水量与水质

2024-07-11

水量与水质（精选8篇）

水量与水质篇1

水是人类赖以生存的自然资源之一,水资源时空分布的不均衡使得我国水资源危机日益严峻。随着经济社会的快速发展和工业化程度的不断加深,各行业用水量及污水排放量日益增加,水质型缺水状况日趋严重,仅以供水量最大和经济效益最大作为调度目标的模式已不能满足需求。水量水质联合调度是实现社会经济与生态环境协调发展的有效举措[1],是缓解当前水资源严峻形势的重要策略之一。国内外在水资源管理问题中开始考虑对水质和水环境保护因素,对流域时空维上能有效调控水资源量与质的模式已进行了相关的研究[2]。本文针对流域内水工程的不同功能,充分发挥水库群等水工程的调节作用,将模拟与优化模式相结合,应用自适应遗传算法依据不同用水对象对水量水质的不同需求,分水源、分用户、分行业实行水量水质联合调度。

1 水量水质联合优化调度模型

1.1 目标函数

确定目标函数应依据相应的优化调度准则,在水量方面,考虑城镇生活、生产、生态,农村生活、生产、生态6类需水,提高供水保证程度,使流域内相对缺水量最小;在水质方面,根据期望目标,使水质改善程度最大[3],以缓解区域内水污染现状。

(1)水量目标为:

$F = Μ i n \sum_{t = 1}^{Τ} \sum_{k = 1}^{Ν} (\frac{Q_{i t}^{k} - D_{t}^{k} - W_{i t}^{k}}{Q_{i t}^{k}})^{2} (1)$

式中:W $_{i t}^{k}$ 、Q $_{i t}^{k}$ 分别为i供水工程第t时段供给第k个用水部门供水量及需水量;D $_{t}^{k}$ 为第t时段第k个用水部门当地可供水量;t=1,2,…,T,T为调度时段总数;k=1,2,…,N,N为供水对象数目。

(2)水质目标为:

$\begin{array}{l} F = Μ i n \sum_{t = 1}^{Τ} [φ_{l t} (W_{i t}^{k}) - ϖ_{l t}^{*}]^{2} (2) \\ ϖ_{l t}^{*} = ϖ_{l t}^{0} (1 - α_{l}) (3) \end{array}$

式中:φlt(W $_{i t}^{k}$ )为供水量W $_{i t}^{k}$ 的水质指标响应函数;ῶ*lt、ῶ $_{l t}^{0}$ 分别为第t时段第l水质控制断面的水质理想指标及现状指标;αi为第l水质控制断面水质目标改善程度。

多目标优化求解,目标协调较为复杂且存在主观因素,一般只能得到非劣解,故可预先按用户要求设定水质改善程度目标,并通过水质模型进行转换,将满足水质要求转变为水量要求,在最大限度满足水质改善目标的同时,进行水量水质联合调度。

1.2 约束条件

(1)水库水量平衡约束为:

$V_{i, t + 1} = V_{i t} + W_{i t}^{Ι} - W_{i t} - W_{i t}^{S} (4)$

式中:Vit、Vi,t+1为i水库第t时段及第t+1时段的时段初库容;W $_{i t}^{Ι}$ 、W $_{i t}^{S}$ 为i水库第t时段内的入库水量及损失水量;Wit为i水库第t时段的供水量。

(2)水库库容约束为:

${\begin{cases} 汛期 ∶ V_{i, s} \leq V_{i, t} \leq V_{i, x x} \\ 非汛期 ∶ V_{i, s} \leq V_{i k} \leq V_{i, z c} \end{cases} (5)$

式中:Vi,s,Vi,xx,Vi,zc分别表示i水库死库容、汛限库容及正常库容。

(3)需水量约束为:

$Q_{i t, \min}^{k} \leq W_{i t}^{k} \leq Q_{i t}^{k} - D_{i t}^{k} (6)$

(4)供水量约束为:

$W_{i t, \min} \leq W_{i t} \leq W_{i t, \max} (7)$

式中:Wit,max,Wit,min为i供水工程第t时段最大、最小可供水能力。

(5)水功能区水质约束为:

