CN115906687B - 一种工业生活取水退水的河流环境影响的定量分析和评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业生活取水退水的河流环境影响的定量分析和评估方法：1)分别取水断面取水前后的流量Q₀、Q′₀，取水断面污染物浓度C₀，考核断面到取水断面的距离x，污水处理厂水量水质信息，管道输水利用系数η₁、用水排放系数η₂、污水处理损耗系数η₃，污水处理厂的出水控制标准C_退等资料；2)选择代表性污染物；3)计算取水断面污染物流到下游考核断面的污染物浓度C_x；4)计算改变取水条件后下游考核断面污染物浓度的变化率；5)对改变取水方式的影响评价。本发明提出了一种较为简单、实用和高效的对工业生活取水退水的河流环境影响的分析方法。

Description

一种工业生活取水退水的河流环境影响的定量分析和评估 方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，具体为一种工业生活取水退水的河流环境影响的定量分析和评估方法。

背景技术

取水对河流下游污染物浓度影响程度的评价是开展规划和建设项目水资源论证、环境影响评价的基础。工业生活取水、集中退水造成河流下游污染物浓度的影响。为了更加精确、定量地研究水体的污染问题，水质的数值模拟计算就成为重要的研究手段，现在一般是根据污染物迁移转化物理过程构建模型进行评估。例如《基于MIKE模型的万州区龙宝河的水质模拟和评价研究》以重庆市万州区龙宝河流域为研究对象，在前期对河道污染物种类及来源进行定向识别的基础上，进一步实验分析，综合定量考虑各项污染源和环境因素，在此基础上建立MIKE21水动力模型、对流扩散模型，对龙宝河所测河段进行污染物输运分析和水质评价，预测河道水质情况。需要较多的地形、水文等相关资料，还需确定模型所需的其他相关参数，分析过程复杂且工作量巨大。由于增加工业规模等需要增加取水量，需对此进行环境影响评价。即评价增加取水量后下游河道断面污染物浓度变化情况。一般下游河道断面选择有具体考核要求的监测断面。

发明内容

本发明的目的在于基于以上技术问题，我们提出一种工业生活取水退水的河流环境影响的定量分析和评估方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种工业生活取水退水的河流环境影响的定量分析和评估方法，包括以下步骤：

1)收集资料：包括取水断面取水前后的流量Q₀、Q′₀，取水断面污染物浓度C₀，考核断面到取水断面的距离x，污水处理厂水量水质信息，管道输水利用系数η₁、用水排放系数η₂、污水处理损耗系数η₃，污水处理厂的出水控制标准C_退，下游考核断面流量Q₂、污染物浓度C₂及水功能区污染物浓度限值C_考核，河道比降i，实测大断面面积数据A；

2)选择代表性污染物；

3)计算取水断面污染物流到下游考核断面的污染物浓度C_x，具体公式如下：

式中：取水断面污染物流到下游考核断面的污染物浓度C_x，mg/L；

x为考核断面到取水断面的距离，m；

v为设计流量下河道断面的平均流速，m/s；

C₀为水断面取水前的污染物浓度，mg/L；

K为污染物综合衰减系数，s^-1；

4)通过以下公式计算改变取水条件后下游考核断面污染物浓度的变化率p：

式中：Q₂为下游考核断面流量，m³；

Q′₀为取水断面下泄流量，m³；

取水断面下泄流量＝取水断面流量-取水量；

C₂为下游考核断面污染物浓度，mg/L；

C_x为取水断面污染物流到下游考核断面的污染物浓度，mg/L；

Q_取为取水量，m³；

η₁为管道输水利用系数、η₂为用水排放系数、η₃为污水处理损耗系数；

C_退为集中退水污染物浓度，mg/L；

上述各符号中不同上标代表取水方式的不同，上标1表示取水方式1，上标2表示取水方式2；

5)对改变取水方式的影响评价：根据现状下游考核断面污染物浓度C_现状与水功能区污染物浓度限值C_考核的关系进行取水对河流环境的影响分析，当C_现状*(1-p)未超过C_考核时，则取水方式改变对下游河道污染物浓度的影响小。

进一步的，步骤2)中根据下游考核断面监测选择主要污染物和超标风险最大污染物作为代表性污染物。

进一步的，步骤3)中v的计算方法为：计算河道取水后取水断面流速v_上和取水后考核断面流速v_下；计算v_上与v_下的平均值得到v；

取水后取水断面流速v_上的计算方法为：

v_上＝Q′₀/(t*A_上)

取水后考核断面流速v_下的计算方法为：

v_下＝Q₂/(t*A_下)

