【某流域基于污染物最大日負(fù)荷的總量控制分析計(jì)算案例3000字】

某流域基于污染物最大日負(fù)荷的總量控制分析計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u3854某流域基于污染物最大日負(fù)荷的總量控制分析計(jì)算案例 13411.1污染物最大日負(fù)荷 1179151.1.1流量歷時(shí)曲線 1302211.1.2負(fù)荷歷時(shí)曲線 3149711.2流域負(fù)荷總量控制 5172041.2.1斷面水質(zhì)現(xiàn)狀 5274401.2.2總量控制目標(biāo) 882491.2.3負(fù)荷年內(nèi)分配 8245311.3小結(jié) 10流域內(nèi)各類點(diǎn)源、非點(diǎn)源污染負(fù)荷對(duì)水體水質(zhì)的影響，最終在河流控制斷面處體現(xiàn)。而且非點(diǎn)源污染來源廣泛、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)量龐大，對(duì)其污染負(fù)荷估算時(shí)由于估算方法的不同易出現(xiàn)較大偏差。建立在長(zhǎng)系列日平均流量統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上的負(fù)荷歷時(shí)曲線法具有需求數(shù)據(jù)少、原理簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于流域水質(zhì)管理具有科學(xué)指導(dǎo)和實(shí)際應(yīng)用意義。1.1污染物最大日負(fù)荷1.1.1流量歷時(shí)曲線流量歷時(shí)曲線不僅在水文學(xué)應(yīng)用廣泛，而且被應(yīng)用于水污染物總量控制，是負(fù)荷歷時(shí)曲線構(gòu)建的基礎(chǔ)。流量歷時(shí)曲線的構(gòu)建過程是根據(jù)河流斷面長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)流量，對(duì)其從大到小進(jìn)行排序，并計(jì)算大于等于每個(gè)流量的保證率Pf，最終在對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸上繪制出流量和累積經(jīng)驗(yàn)頻率的關(guān)系。Pf計(jì)算公式為： （1.1）其中：Pf為大于或等于某個(gè)流量的保證率；m為大于等于某個(gè)流量的數(shù)量；n為流量樣本總數(shù)。流量歷時(shí)區(qū)間反映了河流不同的水文特性，根據(jù)遼河氣候和徑流特征，依照美國(guó)環(huán)境保護(hù)署的推薦，將流量歷時(shí)區(qū)間按累積經(jīng)驗(yàn)頻率大小劃分為5個(gè)部分，分別為高流量區(qū)（0~10%）、豐水區(qū)（10~40%）、中流量區(qū)（40~60%）、枯水區(qū)（60~90%）和低流量區(qū)（90~100%）ADDINNE.Ref.{A0EFEA29-0EDF-46A5-854A-CB2F4481C790}[50]。選取三合屯、馬虎山和紅廟子三個(gè)斷面，反映遼河干流上、中、下游的水量和水質(zhì)變化情況，以2007-2017年的逐日平均流量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，繪制各斷面的流量歷時(shí)曲線，見圖1.1-1.3。圖1.1三合屯斷面流量歷時(shí)曲線Fig.1.1FlowdurationcurveofSanhetunsection圖1.2馬虎山斷面流量歷時(shí)曲線Fig.1.2FlowdurationcurveofMahushansection圖1.3紅廟子斷面流量歷時(shí)曲線Fig.1.3FlowdurationcurveofHongmiaozisection1.1.2負(fù)荷歷時(shí)曲線根據(jù)總量控制因子與各斷面所在水環(huán)境功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)，在斷面流量歷時(shí)曲線的基礎(chǔ)上構(gòu)建COD和NH3-N的負(fù)荷歷時(shí)曲線。負(fù)荷歷時(shí)曲線見圖1.4。負(fù)荷歷時(shí)曲線的橫坐標(biāo)為流量歷時(shí)曲線對(duì)應(yīng)的保證率Pi；縱坐標(biāo)為不同保證率Pi對(duì)應(yīng)的流量值與污染物水質(zhì)目標(biāo)的乘積即污染物最大日負(fù)荷，其計(jì)算公式為： （1.2）其中：TMDL為污染物的最大日負(fù)荷總量，t/d；Cs為污染物水質(zhì)目標(biāo)值，mg/L；Qi為保證率Pi對(duì)應(yīng)的流量值，m3/s；U為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)，取0.0864。