汤溪水库水环境容量研究

蒋婧媛

摘要：采用化学需氧量模型与Vollenweider模型、合田健模型、OECD模型等三种湖库氮磷预测模型对汤溪水库水质进行了模拟，结果表明：化学需氧量模拟的相对误差在可接受范围内，OECD模型比Vollenweider与合田健模型更适用于汤溪水库的氮磷模拟预测。计算得到典型枯水年条件和地表水Ⅱ类水质保护目标下，汤溪水库化学需氧量、氨氮和总磷的水环境容量分别为4923.91、257.27和12.26 t/a。

关键词：汤溪水库；水环境容量；化学需氧量；氨氮；总磷

中图分类号：X143

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）16005602

1引言

汤溪水库位于饶平县黄冈河中游汤溪镇花桥村境内，是粤东库容最大的水利工程，是饶平县黄冈河中下游地区的主要饮用及农业灌溉水源。随着水库集雨区内社会经济的持续增长和人口的快速增加，水资源利用量和污染物排放总量增大，对汤溪水库水质造成了一定影响。为了保护汤溪水库的水环境质量、保障人民群众的饮水安全，有必要通过构建模型对汤溪水库的水环境容量进行研究，为汤溪水库水环境保护与污染物排放总量控制提供科学依据。

2研究对象与方法

2.1研究区域概况

汤溪水库于1959年底建成，水库总库容3.8亿m3，正常蓄水位56.0 m，相应库容2.86亿m3，死水位30.52 m，相应库容0.12亿m3。坝后电站装机共8240 kW，年发电量2300×104 kW·h，一般日发电流量24～25 m3/s[1]。水库集雨面积667 km2，涵盖上饶镇、饶洋镇、新丰镇、三饶镇、新塘镇、韩江林场、建饶镇、汤溪镇，占饶平县陆域面积的30%。

2.2模型选择

汤溪水库的主要功能是蓄水发电，氮、磷等污染物排入湖库水域后，在库流和风浪作用下，所具有的停留时间是足够发生充分混合的，库中污染物分布基本均匀。因此，可以把汤溪水库看成是完全均匀混合的水体，应用各种均匀混合的箱式模型进行水质模拟。

2.2.1化学需氧量（CODcr）模型

如果把水库看作为一个完全混合反应器，水流进入后立即完全分散到整个系统，其中各水团是完全混合均匀的，因此可以假定水库为完全混和型，根据质量平衡原理，可建立水库CODcr浓度变化的微分方程[2]：

稳定态时dc/dt=0，则：

C=W入/（K·V+Q出）

为保持水库水质任何时间CODcr不超过水质标准，取C=Cs，则CODcr的允许负荷量为：

Lc=Cs·K·V+Cs·Q出（1）

式（1）中：W入为入库污染物量（g/y）；C为CODcr浓度（mg/L）；Cs为CODcr水质标准（mg/L）；K为CODcr自净系数（1/d）；V为水库容积（m3）；Lc为CODcr的允许负荷量，g/（m2·y）；

根据污染物质量平衡方程，自净系数可通过某一时段的实测资料推出：

K=（P△t-m△t+W0+Wt）/（△t·W0）

式中，P△t和m△t为△t时段内进入与流出水库CODcr的量，W0和Wt为时段初与时段末水库中CODcr储量。

2.2.2氮、磷模型

求解均匀混合条件下湖库水中的氮、磷浓度，应用广泛的方法包括国际经济协作与开发组织提出的OECD模型、Vollenweider模型、合田健模型等，具体公式如表1所示[3，4]。但不同的水体均有其特定的自然环境条件，因此适用的氮、磷环境容量模型也不尽相同，需通过水质验证进一步选择汤溪水库适用的模型。

表1中，L为氮、磷单位面积负荷量，g/（m2·y）；Cs为氮、磷的水环境质量标准（mg/L）；Ci为流入库水按流量加权的年总平均氮、磷浓度（mg/L）；C为库水中平均氮、磷浓度（mg/L）；为平均水深（m）；R为氮磷的滞留系数（1/y），R=1-W出/W入，W出和W入分别为氮、磷的年出库和入库量（g/y）；Q出和Q入分別为年出库和入库水量（m3/y）；为年出库水量（m3/y）；qs为水库单位面积的水量负荷（m/y），qs=Q入/A，A为水库表面积（m2）；V为水库库容（m3）。

3结果与分析

3.1模型构建与验证

3.1.1参数确定

根据汤溪水库管理处提供的2012年水文水质数据，汤溪水库水质和水环境容量模型参数取值如表2所示。

3.1.2水质验证

根据表2所列参数，分别带入化学需氧量模型和表1中的三种氮磷模型进行计算，结果如表3所示。结果表明OECD模型计算得出的氨氮、总磷预测结果与实测值较接近，相对误差较小，故选用OECD模型作为汤溪水库氨氮、总磷的环境容量计算模型。

3.2水环境容量计算

根据《广东省地表水环境功能区划》（粤府函[2011]29号），汤溪水库执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的Ⅱ类水质标准。根据历年水文资料，选取典型枯水年2009年的水文条件作为环境容量计算的设计水文条件。计算结果如表4所示。

4结论

（1）水质模拟结果与实测数据的比较表明，化学需氧量模型和OECD模型分别适用于汤溪水库的CODcr和氮磷模拟预测。

（2）在地表水Ⅱ类水质保护目标下，汤溪水库的CODcr环境容量为4923.91 t/a，氨氮环境容量为257.27 t/a，总磷环境容量为12.26 t/a，管理中应以环境容量为限制控制汤溪水库流域的污染物排放总量。

参考文献：

[1]

杨明海，陈翔，郑巍. 汤溪水库兴利调度研究[J]. 人民珠江，2007（6）：89～91.

[2]赵显波，雷晓云，沈志伟，等. 蘑菇湖水库水环境容量总量控制研究[J]. 灌溉排水学报，2007（2）：86～89.

[3]李卫平，李畅游，王丽，等. 不同数学模型下的乌梁素海水环境氮磷容量模拟计算[J]. 农业环境科学学报，2007（S2）：379～385.

[4]蔡金傍，李文奇，逄勇，等. 洋河水库污染现状及对策分析[J]. 水利水电技术，2006（5）：10～13.endprint