嫩江齐齐哈尔市江段水环境优化管理方案

文章编号嫩江齐齐哈尔市江段水环境优化管理方案沈万斌董德明宿华张为中吉林大学环境与资源学院吉林长春松辽流域水资源保护局吉林长春摘要对研究区地表水环境质量现状分析及预测的基础上引入响应系数和最优化理论以各断面水环境功能标准和各排污口排放标准为约束条件建立了水环境优化管理模型最后提出有利于当地经济和水环境可持续发展的优化管理方案方案一为现状优化管理方案按此方案各断面均能达到其相应的水环境功能标准要求红光糖厂!斯达造纸厂和氧化塘≤⁄处理后浓度分别为!和其它排污口维持原排放浓度方案二为/下个五年0优化管理方案按此方案各排污口均能达到其相应的排放标准要求红光糖厂及斯达造纸厂的≤⁄和⁄处理后浓度分别为和∀北市区生活污水≤⁄和⁄处理后浓度分别为和氧化塘≤⁄处理后浓度为其他排污口维持原排放浓度∀关键词水环境质量水环境管理模型优化管理方案中图分类号°文献标识码收稿日期基金项目水利部水利科技重点项目≥作者简介沈万斌男辽宁台安人副教授博士主要从事水环境科学教学与研究工作∞1通讯联系人董德明男山东海阳人教授博士生导师主要从事环境中痕量金属形态及其迁移转化规律的研究∞∏∏1嫩江发源于大兴安岭伊勒呼里山中段南侧全长是松花江的最大支流其下游分布众多的湖沼湿地著名的国家自然保护区扎龙自然保护区就位于嫩江中段的乌裕尔河下游∀齐齐哈尔市地处嫩江中游是黑龙江省西部一座以机械!化工!造纸!纺织!制糖!塑料!冶金为主的重工业城市也是嫩江的主要污染源区其污水排放量年达亿等标污染负荷占干流水域总污染负荷的≈∀因此优化管理嫩江齐齐哈尔市江段的水环境促进齐齐哈尔市的社会经济与环境的协调发展已是迫在眉睫∀1水环境概况11河流及断面嫩江干流由北向南纵贯齐齐哈尔市嫩江齐齐哈尔段长多年平均最大流量为多年平均最小流量为多年平均流量∀月份平均流量为月份平均流量为月份平均流量为∀嫩江齐齐哈尔市江段监测断面有拉哈断面!浏园断面!富上断面和江桥断面∀各断面的水域功能标准各异其中拉哈断面为类标准浏园断面为类标准富上断面为类标准江桥断面为类标准∀12污染源及排污口嫩江齐齐哈尔市江段沿江主要有个污水排放口其中个为工业废水排放口个为生活污水排放口个为氧化塘排放口∀其中红光糖厂总排口!斯达造纸有限公司总排口!北市区生活污水排放口!齐齐哈尔市氧化塘排放口在每年!月份开始排放污水其它排污口常年排放污水∀红光糖厂总排口!斯达造纸有限公司总排口分别位于拉哈断面下游和处∀北市区生活污水排放口!齐齐哈尔市氧化塘排放口分别位于富上断面上游和处∀富上断面江桥断面共有个排放口均位于富上断面下游之内此段排污口分布密集计算时合并为一个总排口∀主要污染源为污水氧化塘污染负荷比!北市区生活污水口污染负荷比及北钢热电总排口第卷第期年月吉林大学学报地球科学版ƒ∂∞≥×≠∞×≥≤∞≤∞∞⁄×∂表1各断面水环境参数Ταβλε1Παραμετερσοφωατερενϖιρονμεντινδιφφερεντριϖερσεχτιονσ断面排污口污水量#与拉哈断面的距离河流污水流量#流速#Θ≤⁄#Θ⁄#Κ≤⁄Κ⁄河水Θ≤⁄#Θ⁄#拉哈断面红光糖厂排污口斯达造纸排污口浏园断面北市区生活污口氧化塘排放口富上断面富下断面江桥断面污染负荷比等主要污染物为≤⁄和⁄∀13水环境现状年齐齐哈尔市江段平水期各断面主要超标污染物为高锰酸盐指数和石油类∀拉哈断面类高锰酸盐污染指数为浏园断面类为富上断面类为江桥断面类为江桥断面类石油类污染指数为∀因平水期是沿江污水排放高峰期仅齐齐哈尔市氧化塘日排污水近万同时该水期江水流量低于丰水期水体自净能力减弱因而主要污染水期是平水期∀2水环境预测21水环境参数的确定水环境参数计算公式选用Χξ=Χ#¬(−ΚΞυ)∀()式中Χξ为河流下游Ξ处污染物预测浓度Κ为污染物自净系数Ξ为充分混合点至预测点河段距离υ为河流流速Χ为充分混合点河流中污染物浓度∀将年平水期水环境监测数据代入式求得各断面污染物的衰减系数Κ计算结果见表∀22水环境预测嫩江齐齐哈尔市江段水环境污染物以≤⁄!