其中：Q′₀为取水断面取水后的流量，m³；Q₂为考核断面取水后的流量，，m³；A_上为取水断面面积，m²；A_下为考核断面面积，m²；t为时间，s。

本发明的优点和有益效果是：

利用质量守恒，采用隐式求解的办法(步骤4)分析取水对下游河道污染物浓度的影响。消除了一般计算中必须考虑区间汇水和污染物输入的问题以及不同方案间水文条件差异等影响区间污染物消减量的问题，突出工业生活取水、退水。相对于传统方法，消除的区间汇水和污染物输入部分减少了资料需求量和工作量。由于一般方法中资料需求量大，误差来源多，可靠性不高，减少了资料需求量则提高了计算的可靠性。工作量减少则意味着效率大大提升。本方法所需资料量大大减少，适应性好，适用于不同方案情景分析。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明流程图；

图2为本发明实施例1示意图。

具体实施方式

实施例一：

一种基于水环境视角的河流水资源合理开发利用率评估方法，包括以下步骤：

1)收集资料：取水断面取水前后的流量Q₀、Q′₀，取水断面污染物浓度C₀，考核断面到取水断面的距离x，污水处理厂水量水质信息，管道输水利用系数η₁、用水排放系数η₂、污水处理损耗系数η₃，污水处理厂的出水控制标准C_退，下游考核断面流量Q₂、污染物浓度C₂及水功能区污染物浓度限值C_考核，河道比降i，实测大断面面积数据A等。

2)选择代表性污染物。根据下游考核断面监测选择主要污染物和超标风险最大污染物作为代表性污染物。

3)求取未增加取水条件下河道污染物综合衰减系数K：并根据《水域纳污能力计算规程》 (GB/T25173-2010)，选用河流一维模型分析取水对取水断面污染物运移到下游考核断面时的物浓度的影响。河段的污染物浓度按下式计算：

式中：取水断面污染物流到下游考核断面的污染物浓度C_x，mg/L；

x为考核断面到取水断面的距离，m；

v为设计流量下河道断面的平均流速，m/s；

C₀为水断面取水前的污染物浓度，mg/L；

K为污染物综合衰减系数，s^-1；

v的计算方法为：计算河道取水后取水断面流速v_上和取水后考核断面流速v_下；计算v_上与v_下的平均值得到v；

取水后取水断面流速v_上的计算方法为：

v_上＝Q′₀/(t*A_上)

取水后考核断面流速v_下的计算方法为：

v_下＝Q₂/(t*A_下)

其中：Q′₀为取水断面取水后的流量，m³；Q₂为考核断面取水后的流量，m³；A_上为取水断面面积，m²；A_下为考核断面面积，m²；t为时间，s。

4)通过以下公式计算改变取水条件后下游考核断面污染物浓度的变化率p：

式中：Q₂为下游考核断面流量，m³；

Q′₀为取水断面下泄流量，m³；

取水断面下泄流量＝取水断面流量-取水量；

C₂为下游考核断面污染物浓度，mg/L；

C_x为取水断面污染物流到下游考核断面的污染物浓度，mg/L；

Q_退为集中退水量，m³；

Q_取为取水量，m³；

η₁为管道输水利用系数、η₂为用水排放系数、η₃为污水处理损耗系数；

C_退为集中退水污染物浓度，mg/L；

上述各符号中不同上标代表取水方式的不同，上标1表示取水方式1，上标2表示取水方式2；

5)对改变取水方式的影响评价：根据现状下游考核断面污染物浓度C_现状与水功能区污染物浓度限值C_考核的关系进行取水对河流环境的影响分析，当C_现状*(1-p)未超过C_考核时，则取水方式改变对下游河道污染物浓度的影响很小。

上述公式的推导过程为：

根据质量守恒，取水断面污染物总量与下游考核断面污染物总量之间存在如下关系：

下游断面污染物总量＝取水断面污染物总量-区间污染物消减量+区间污染物汇入量

Q₂C₂＝Q′₀c_x+Q_q1C_q1+Q_q2C_q2+Q_退C_退+Q_进1C_进1+Q_进2C_进2

其中，Q′₀C_x、Q_q1C_q1、Q_q2C_q2和Q_退C_退是取水活动对污染物的影响项；Q_进1C_进1和Q_进2C_进2是非取水活动对污染物的影响项。

不同取水方案存在如下关系：

对于取水活动对污染物的影响项，下泄污染物总量和区间污染物消减量都产生变化。对于工业生活取水，不考虑沿程退水过程，即不同取水方案对污水处理厂的退水污染物浓度无影响，即/>

对于非取水活动对污染物的影响项，考虑人类活动强度很大，按照现有方法和相关评价规范要求，这部分资料收集、分析计算、建模等工作量大、难度高、效率低。由于这些变化因素不是由生产建设项目取水造成的，因此两种取水方案条件下严格一致。即

