嫩江冰封期水质自净规律的研究

第12卷第1期1990年2月重庆环境科学CHONGQINGENVIRONMENTALSCIENCE一一一一嫩江冰封期水质自净规律的研究苏惠波(黑龙江省齐齐哈尔市环境监测中心站)Vo1．12No．tFebruary，1990提要嫩江是典型的北方平原型受控河流，随着工业废水和生活污水排放量的日益增加，污染曰益严重。以有机污染为主。为弄清河流的自净能力确定水环境容量，为水质规划及管理，为预测以及水污染综合防治方案的优选提供科学依据，我们通过系统分析，建立了嫩江冰封~BOD-DO水质数学模型一、实验设计和资料收集嫩江主干长975公里，污染物主要来自红光糖厂，嫩江县造纸厂、黑龙江造纸厂、齐齐啥尔中心区和富拉尔基区。非冰期流量较大，污染较轻；冰封期冰层厚度约1．2米，长达150天左右，流量较小，污染严重。为了进行河流水质连续演算，根据嫩江地形，水文地理，化学与生物特征，布设了8个监测断面。见图1，1号为拉啥断面，2号为高崖子断面，3号为浏园断面，4号为富上断面，5号为富下断面，6号为江桥断面，7号为石人沟断面，8号为三岔河断面；I为嫩江县造纸厂的排污口，I为红光糖厂的排污口，I为黑龙江造纸厂的排污口，Ⅳ为齐齐哈尔市中心区的排污口，V为誊按尔基区的排污口。为使各江段本身具有轴似的特征，具体将其划分为2段，第l擘为源头至浏园断面，第2段为浏园至三篙ii|断面。二、水质模型的选择嫩江在冰封期水质沿横向和垂向污染物的浓度都比较均匀，所以采用一维模型可得出较好的结果。由于冰封期流量最小，又是制糖的高峰季节，也是排污量最大季节，污染物主要来自造纸，制糖工业废水和城市污水，其中大量可生化降解的有机物排入水体后导致水质恶化，溶解氧逐渐减少等。为弄清污染物在河流中的变化过程，确定初始模型和进行结果识别，对嫩江部分江段的BODe~nCOD等进行了监测(在监测时江段的流量基本不变，在该段中无污染物排入)，结果表图1明，污染物在最初(短距离内)浓度下降稍收稽日期：1989年8月26日维普资讯http://www.cqvip.comI期苏惠波：嫩江冰封期水质自净规律的研究I3快，但随着水团流动距离的增加浓度下降由快减缓，逐渐趋于稳定，规律符合负指数方程。因此，定以负指数方程做为水质模型的形式。各段的流速、水温河道特征变化不大。基于前述分析，确定选用BOD-DO模型对水质进行研究，采用下列基本方程：+=一t￡+。(C。一C)+P一一一Ⅳ①+=一嚣一(+K3)￡②式中；一～弥散系数——水中溶解氧的浓度(rag／1)C。一饱和溶解氧的浓度(mg／1)——CBOD反应速度(1／d)。——复氧系数(1／d)．KS-一BOD迁移系数(1／d)￡——BOD的浓度(mg／1)P一光合作用产生氧的速率·(．g／1／d)一一藻类吸收耗氧率(．g／l／d)一一污泥沉淀物耗氧率(rag／l／d)Ⅳ一一NBOD耗氧系数(1／d)根据其特点忽略弥散项，只考虑稳定状态的解，复氧作用极弱，光合作用近似于零；水温低，细菌活动低弱，忽略底泥与水生生物的耗氧，硝化作用的耗氧。但是由于造纸与制糖废水中悬浮物浓度高，进入水体后，在该季节悬浮物易于沉淀，从而降低了BOD浓度，因此，必须考虑。。对上述方程作出取舍后得如下形式。=一L+K。(-C)③ddLf=一(+。)￡④即Streete卜phelps方程去掉Dobbins模型中的．项，最后选取Thomas模型傲为其水质模型。其僻析解为：C—C。一(C。一C。)g—K2t上l￡。Kl+Ks—K2×(g一(K1+3)f—g—K2t]⑤￡=￡。e-(．+?)f⑥式中f为水团流动时间，主要取决于水温丁，：即取决于温度丁又与流量Q或流速【，有关，。主要受U影响，05(是U的函数，假定他们具有下列函数形式：l(丁)=口l口2f一。)2(，0)一口iQ。口5f·。。K3(Q(【厂))=口eg一口，Q其中口h口2、口8⋯⋯口7为常数。三、模型参数的估算根据嫩江的实际情况，通过模型结构的分析，参数估算采用了最dx-乘法和最速下降法，运用计算机系统进行识别。1．生化需氧量BOD综合衰变系数K。(K。=K+K。)的估算。由方程：￡(f)=￡。g一(Kl+?)=￡．g—K。t耗氧量：(f)：￡。一￡(f)．=￡．(1一g—K。)⑦’式⑦为非线性函数，需要线性化，取K。=K：+h得：Y(t)=上．(1一g一(Ko+^))=￡o(1一C-e‘·g一)当h很小时可得：(f)=￡。(1—6,-Kot·(1一ht))=￡o(1一e—Kot)+￡0ht6,一Kot取：Y(t)=a／+b／。式中：a=Lo，b=￡oh，，l=(1一g—Kof)，，2=Kot由最小二乘法，应使得∑((f)一(f)测定)。=∑(口，l+6，2一l厂(f)颟!f定)。最小来确定a维普资讯http://www.cqvip