汉江丹襄段水污染事故水库应急调度措施研究

第45卷第5期2014年3月人民长江YangtzeＲiverVol．45，No．5Mar．，2014收稿日期:2014－02－07作者简介:丁洪亮，男，副局长，高级工程师，主要从事防洪调度、科技管理工作。E－mail:454345954@qq．com文章编号:1001－4179(2014)05－0075－04汉江丹襄段水污染事故水库应急调度措施研究丁洪亮，张洪刚(长江水利委员会国际合作与科技局，湖北武汉430010)摘要:为了合理应对汉江中下游地区突发性水污染事故，应建立有效的事故应急预案。利用平面二维水动力水质模型，分析了汉江丹襄段不同位置发生水污染事故时，丹江口水库不同应急调度方式对污染物的稀释掺混作用，探讨了丹江口水库应急调度的可行性和有效性。各调度方案的计算结果表明，短历时大流量工况的作用效果优于长历时小流量工况;丹江口水库应急调度对王甫洲以上的江段效果明显，对于离水库较远的下游河段，效果并不显著。关键词:水污染事故;数学模型;水库调度;汉江中图法分类号:TV697．11文献标志码:A汉江中下游地区为湖北省重要的粮食生产基地和人口集中区，总人口约2400万，约占湖北省总人口的35%，区域生产总值约4000亿元，占全省的30%。汉江干流沿岸分布有几十处饮用水取水口，若发生突发性水污染事故，将导致长时间无法正常取得饮用水，直接影响区域的社会稳定，因此建立有效的突发性水污染事故应急预案十分必要。已有的研究中，针对丹江口水库的综合效益和水库对中下游的影响评价，从供水［1］、发电［2］、生态［3］、水文情势［4］、水质变化［5］、环境容量［6］、水华［7］等角度研究较多，但针对缓解中下游突发性水污染事故的丹江口水库应急调度方案研究较少。本文采用平面二维水动力水质模型，以汉江丹(丹江口)襄(襄阳)段为例，探讨水污染事故发生后的水库应急调度措施及其有效性，为汉江中下游区域制定突发水污染事故应急预案提供依据。1研究范围汉江为长江中下游左岸最大的一条支流，流域面积15．9万km2。干流丹江口以上为上游，丹江口至钟祥为中游，钟祥以下为下游。汉江中下游规划建设的水利、航电枢纽较多，按照《汉江流域综合规划》和《汉江流域中下游水利现代化建设试点规划纲要》，到2020年，汉江中下游干流将依次兴建王甫洲、新集、崔家营、雅口、碾盘山、兴隆等6级梯级枢纽工程。目前，王甫洲(上距丹江口水库30km，低水头径流式电站)和崔家营(上距丹江口水库140km，低水头径流式电站)已经建成，兴隆(上距丹江口水库378．3km，下距河口273．7km，低水头径流式电站)正在建设之中，新集、雅口、碾盘山枢纽工程正在开展前期工作。通过水库应急调度，增加下泄流量纾缓水污染事故的不利影响，主要是依靠水流的稀释作用和紊动掺混作用，使高浓度污染团迅速降低至可处理水平。一般而言，当水库下泄流量到达事故河段的时间在24h以内，才有可能对污染物的稀释扩散产生有效影响，距离水库太远的河段不宜采用水库应急调度方式。另外，考虑到突发性水污染事故应急处理的时效要求，事故处理时限也应该控制在24h以内较为合理。根据水文资料整编成果，汉江干流丹江口坝下至襄阳江段的洪水传播时间为15～18h，至皇庄为33～38h，至新城为43～50h，至仙桃为55～68h，至汉川为59～76h。以上江段中洪水传播时间小于24h的河段只有丹江口坝下－襄阳江段，故本次研究范围为丹江口坝下－襄阳共计约140km的汉江干流段，简称“汉江干流丹襄段”，河流的走向、水文站点、桥位分布等如图12研究方法假定所研究江段不同地点发生污染事故，依据丹江口水库运行调度规则，设计丹江口水库不同的泄水人民长江2014年工况，采用平面二维水动力水质模型模拟水流运动过程及污染物的浓度分布状态，分析泄水规则的可行性和有效性，从而优选应急调度方案。平面二维水动力水质模型的控制方程由水流运动方程组和水质方程构成。图1汉江干流丹襄段地理位置示意2．1模型控制方程(1)水流运动方程。ht+hux+hvy=hS(1)hut+hu2x+hvuy=fvh－ghηx－hρ0Pax－ghρ0∫ηzρxdz+τsxρ0－τbxρ0－1ρ0(Sxxx+Sxyy)+x(hTxx)+y(hTxy)+huSS(2)hvt+huvx+hv2y=－fuh－ghηy－hρ0Pay－ghρ0∫ηzρydz+τsyρ0－τbyρ0－1ρ0(Syxx+Syyy)+x(hTxy)+y(hTyy)+hvSS(3)式中，η为水面高程;h为总水深;g为重力加速度;ρ为水的密度;ρ0为(淡)水的参考密度;f为科氏力，Pa为大气压强;Sij为辐射应力张量;S和us、vs分别为点源的排放量和速度;u和v为流速