淮河支流污染物综合降解系数动态测算

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1、淮河支流污染物综合降解系数动态测算张亚丽伸剑;史淑娟;韩丽琼;姚志鹏【摘要】确定河流污染物综合降解系数动态变化规律对提高水环境容量测算精度 和水环境管理具有重要意义.通过现场模拟法，采用一维稳态模型测算了淮河支流洪 河五沟营-塔桥乡河段COD、氨氮和总磷在枯水期、平水期和丰水期的综合降解系 数,COD、氨氮和总磷降解系数在各水期的关系为枯水期平水期丰水期，提出了 建议值并利用实测浓度对计算结果进行了检验，结果表明，不同水期综合降解系数吻 合情况较好.【期刊名称】中国环境监测【年(卷)，期】2015(031)002【总页数】4页(P64-67) 【关键词】综合降解系数;动态测算；COD;氨氮;总

2、磷 【作者】张亚丽伸剑;史淑娟;韩丽琼;姚志鹏【作者单位】河南农业大学资源与环境学院，河南省高校农业资源利用工程技术研 究中心，河南郑州450002;河南省环境监测中心，河南郑州450004;河南省环境监测 中心，河南郑州450004;河南农业大学资源与环境学院，河南省高校农业资源利用工 程技术研究中心，河南郑州450002;中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量 控制重点实验室，北京100012 【正文语种】中文【中图分类】X824 综合降解系数反映了污染物降解速率的快慢，是研究河流水质变化规律、计算水环 境容量的主要参数之一，对于区域排污总量控制计划的制定、总量负荷指标的科学 分配、控

3、制计划执行过程的管理等具有重要作用1-2。影响综合降解系数的因 素十分复杂，主要包括流速、流量、pH、水温、污染物本身的属性及浓度梯度、 水体中微生物性质等3-5。综合降解系数的确定方法有很多（如经验公式估算法、 类比分析法、现场模拟法和实验室模拟法等1-2 ）。目前国内主要针对同一水文 条件下的综合降解系数开展研究（主要为枯水期），不足以体现水环境管理的科学性 和有效性4-8。实际上河流污染物及河流水文、水质条件都具有随时空变化的 动态特征，因此其综合降解系数也具有不确定性和动态性1-2 , 9-10 。枯水期 水体自净能力最差，单纯在最不利条件下研究枯水期的综合降解系数，并将其作为 水环境

4、容量的计算参数，不利于充分发挥水体的自净作用和水环境的动态科学管理。 因此，以淮河支流（洪河）为例，采用现场实测法，研究水体COD、氨氮和总磷在 不同水期（丰水期、平水期和枯水期）的综合降解系数，研究其动态变化规律，以期 为流域水环境容量计算、污染物总量控制和上下游生态补偿、水质目标管理等提供 科学依据。1研究区域概况洪河又称为洪汝河，是淮河上游的二级支流，发源于河南省舞阳市南熬山，流经舞 钢市、舞阳县和驻马店地区的西平、上蔡和新蔡县等，到班台入大洪河，最后汇入 淮河，全长254 km，流域面积4 170 km2。历史上洪河曾是一条水旱灾害频发 且严重的河流。洪河的污染源主要是沿河两岸的工厂和

5、企业的未达标废水。近年来， 通过各种污染治理和水环境保护措施，水质逐渐有所好转。2实验部分2.1河流监测断面的选取与设置为了尽可能保证实验的准确性和测定综合降解系数的代表性，所选河段一般要求比 较顺直，河道较为规整，水流稳定，没有排污口和支流汇入，没有取水口等。另外， 所选河段的长度要适当，不能过长或过短，河段太短，污染物刚开始自净，河段太 长，污染物已经完全自净，都不能准确地反映污染物自净过程1-2。根据研究 区域的自然环境特征、水文形势和社会经济发展现状，经过实地调研及分析，选取 驻马店洪河西平五沟营-塔桥乡河段为研究区域。2.2数据分析及处理方法2.2.1监测因子监测因子包括水质项目和水

6、文项目。水质项目主要为COD、氨氮和总磷;水文项目 主要为固定采样点经纬度坐标、河宽、流速、流量。2.2.2监测方法污染因子COD和总磷按照地表水环境质量标准(GB 38382002)规定方法测 定。具体为COD采用重铬酸盐法(GB 119141989)测定;总磷采用钼酸铵分光光 度法(GB 118931989)测定;氨氮采用纳式试剂分光光度法(HJ 5352009)测定。 流速按照浮标法测定，监测点坐标用GPS定位，用GIS软件测算河段长度。2.2.3监测周期及监测频次2012年12月一2013年3月每周一、三、五手工采集水样，按照河段从上游至 下游顺序在选定河段采集3个水样，同时记录监测断

