蓟运河水环境状况及修复措施模拟分析

论文摘要

蓟运河位于海河流域北部,基本功能为行洪排沥。由于近年来持续干旱少雨,上游基本无下泄流量进入,加之沿河未经处理的国有、城镇生活污水的排入以及蓟运河闸年久失修海水倒灌多年污染河床,致使蓟运河水质咸化和恶化。随着蓟运河沿岸经济、社会的发展,生态及景观环境的需要,目前蓟运河水量及水质状况远远不能满足各地需求。为此,本文对蓟运河水质变化进行了研究,并同时进行了污染源调查,确立了主要污染因子。建立了反映蓟运河水量、水质的水动力-水质耦合数学模型。按照蓟运河的相关规划制定降污措施,并对其进行数值模拟,以期对降污措施的实施效果提供量化依据。天津市水环境监测中心在蓟运河上取了九王庄、新安镇、张头窝、江洼口、芦台大桥和蓟运河闸六个监测断面,平均一年取4次水样。根据对监测成果的分析,确定了蓟运河的主要污染因子为氯化物、硫酸盐、COD、总磷和总氮。利用一维圣维南方程组建立蓟运河水动力模型,根据九王庄、张头窝和蓟运河闸实测的水位、流量资料对模型进行率定和验证,模拟值和实测值吻合,模型满足要求。利用一维对流-扩散方程建立蓟运河的一维水质模型,并通过流量与水动力模型耦合。分别用2008年和2009年蓟运河各监测断面的水位、流量及水质资料对水动力-水质耦合模型进行率定和验证,选用氯化物、硫酸盐、化学需氧量、总磷和总氮作为水质指标,结果证明模型可以很好的反映蓟运河的水动力、水质情况,可以作为后续研究的基础。在了解生态需水量理论的基础上,利用分别用Tennant法、月保证率法及最小月法计算蓟运河的生态需水量,最终确定蓟运河的生态需水量为2.63亿m3。根据蓟运河水质要达到地表水环境Ⅴ类标准的规划,对COD、总磷和总氮2008-2010年的环境容量进行了计算,并进一步根据按贡献率削减排放量的分配原则计算得到各排污口应该承担的污染负荷削减量。承担污染负荷削减量大的排污口,其排放的污染物总量大,其附近河段污染严重,据此分析出芦台东扬地上排涵、天化化工厂的工业和生活污水污染严重,汛期张头窝附近河段水质较差,应该成为降污治理的重点。为了改善蓟运河的水生态环境,制定了工程措施（建污水处理厂）、调度措施（引水冲污）和生态措施（建人工湿地）三种治理方案,运用本研究建立的水动力-水质耦合模型对三种降污措施的修复效果进行分析、比较,并最终确立蓟运河的水环境修复措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景及意义
• 1.2 水质水动力模拟的发展概况
• 1.3 研究内容和技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 蓟运河流域概况和污染状况
• 2.1 自然地理概况
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 气候条件
• 2.1.3 地形地势
• 2.1.4 土壤与植被
• 2.2 水资源及利用情况
• 2.2.1 降水与蒸发
• 2.2.2 径流特点
• 2.2.3 水利工程情况
• 2.3 流域污染源情况
• 2.3.1 蓟运河排污口概况
• 2.3.2 排污口污染物情况分析
• 第三章 蓟运河水动力数学模型的建立
• 3.1 水动力模型的基本理论
• 3.1.1 水动力模型的基本方程
• 3.1.2 基本方程的离散
• 3.2 水动力模型的计算条件
• 3.2.1 计算区域及离散
• 3.2.2 地形条件
• 3.2.3 水文条件
• 3.2.4 边界条件、初始条件及计算参数
• 3.3 水动力模型的率定和验证
• 3.3.1 水动力模型参数率定
• 3.3.2 水动力模型参数的验证
• 3.4 本章小结
• 第四章 蓟运河水动力、水质耦合数学模型的建立与验证
• 4.1 水质模型的基本理论
• 4.1.1 对流-扩散传导的基本方程
• 4.1.2 基本方程的离散
• 4.1.3 物质运输平衡方程
• 4.1.4 耦合求解方法
• 4.2 水动力、水质耦合模型的计算条件
• 4.2.1 计算区域及离散
• 4.2.2 地形条件
• 4.2.3 水文条件
• 4.2.4 边界条件和初始条件
• 4.3 模型参数的率定和验证
• 4.3.1 模型参数的率定
• 4.3.2 水动力、水质耦合模型的验证
• 4.4 本章小结
• 第五章 蓟运河污染负荷消减量的估算
• 5.1 生态需水的估算
• 5.1.1 生态需水概述
• 5.1.2 蓟运河生态需水量
• 5.2 蓟运河水环境容量
• 5.2.1 水环境容量的定义
• 5.2.2 水环境容量影响因子分析
• 5.2.3 水环境容量估算方法
• 5.2.4 估算结果
• 5.3 蓟运河污染负荷消减量的估算
• 5.3.1 污染负荷削减量分配的原则
• 5.3.2 污染负荷削减量分配的计算方法
• 5.3.3 污染负荷削减量分配的估算
• 第六章 蓟运河降污措施的模拟分析
• 6.1 概述
• 6.2 降污修复措施模拟分析
• 6.2.1 工程措施：建污水处理厂
• 6.2.2 调度措施：引水冲污
• 6.2.3 生态措施：建人工湿地
• 6.2.4 三种修复措施比较
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