⁄为主各排污口污水年增长率按计算不新增排污口拉哈至浏园断面排污量保持不变≈∀∗年齐齐哈尔市各断面水环境预测结果见表和表∀表2各排污口排放量预测结果Ταβλε2Ρεσυλτσοφωαστεωατερϖολυμεπρεδιχτιονινδιφφερεντδισχηαργεσιτεσ断面排污口污水排放量#拉哈断面红光糖厂排污口斯达造纸排污口浏园断面北市区生活污口氧化塘排放口富上断面富下断面江桥断面表3各断面水环境预测结果Ταβλε3ΡεσυλτσοφωατερενϖιρονμενταλπρεδιχτιονινδιφφερεντριϖερσεχτιονσΘ#断面排污口≤⁄⁄≤⁄⁄≤⁄⁄≤⁄⁄≤⁄⁄拉哈断面红光糖厂排污口斯达造纸排污口浏园断面北市区生活污口氧化塘排放口富上断面富下断面江桥断面吉林大学学报地球科学版年表预测结果表明∗年间嫩江齐齐哈尔市江段各断面≤⁄污染物均超标∀3优化管理模型31管理目标和管理时段齐齐哈尔市水环境的管理目标是在规划的期间内各断面的水环境质量在满足所规定的水域功能标准的约束下使污水排放量最大∀齐齐哈尔市的水环境管理期为∗年∀以一年为一个管理时段共分个管理时段∀32管理区与管理方案嫩江齐齐哈尔市江段共有个控制断面即拉哈断面!浏园断面!富上断面和江桥断面∀现规定拉哈断面为限排段在此断面的下游以内现有个排污口今后不允许再增加新排污口和排污量∀浏园断面上游段为污染物不允许排放段现状没有排污口今后也不允许增加新排污口∀富上断面江桥断面为污染整改段齐齐哈尔市的主要工业污染源及氧化塘排放口均在此段内现状污染严重是城市地表水环境整治的主要江段富上断面上游现有个主要排污口齐齐哈尔市北市区生活污水排放口和氧化塘排放口富上断面下游现有个密集分布的排污口计算时合并为一个排污口∀根据地表水环境质量的预测结果设计管理方案为个≠各断面水环境质量满足其所规定的功能标准各排污口满足其所规定的排放标准∀33水环境管理模型目标函数齐齐哈尔市水环境管理模型的目标函数是当嫩江齐齐哈尔市江段各断面达到所规定的水体功能标准时城市的污水排放量最大设θι为决策变量这时齐齐哈尔市水环境管理模型的目标函数为≈¬Ζ=Ει=(θ+θ+θ+θ+θ)∀()式中θ为红光糖厂总排放量θ为斯达造纸厂总排放量θ为北市区生活污水排放量θ为氧化塘污水排放量θ为富下断面污水排放量∀如果上述计算出的污水排放量大于城市污水总量该城市不需建污水处理厂如果计算出的污水排放量小于城市污水总量该城市需建污水处理厂二者之差即为污水处理厂的最低设计处理量这样有利于城市的发展∀现阶段齐齐哈尔市经济实力相对较弱因此可采取发展阶段处理污水的对策现阶段对污水进行一般处理使各断面达到水环境功能标准未来待经济条件成熟时再建设污水深度处理厂使各排污口达到排放标准∀约束条件齐齐哈尔市水环境管理模型的约束条件由式组成≠河流控制断面某污染物浓度约束:Εϕ=βϕ#Θϕ#Χϕ[Χϕ,污水排放量和排放浓度约束:θϕ(ϕ)[Θϕ,Χ排[Χ排标,≈非负约束∀()式中Χϕ=Εϕ=βϕ#ΜϕΧϕ指第ϕ断面污染物浓度值Χ排和Χ排标分别为污水排放浓度和排放标准ΕϕΜϕ为自ϕ到ϕ断面外界输入变量总和Εϕβϕ为自ϕ点输入单位值在点引起的变量响应值∀由此可见第ι断面污染物浓度值,为第ι,ι,,至点各点外界输入变量乘以响应系数一阶衰减方程响应系数的公式≈为ϕ[ι−时,βιϕ=Θ+Εικ=θκ#Ει−μ=Κμτμ,ϕι−时,βιϕ=Θ+Εικ=θκ∀ϕ[ι时,为控制断面前外部输入值有衰减距离ϕι时为控制断面前外部输入值无衰减距离∀上述目标函数和约束方程构成齐齐哈尔市水环境管理模型采用单纯型法求解∀34优化结果运行水环境管理模型方案一优化计算结果见表方案二优化计算结果见表∀方案一优化结果表明红光糖厂!