a)三合屯-CODb)三合屯-NH3-Nc)馬虎山-CODd)馬虎山-NH3-Ne)紅廟子-CODf)紅廟子-NH3-N圖1.4各斷面污染負(fù)荷歷時(shí)曲線Fig.1.4Durationcurveofpollutionloadateachsection1.2流域負(fù)荷總量控制1.2.1斷面水質(zhì)現(xiàn)狀負(fù)荷歷時(shí)曲線反映了河流斷面在不同水文條件下的最大允許日負(fù)荷，結(jié)合實(shí)測(cè)的流量、水質(zhì)資料，通過污染物超標(biāo)時(shí)的水文條件，可以判斷流域內(nèi)污染物的特征情況。把2015-2017年各斷面的COD和NH3-N水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和流量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)換算為瞬時(shí)通量，同時(shí)根據(jù)流量對(duì)應(yīng)的保證率，在負(fù)荷歷時(shí)曲線中將各斷面污染物實(shí)際負(fù)荷通量用散點(diǎn)圖的形式表示出來。若污染物負(fù)荷通量在負(fù)荷歷時(shí)曲線的上方，則表示在此流量條件下，污染物負(fù)荷超出了水質(zhì)目標(biāo)規(guī)定的允許負(fù)荷；若污染物負(fù)荷通量在負(fù)荷歷時(shí)曲線的下方，則表示在此流量條件下，污染物負(fù)荷在水質(zhì)目標(biāo)規(guī)定以內(nèi)。污染物超標(biāo)情況發(fā)生時(shí)的水文條件與污染特征密切相關(guān)。若污染物負(fù)荷超標(biāo)發(fā)生在低流量時(shí)（保證率為85%~99%），則污染物來源主要以點(diǎn)源污染為主；若污染物負(fù)荷超標(biāo)多發(fā)生在中流量區(qū)（保證率為70%~85%），則為點(diǎn)源與非點(diǎn)源污染綜合作用的結(jié)果；若污染物負(fù)荷超標(biāo)多發(fā)生在高流量區(qū)（保證率小于10%），則污染物來源以非點(diǎn)源為主ADDINNE.Ref.{9B03F0A5-A3C3-4F01-A34E-A2FD373937B6}[51]。根據(jù)各斷面的污染物現(xiàn)狀負(fù)荷，三合屯和馬虎山斷面COD負(fù)荷超標(biāo)頻率較高，NH3-N負(fù)荷超標(biāo)頻率較低，紅廟子斷面COD和NH3-N負(fù)荷基本在水質(zhì)目標(biāo)規(guī)定范圍以內(nèi)。三合屯斷面COD負(fù)荷超標(biāo)多發(fā)生在中流量區(qū)，是點(diǎn)源和非點(diǎn)源綜合作用的結(jié)果；馬虎山斷面COD負(fù)荷超標(biāo)在枯水區(qū)和豐水區(qū)均有發(fā)生，且在中流量區(qū)已接近允許負(fù)荷，由此可知馬虎山斷面以上流域點(diǎn)源和非點(diǎn)源排放較多，需要進(jìn)行污染物總量控制，以改善水環(huán)境質(zhì)量。a)三合屯-CODb)三合屯-NH3-Nc)馬虎山-CODd)馬虎山-NH3-Ne)紅廟子-CODf)紅廟子-NH3-N圖1.5各斷面污染物現(xiàn)狀負(fù)荷Fig.1.5Currentpollutantloadofeachsection1.2.2總量控制目標(biāo)負(fù)荷歷時(shí)曲線法的研究時(shí)段為每日，以此為基礎(chǔ)計(jì)算的年允許負(fù)荷相比傳統(tǒng)的以近10年最枯月平均流量等方法的計(jì)算結(jié)果更能反映流域真實(shí)情況。將負(fù)荷歷時(shí)曲線每日允許負(fù)荷求和，然后平均分配至研究時(shí)段的各年份，得到流域控制斷面多年平均污染物允許負(fù)荷通量。由于流量歷時(shí)區(qū)間劃分的過程與水文學(xué)中水文年的劃分過程具有相似的依據(jù)，各個(gè)流量歷時(shí)區(qū)間與不同頻率的水文年相互對(duì)應(yīng)，因此基于流量歷時(shí)區(qū)間進(jìn)行各水文年污染物允許負(fù)荷通量估算具有一定的理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。取各個(gè)流量歷時(shí)區(qū)間中點(diǎn)的流量為不同水文年的代表流量，以此為基礎(chǔ)計(jì)算各水文年的允許負(fù)荷通量。各斷面多年平均和各水文年的污染物允許負(fù)荷通量計(jì)算結(jié)果見表1.1和表1.2。