7、面水文条件。所有断面因河 段发生凌汛、结冻等特殊情况而无法采样以及河流断流时，该断面可不进行采样， 但必须上报相应的文字说明。2013年49月每周一手工采集水样，按照河段从上游至下游顺序在选定河段采 集3个水样，同时记录监测断面的水文条件。2.2.4综合降解系数计算对于水体中COD、氨氮和总磷的降解，一般认为符合一级反应动力学方程1-2 ,10 。计算公式为式中:C1、C2分别为河段上下断面的污染物浓度，mg/L;U为河段平均流速， m/s;L为河段上下断面间距，km;K为河流综合降解系数，d-1。3结果分析3.1河流不同时期综合降解系数动态变化利用不同水期的监测数据，采用式(1)分别测算河流

8、枯水期、平水期和丰水期的污 染物综合降解系数。经过分析，得到各河段污染物在各水期综合降解系数的取值范 围，对取值范围内的综合降解系数求取平均值和中位数(表1)可知，不同河段综合 降解系数略有差异，这主要与河段水文特征和河道状况等有关，具体仍需深入分析。 各水期综合降解系数的关系为枯水期平水期丰水期。这主要是因为在丰水期， 河流的流量大，径污比就大，更有利于污染物的混合稀释，污染物的自净程度相对 较快;此外，丰水期(夏季)水温高，有利于污染物的降解，枯水期(冬季)水温低， 生物降解和挥发作用下降，平水期综合降解系数则介于两者之间。中国河流COD 综合降解系数范围为0.009 0.47 d-1,氨

9、氮的综合降解系数范围为 0.105 0.350 d-16，驻马店洪河五沟营-塔桥乡河段COD和氨氮综 合降解系数总体在全国均处于较低水平，可见，此河段水体对COD和氨氮的降解 能力相对较弱，应严格控制排入河流水体的COD和氨氮总量。表1监测期污染因子综合降解系数测算结果注:河段、分别为五沟营-西 洪乡、西洪乡-东洪乡和东洪乡-塔桥乡。污染因子 河段 枯水期(2012-12 2013-02)范围/d-1均值/d-1变异系数/%中位数/d -1平水期(2013-04 05)范围/d-1均值/d-1变异系数/%中位数/d -1 COD0.011 2 0 . 310 8 0 . 081 1 128.4

10、5 0 . 042 4 0 . 021 1 0 . 253 7 0 . 082 2 91 . 66 0 .022 6 0.040 3 0 . 249 8 0 . 100 6 61 . 62 0 . 090 90 . 040 9 0.177 5 0 . 110 7 40.46 0.105 3 0. 020 1 0 . 190 7 0 . 067 1 61 . 30 0.056 3 0 . 020 2 0 .氨氮233 4 0 . 075 6 93 . 87 0.034 6 0. 011 0 0 . 120 5 0 . 059 3 64.27 0 . 042 5 0 . 011 2 0 . 124

11、 9 0 . 069 4 61 . 29 0 .058 5 0.018 9 0 . 232 8 0 . 056 3 88.46 0 . 040 6 0.012 0 0 . 236 8 0 . 076 6 86 . 66 0.041 2 0.011 6 0.150 9 0.052 5 79.69 0.038 1 0.025 5 0.127 3 0 . 053 7 57 . 80 0.042 1 总磷 0.037 9 0 . 257 1 0 . 128 6 51 . 58 0 . 099 0 0 . 074 7 0 . 319 9 0 . 141 9 64.27 0 . 109 2 0. 030

12、0 0.246 7 0.134 5 58.13 0.137 1 0.048 2 0.272 7 0.157 4 44.62 0 .167 0 0.019 1 0 . 224 4 0 . 107 3 62 . 76 0 . 113 5 0 . 065 3 0 . 184 4 0 . 115 3 29 . 61 0 . 107 0污染因子河段丰水期 (2013-0609)范H/d-1均值/d-1变异系数/%中位数/d -1平均值(2012- 122013-09)均值/d - 1 变异系数/%COD 0.024 1 0 . 314 7 0 . 084 9 93 .220 . 053 10.082 7

13、104.40 0.041 5 0 . 237 1 0. 131 856 .370 . 113 60 .114 4452.80 0.021 6 0 . 249 0 0. 086 989 . 06 0 . 074 2 0.076 5 281.41 氨氮 0.016 2 0 . 139 1 0 . 074 862 .390 . 061 40.067 862 .65 0.014 9 0 . 238 7 0 .075 386 .800 . 050 10.069 487 .31 0.026 7 0 . 149 7 0 .069 963 . 62 0 . 049 80.058 767 . 04总磷20 0.