斯达造纸厂和氧化塘污水≤⁄的去除率分别达到!和时各断面即可达到其相应的水环境功能标准∀方案二优化结果表明红光糖厂和斯达造纸厂污水深度处理后≤⁄的去除率分别达到和!⁄分别达到和时才能满足其各自的排放标准北市区生活污水和氧化塘污水≤⁄的去除率也要分别达到和时才能达到其相应的排放标准∀第期沈万斌董德明宿华张为中嫩江齐齐哈尔市江段水环境优化管理方案表4方案一优化计算结果Ταβλε4Χομπυτεδρεσυλτσοφτηεφιρστοπτιμαλμαναγεμεντσχηεμε断面排污口污水浓度#去除率河水水质浓度Θ#≤⁄⁄≤⁄⁄≤⁄⁄≤⁄⁄≤⁄⁄≤⁄⁄≤⁄⁄拉哈断面红光糖厂排污口斯达造纸排污口浏园断面北市区生活污口氧化塘排放口富上断面富下断面江桥断面表5方案二优化计算结果Ταβλε5Χομπυτεδρεσυλτσοφτηεσεχονδοπτιμαλμαναγεμεντσχηεμε断面排污口污水浓度#去除率河水水质浓度Θ#≤⁄⁄≤⁄⁄≤⁄⁄≤⁄⁄≤⁄⁄≤⁄⁄≤⁄⁄拉哈断面红光糖厂总排斯达造纸总排浏园断面北市区生活污口氧化塘排放口富上断面富下断面江桥断面4结论方案一为嫩江齐齐哈尔市江段水环境现状优化管理方案优化方案一只需对红光糖厂!斯达造纸厂和氧化塘污水进行一般处理就能使其各自断面达到其相应的水环境功能标准污水一般处理投资少有利于齐齐哈尔市当前的经济发展此时红光糖厂≤⁄处理后浓度为斯达造纸厂≤⁄处理后浓度为氧化塘≤⁄处理后浓度为其它排污口维持原排放浓度∀方案二为齐齐哈尔市/下个五年0水环境优化管理方案优化方案二需对红光糖厂!斯达造纸厂污水进行深度处理才能使其各自排污口达到其相应的污水排放标准污水深度处理投资大/下个五年0齐齐哈尔市经济发展后可实施第二方案此时红光糖厂和斯达造纸厂≤⁄和⁄处理后浓度分别为和北市区生活污水≤⁄和⁄处理后浓度分别为和氧化塘≤⁄处理后浓度为其它排污口维持原排放浓度∀建议按优化方案一进行现状地表水环境管理按优化方案二进行/下个五年0地表水环境管理以促进齐齐哈尔市经济与地表水环境的可持续发展∀参考文献≈邵会祥管云江卢映东嫩江齐齐哈尔江段污染物总量控制≈水资源保护≥∏¬∏≠∏∏≠×2∏±√≈∏•∏°≈刘鸿亮韩国刚严济民等中国水环境预测与对策概吉林大学学报地球科学版年论≈北京中国环境科学出版社∏∏≠≤2∏∏∏≤∏√≈°∏∏≤∞√≥≈沈万斌俞穆清田卫等淮北市地下水资源优化管理研究≈长春科技大学学报31≥•≠∏∏ו≥∏2∏∏∏≈∏≤∏√≥×31≈夏青王华东水环境容量开发与利用≈北京北京师范大学出版社÷±•∏⁄√∏∏√≈°∏∏√≈≥∏×∏√∏∏√¬≈•∞√71ΟΠΤΙΜΑΛΜΑΝΑΓΕΜΕΝΤΣΧΗΕΜΕΣΟΦΝΕΝϑΙΑΝΓΡΙςΕΡΩΑΤΕΡΕΝςΙΡΟΝΜΕΝΤΙΝΤΗΕΣΕΧΤΙΟΝΟΦΘΙΘΙΗΑΕΡΧΙΤΨ≥∞•2⁄⁄2≥∏•2(.ΧολλεγεοφΕνϖιρονμεντανδΡεσουρχεσ,ϑιλινΥνιϖερσιτψ,Χηανγχηυν,Χηινα;.ΩατερΡεσουρχεσΠροτεχτιονΒυρεαυοφΣονγλιαοΡιϖερΒασιν,Χηανγχηυν,Χηινα)Αβστραχτ:√√∏∏√∏∏√∏√ƒ√∏√√√√∏√∏2∏≤⁄∏2∏∏≥2׬√≤⁄⁄∏∏∏≥√∏√≤⁄2Κεψωορδσ:√∏√第期沈万斌董德明宿华张为中嫩江齐齐哈尔市江段水环境优化管理方案