表1.1各斷面不同水文年COD允許負(fù)荷通量Tab.1.1TheallowableCODloadfluxofeachsectionisdifferentinhydrologicalyears斷面多年平均(t/a)特豐年(t/a)豐水年(t/a)平水年(t/a)枯水年(t/a)特枯年(t/a)三合屯26321.981173.727436.311542.26584.71494.8馬虎山56532.0169663.761936.725544.212109.84900.7紅廟子108254.3333020.2121224.446042.622958.28842.7表1.2各斷面不同水文年NH3-N允許負(fù)荷通量Tab.1.2Tab.1.1TheallowableNH3-Nloadfluxofeachsectionisdifferentinhydrologicalyears斷面多年平均(t/a)特豐年(t/a)豐水年(t/a)平水年(t/a)枯水年(t/a)特枯年(t/a)三合屯1316.14058.71371.8577.1329.274.7馬虎山2826.68483.23096.81277.2601.5241.0紅廟子5412.716651.06061.22302.11147.9442.11.2.3負(fù)荷年內(nèi)分配（1）安全余量設(shè)置由于河流天然來水的不確定性，導(dǎo)致水體污染負(fù)荷和水質(zhì)之間的相互關(guān)系具有不確定性ADDINNE.Ref.{C1ACBBCF-AD9E-48BF-B7E5-AB5F4B544B73}[52]。為了消除這種不確定性對(duì)TMDL總量分配的影響，含蓄或明確地從TMDL中選取一部分作為安全余量ADDINNE.Ref.{1096CC80-9890-4E13-9B2B-18E059CE83C0}[53]，這部分負(fù)荷作為TMDL的重要組成部分，不參與總量分配。本文根據(jù)EPA的建議，選取TMDL的10%作為安全余量。MOS與TMDL之間的關(guān)系為ADDINNE.Ref.{4F98547E-6B1A-4EDD-BA81-793E6AFEBD7E}[54]： （1.3）其中，WLAs為允許點(diǎn)源污染負(fù)荷；LAs為允許非點(diǎn)源負(fù)荷；MOS為污染物允許負(fù)荷安全余量。（2）允許負(fù)荷通量年內(nèi)各月和各季節(jié)分配在污染物總量控制上，斷面年允許負(fù)荷通量雖然能夠滿足當(dāng)前水體污染物以年為尺度的總量控制要求，但是未考慮污染負(fù)荷在年內(nèi)的分配，可能導(dǎo)致污染物總量控制出現(xiàn)短期（個(gè)別月份或枯水期）負(fù)荷超標(biāo)，但全年污染負(fù)荷達(dá)標(biāo)的情況。因此，需要根據(jù)河流流量年內(nèi)不同時(shí)期的變化特征，進(jìn)行年內(nèi)負(fù)荷分配，達(dá)到改善水環(huán)境質(zhì)量的目的。遼河流域主要以年內(nèi)各月和豐、平、枯水期水質(zhì)監(jiān)測(cè)為主，進(jìn)行以月和季節(jié)為尺度的流域污染物年內(nèi)允許負(fù)荷分配，能夠與流域水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)際相結(jié)合，更好地指導(dǎo)流域水環(huán)境管理。分別以月和季節(jié)為尺度，對(duì)研究時(shí)段內(nèi)負(fù)荷歷時(shí)曲線中每日最大日負(fù)荷值求和并扣除安全余量，再除以總年數(shù)，得到三合屯、馬虎山和紅廟子三個(gè)斷面的COD和NH3-N年內(nèi)各月和各季節(jié)允許負(fù)荷通量，分配結(jié)果見圖1.N~1.N。季節(jié)劃分考慮遼河流域?qū)嶋H情況，以3、4、5月為春季，6、7、8月為夏季，9、10、11月為秋季，12、1、2月為冬季。a)CODb)NH3-N圖1.6污染物允許負(fù)荷通量年內(nèi)各月分配Fig1.6Distributionofpermissiblepollutantloadfluxineachmonthoftheyeara)CODb)NH3-N圖1.7污染物允許負(fù)荷通量各季分配Fig.1.7Distributionofpermissiblepollutantloadfluxineachseason1.3小結(jié)本章根據(jù)三合屯、馬虎山和紅廟子三個(gè)斷面2007-2017年的實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)，構(gòu)建了各斷面的流量歷時(shí)曲線，并將其劃分為5個(gè)流量歷時(shí)區(qū)間。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)斷面水環(huán)境功能區(qū)劃規(guī)定的水質(zhì)目標(biāo)繪制了各斷面COD和NH3-N的負(fù)荷歷時(shí)曲線。根據(jù)2015-2017年水文、水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和污染物負(fù)荷歷時(shí)曲線，得到斷面污染現(xiàn)狀負(fù)荷情況，并對(duì)現(xiàn)狀水質(zhì)進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明，三合屯和馬虎山斷面C