚,邓祥义.大众科技.2005(11)

[3]周素芬,胡静.人工湿地在生态城市建设中的作用[J].氨基酸和生物资料.2006

[4]鹤壁市水资源优化配置与水生态改善关键技术.2017