经公式变换可以得到：

因此，改变取水条件对下游考核断面污染物浓度的影响可以用浓度减小率表示为：

令

则改变取水条件对下游考核断面污染物浓度的影响可以用浓度减小率表示为：

其中，取水断面下泄流量Q′₀ ²、Q′₀ ¹为已知量，下游考核断面流量为已知量，取水断面取水量/>为已知量，取水断面污染物流到下游考核断面的污染物浓度根据《水域纳污能力计算规程》(GB/T25173-2010)，选用河流一维模型分析，方式1下游考核断面污染物浓度/>为已知量，集中退水污染物浓度C_退为已知量，管道输水利用系数η₁、用水排放系数η₂、污水处理损耗系数η₃为已知量。计算得出浓度减小率p。

根据现状下游考核断面污染物浓度C_现状与水功能区污染物浓度限值C_考核的关系进行取水对河流环境的影响分析，当C_现状*(1-p)未超过C_考核时，则取水对下游河道污染物浓度的影响很小。

设计阶段：

选取相同规模工程已有的水质信息并根据水量测算折减系数。

m_退＝Q_退C_退

其中：

Q_退＝Q_取η₁η₂η₃式中：η₁、η₂、η₃分别为同规模工程已有的管道输水利用系数、用水排放系数及污水处理损耗系数；

C_退为同规模工程已有的退水污染物浓度。

取水方案一下设计阶段退水污染物总量计算公式如下：

取水方案二下设计阶段退水污染物总量计算公式如下：

规划论证阶段：

m_退＝Q_退C_退

其中：

Q_退＝Q_取η₁η₂η₃

式中：η₁、η₂、η₃分别为管道输水利用系数、用水排放系数及污水处理损耗系数；

C_退为规划的初始水质标准。水质标准依据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)。

取水方案一下规划管理阶段退水污染物总量计算公式如下：

取水方案二下规划管理阶段退水污染物总量计算公式如下：

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种工业生活取水退水的河流环境影响的定量分析和评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)收集资料：包括取水断面取水前后的流量Q₀、Q′₀，取水断面污染物浓度C₀，考核断面到取水断面的距离x，污水处理厂水量水质信息，管道输水利用系数η₁、用水排放系数η₂、污水处理损耗系数η₃，污水处理厂的出水控制标准C_退，下游考核断面流量Q₂、污染物浓度C₂及水功能区污染物浓度限值C_考核，河道比降i，实测大断面面积数据A；

2)选择代表性污染物；

3)计算取水断面污染物流到下游考核断面的污染物浓度C_x，具体公式如下：

式中：取水断面污染物流到下游考核断面的污染物浓度C_x，mg/L；

x为考核断面到取水断面的距离，m；

v为设计流量下河道断面的平均流速，m/s；

C₀为水断面取水前的污染物浓度，mg/L；

K为污染物综合衰减系数，s^-1；

4)通过以下公式计算改变取水条件后下游考核断面污染物浓度的变化率p：

式中：Q₂为下游考核断面流量，m³；

Q′₀为取水断面下泄流量，m³；

取水断面下泄流量＝取水断面流量-取水量；

C₂为下游考核断面污染物浓度，mg/L；

C_x为取水断面污染物流到下游考核断面的污染物浓度，mg/L；

Q_取为取水量，m³；

η₁为管道输水利用系数、η₂为用水排放系数、η₃为污水处理损耗系数；

C_退为集中退水污染物浓度，mg/L；

上述各符号中不同上标代表取水方式的不同，上标1表示取水方式1，上标2表示取水方式2；

5)对改变取水方式的影响评价：根据现状下游考核断面污染物浓度C_现状与水功能区污染物浓度限值C_考核的关系进行取水对河流环境的影响分析，当C_现状*(1-p)未超过C_考核时，则取水方式改变对下游河道污染物浓度的影响小。

2.根据权利要求1所述的工业生活取水退水的河流环境影响的定量分析和评估方法，其特征在于，步骤2)中根据下游考核断面监测选择主要污染物和超标风险最大污染物作为代表性污染物。

3.根据权利要求1所述的工业生活取水退水的河流环境影响的定量分析和评估方法，其特征在于，步骤3)中v的计算方法为：计算河道取水后取水断面流速v_上和取水后考核断面流速v_下；计算v_上与v_下的平均值得到v；

取水后取水断面流速v_上的计算方法为：

v_上＝Q′₀/(t*A_上)

取水后考核断面流速v_下的计算方法为：

v_下＝Q₂/(t*A_下)

其中：Q′₀为取水断面取水后的流量，m³；Q₂为考核断面取水后的流量，m³；A_上为取水断面面积，m²；A_下为考核断面面积，m²；t为时间，s。