14、059 30. 226 1 0 . 1703 31 . 76 0 . 1482 0 . 1310 41.38 0.096 5 0 .3452 0 . 155 265 . 14 0 . 113 60 . 141 960 .33 0.046 4 0 . 300 20 . 191 444.83 0.172 50.161 149.3.2河流污染物综合降解系数建议综合国内外多条河流综合降解系数的研究成果及取值情况，经过分析，确定了各河 段污染物在不同水期综合降解系数（表2）。对其取平均值，求得洪河五沟营-塔桥 乡河段各污染物综合降解系数的值。根据各河段综合降解系数的取值及平均值可知， 枯水期综合降解系数

15、约为平水期的80% 90%，约为丰水期的70% 80%。表2综合降解系数测算结果d -1枯水期平水期丰水期五沟营-西洪乡0 . 048 4 0 . 056 4 0 . 066 5 0 . 048 3 0 . 056 2 0 . 066 2 0.0 河段名称 COD氨氮总磷枯水期平水期丰水期枯水期平水期丰水期99 0 0 . 115 1 0 . 136 1 西洪乡-东洪乡 0.094 7 0 . 110 3 0 . 130 2 0 . 050 7 0 . 059 2 0 . 069 6 0 . 137 1 0 . 159 7 0 . 188 5 东洪乡-塔桥乡 0 . 061 8 0.072 0

16、 0.084 7 0.047 4 0.055 0 0.064 9 0.113 5 0.132 50 . 155 9 均值 0.068 3 0 . 079 6 0 . 093 8 0 . 048 8 0 . 056 8 0 . 066 9 0.116 5 0.135 8 0.160 24综合降解系数验证为了验证测算结果的可靠性，利用历史资料对应水期的观测数据，对河流上游断面 污染物运行至下游断面时的各污染物浓度进行预测，并与下游断面同步监测结果相 对照，结果见表3。表3污染物计算值与实测值比较mg/L时段监测断面COD浓度氨氮浓度总 磷浓度 35 . 5 33 . 5 1 . 38 1 . 31

17、 0 . 343 0 . 348 枯水期东洪乡 32.4 32 . 1 1 .291 . 27 0 . 331 0 . 290 塔桥乡30. 928. 2 1 . 23 1 . 240 . 270 0. 270 西洪乡 31 . 2 29 . 1 1 . 621 .550 .266 0 . 280 平水期东洪乡 28. 027 . 6 1 . 52 1.41 0 . 2640 .278 塔桥乡 26.4 23 . 21 . 36 1 .300 . 256 0 . 246 西洪乡 27 . 325. 61 .33 1 . 22 0 . 2290 . 247 丰水期东洪乡 24.4 22 . 9

18、1 . 32 1 . 35 0 . 249 0 . 265 塔桥乡计 算值实测值西洪乡计算值实测值计算值实测值21 . 7 19 . 2 1 . 21 1 . 26 0.247 0.253 由表3可以看出，各监测断面污染物浓度的计算值与实测值相差不大，吻合度较 好，因此利用一维水质模型计算的综合降解系数是可靠的，可用于流域水环境容量 的计算。污染物浓度计算值与实测值存在差别，原因主要是模型预测是针对通常排 污情况，没有考虑下游的实际排污波动变化;实测值是同步监测结果而并非跟踪监 测结果，因此上断面对下断面的影响存在水团运行时间差等因素。5结论1) 利用河流一维稳态水质模型，现场模拟测算出驻马店

19、洪河五沟营-塔桥乡河段的 COD、氨氮和总磷在不同水期的综合降解系数，结果表明，各水期污染物综合降 解系数的关系为枯水期平水期丰水期。对计算结果进行统计分析发现，枯水期 综合降解系数约为平水期的80% 90%，约为丰水期的70% 80%。2) 根据测算的综合降解系数，利用上断面污染物浓度预测下断面污染物浓度，对比 下断面污染物浓度的计算值与实测值，结果表明两者吻合度较高，表明各水期污染 物综合降解系数的测算值是合理、可靠的，因此可以用于区域水环境容量的测算和 污染物总量控制计划的制定以及污染负荷总量分配等环境保护工作。参考文献：1 夏青.流域水污染物总量控制M.北京:中国环境科学出版社，199

20、6 .2 陶威，刘颖，任怡然.长江宜宾段氨氮降解系数的实验室研究J.污染防 治技术，2009 , 22(6):8-9 , 20 .3 陈丁江，吕军，金树权.河流水环境容量的估算和分配研究J.水土保持 学报，2007 , 21(3):123-127 .4 蔚秀春.河流中污染物综合降解系数的影响因素浅析J .内蒙古水利， 2007(2):116-117.5 郭儒，李宇斌，富国.河流中污染物衰减系数影响因素分析J .气象与环 境学报，2008 , 24(1):56-59 .H& 二J f siBlssss IwfH*rLn、ffi洲、衅牝【8 9CNoEgZT 11( 、二 j - 1- lrn900LnzcnsimtrnIOTH 昕长把泌试 二 Kiilisssi .都、茹帆、HS、【9rnrnTrnCN%(寸)LnOI 6Z.6I、 uos一a 6UMCDCDU&ULU-5ucdujuouijjQqlMo -cuuno【J uot;一 pCDd 柘UOXUCD6AXOCDP ECUCD.4SUI - V6一/【。1 J 687Ln81/(9)6T 666T 泌 - - - -as、根田su 6 j削 IOOCNL86TrnIOT 竟坞氐