地表水水质水量联合调度研究--以徒骇河聊城段为例 (1999年)

在探讨地表水管理问题时，河流建闸拦蓄径流是常见的水资源调节手段，但这往往会导致水体流动速度减缓，进而引发水质恶化的问题。本文选择聊城地区徒骇河聊城段为研究对象，分析了水质与水量之间的关系，并提出了水质水量联合调度的新观点。在建闸后，如何合理调度水资源，确保水质和水量的需求得到满足，是本研究的核心内容。为此，研究团队开发了一种实时演算方法——最小引水量法，以期达到既满足供水量要求，又使水质达标的双重目的。 研究首先对徒骇河聊城段的基本情况进行了描述。徒骇河发源于聊城市，是海河流域的一部分，流域面积为5137.19平方公里，全长约169.50公里。研究重点考察了王堤口闸、四河头闸、陶桥闸至刘桥闸一段，总长76公里。该河段因拦蓄径流而导致水体流动速度下降，水质受到有机污染，主要污染物包括悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)等，水质综合指数显示属于中污染，已经劣于地面水三级标准。 针对该区域水资源利用以农灌为主、地表水和地下水互补性强的特点，研究提出水质目标是满足国家地面水质量标准GB3838-83中的总氮含量不大于1.0mg/L。由于总氮主要为有机氮和氨氮之和，在实践中可以忽略有机氮，因此水质目标简化为氨氮不大于1.0mg/L。 研究采用了水质水量联合调度的方法，通过研制数学模型来实现最小引水量法的实时演算。在水质水量数学模型中，水量平衡方程和水质平衡方程是基本方程。水质数学模型使用了混合单元系列模型，该模型将河段划分为多个单元，假定每个单元内的污染物均匀混合，并通过质量守恒方程进行计算。该模型认为非感潮河流的纵向分散作用较小，对流输运相对于扩散输运占主导地位，因此在计算中可以忽略质量的扩散输运。 水量基本方程考虑了河段蓄水量、流量和时段等因素，通过流量和水位的变化，计算出河段的水量变化。水质基本方程则涉及到了污染物的浓度变化，包括对流、扩散、化学和生物化学反应以及源输入输出等对污染物质量变化的影响。模型中还特别考虑了污染物的反应速率系数，该系数是降解和沉浮速率系数之和，通过经验数据设定为0.15。通过这样的数学模型，研究团队得以模拟计算出干旱年份的引黄流量和各级闸门下泄流量的年内变化过程（以旬为单位）。 通过以上方法和模型的研究，本项研究为水资源管理和水质保护提供了科学依据和技术支持，对于类似河流的水资源规划利用、水资源保护和节水具有重要意义。这项研究不仅对水资源调度具有实际指导作用，也为未来类似水环境治理提供了宝贵的经验。通过最小引水量法，可以有效平衡河流的水质和水量需求，实现了水资源的可持续利用。