$C_{i, \min} ＜ C_{i} \leq C_{i, \max} (8)$

式中:Ci,max为经水质模型得出的水质浓度;Ci,max、Ci,min为i分区水功能区水质要求的上、下限。

(6)非负变量约束。

2 基于系统运行模拟的优化调度遗传算法实现

水库群结构的复杂性及目标的多样性使得水库群水量水质联合调度的难度急剧增加,常规的调度方法往往不能满足需求,本文选择目前研究较为成熟的智能算法遗传算法进行应用。遗传算法(Genetic Algorithms,GAs)是为了模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程进而形成的全局优化的搜索算法,由美国Holland教授提出[4]。本文将结合水量水质联合优化调度问题对遗传算法的实现进行具体阐述。

2.1 个体编码

遗传算法运算时,通常以实际决策变量的某种编码作为对象。从精度和使用性的角度来看,多极值函数的优化问题更适合用浮点数编码[6]。

为了充分发挥流域内水库的调蓄作用,在针对水库供水进行的优化调度中,选择i水库对用水部门k在t时段的供水量W $_{i t}^{k}$ 作为决策编码变量,进行浮点数编码转换为染色体基因的信息串。再根据各时段各用水部门的需水要求(Q $_{i, \min}^{k}$ ,Q $_{i, \max}^{k}$ ),随机选取Popsize组父体供水量的染色体序列,并通过解码将染色体的基因值转换为决策变量值。Q $_{i, \min}^{k}$ 为根据保证率逐级递减原则确定的各部门最小需水量。

2.2 系统运行模拟及适应度函数的确定

遗传算法中,通过适应度来度量各个个体在群体中的优劣程度,并依此进行各种遗传操作。在父代供水量的基因序列产生的基础上,先进行流域内水库及河道模拟,并依此确定优化算法的适应度值。

(1)水库运行模拟模型。

$\begin{array}{l} V_{i, t + 1} = V_{i t} + W_{i t}^{Ι} - W_{i t} - E_{i t} - q_{i t} (9) \\ W_{i t}^{Ι} = W t_{i t} + W x_{i t} - W q_{i t}; E_{i t} = F_{i t} \cdot h_{i t} \cdot a (10) \end{array}$

(2)河道运行模拟模型。

本次设计以旬为时段进行流域水量水质联合优化调度,可不考虑短时段的非恒定流河网模拟过程,故河道模拟的计算模式简化为:

$\begin{array}{l} Q_{i + 1, t} = Q_{i t} + W t_{i t} - W q_{i t} - E_{i t} (11) \\ Ζ_{i t} \geq Ζ_{i t, \min} (12) \end{array}$

式中:qit为i水库第t时段内的弃水量;Wxit为i水库第t时段内上游水工程泄流量;Wtit为i水库或河段第t时段内区间天然来水量;Wqit为i河段第t时段内区间河道供水量;Fit,hit为i水库第t时段内平均水库水面面积及水库蒸发损失深度;Eit为i水库或河段第t时段内的蒸发损失;a为水库当地蒸发折算系数;Qit,Qi+1,t分别为i断面及i+1断面第t时段的断面过水量;Zit为i河道内第t时段水位;Zit,min为i河道第t时段满足河道航运、冲淤、生态等需求的最低水位。

通过模拟,可确定水库控制范围内的供水量。一般的遗传算法计算中,通常将目标函数设定为适应度函数,本文为了提高算法的效率和精度,对目标函数进行适当转换,令一般性的适应度函数为:

$F i t n e s s v a l u e (i) = C_{_{1}}^{^{Σ_{t = 1}^{Τ} Σ_{k = 1}^{Ν} (\frac{Q_{i t}^{k} - D_{t}^{k} - W_{i t}^{k}}{Q_{i t}^{k}})^{2} C_{2}}} (13)$

式中:C1,C2为适应度值尺度变换常数,可由目标函数值编程试算确定。

2.3 遗传算子的设计

(1)选择算子。

遗传算法中选择操作是从父代群体中选取可遗传到下一代的个体的运算。本次设计采用确定式采样选择,通过计算各个体在下一代的期望生存数目,按降序排列确定下一代群体中的M个个体。

$Ν_{i} = Μ F_{i} / \sum_{i = 1}^{Μ} F_{i} (i = 1, 2, \dots, Μ) (14)$

(2)交叉算子。

交叉运算是将选中个体进行两两交叉组合,交换部分基因,产生新个体。本设计采用适合浮点数编码的算术交叉。个体W $_{A}^{t}$ ,W $_{B}^{t}$ 进行交叉后得到的新个体为:

${\begin{cases} W_{A}^{t + 1} = α W_{B}^{t} + (1 - α) W_{A}^{t} \\ W_{B}^{t + 1} = α W_{A}^{t} + (1 - α) W_{B}^{t} \end{cases} (15)$

式中:α为0～1之间的随机数。

(3)变异算子。

变异运算用来模拟生物进化过程中的基因突变,确保种群的多样性。本设计采用对原有基因A(A=W $_{1}^{A}$ ,W $_{2}^{A}$ ,…,W $_{i}^{A}$ ,…,W $_{12}^{A}$ )做一随机扰动,随机选中第i个基因片进行变异,以扰动后的结果作为变异后的新基因值。

$W_{i}^{A} = {\begin{cases} W_{i}^{A} + α (W_{\max} - W_{i}^{A}) i f r a n d o m (0, 1) = 0 \\ W_{i}^{A} - α (W_{i}^{A} - W_{\min}) i f r a n d o m (0, 1) = 1 \end{cases} (16)$

式中:Wmax为W $_{i}^{A}$ 的取值上限;Wmin为W $_{i}^{A}$ 的取值下限。

(4)参数的自适应调整。

遗传算法的参数中交叉概率Pc和变异概率Pm的选择是影响算法收敛和性能的关键所在。本次设计选取精英选择策略的方式,让Pc和Pm能够随个体适应度自动调整,并保存了最优策略,让他们直接复制到下一代中[5]。

$\begin{array}{l} Ρ_{c} = {\begin{matrix} Ρ_{c 1} - (Ρ_{c 1} - Ρ_{c 2}) (f^{'} - f_{a v e}) / (f_{\max} - f_{a v e}) & f^{'} \geq f_{a v e} \\ Ρ_{c 1} & f^{'} \leq f_{a v e} \end{matrix} (17) \\ Ρ_{m} = {\begin{matrix} Ρ_{m 1} - (Ρ_{m 1} - Ρ_{m 2}) (f_{\max} - f) / (f_{\max} - f_{a v e}) & f \geq f_{a v e} \\ Ρ_{m 1} & f \leq f_{a v e} \end{matrix} (18) \end{array}$

式中:f′为两个交叉个体中适应度值较大者适应度;f为变异个体适应度值;fmax、fave为每代群体中最大适应度值及平均适应度值。

水量水质联合优化调度遗传算法流程图,见图1。

3 案例分析

本文选择淮河北岸主要支流,跨豫、皖两省的骨干排水河道[7]洪汝河作为研究案例,历史上洪汝河流域水旱灾害频繁,污染严重,给沿岸居民生产生活造成一定的危害。该流域主要包含洪河,汝河等淮河二级支流,臻头河,练江河、奎旺河等下一级支流,共有薄山水库,板桥水库,宿鸭湖水库,石漫滩水库4座多年调节水库,以及驻马店市的驿城区、确山县、遂平县、上蔡县、新蔡县、西平县、平舆县、汝南县、泌阳县、正阳县、平顶山市的舞钢市、漯河市的舞阳县共12个市县供水对象。流域各水利工程概化结构如图2所示,大型水库特征参数见表1。

1-石漫滩水库;2-板桥水库;3-薄山水库;4-宿鸭湖水库

以1997-2006年10年系列来水资料为基础,在近期规划水平年2020年水平下,根据洪汝河流域各县、市的需水资料,地下水资源资料以及污染物排放资料等,应用自适应遗传算法进行VB语言编程。同时,以小洪河,汝河,臻头河水质控制断面化学需氧量(COD)和氨氮(NH3-N)浓度改善10%为水质控制目标,并通过模拟与优化过程得到洪汝河流域水量水质联合调度方案。为了验证算法的合理性与优越性,本文还将不考虑水质改善要求的优化调度方案与流域模拟调度结果进行对比,因农村生态需水量较少,故与农村生产用水合并考虑,计算结果见表2,水质改善情况见表3,水功能区水质达标情况见表4。

计算结果表明:

(1)不考虑水质改善目标时,采用自适应遗传算法的优化调度结果与传统模拟结果相比,洪汝河流域总缺水量降低了1 422万m3,水量保证程度提高了0.94%,更好地满足了各类用水需求,水库群等水工程的调节能力得到了更充分的发挥。

(2)以河道水质改善10%为期望目标进行水量水质联合优化调度时,总供水量较不进行水质改善的优化调度虽降低了494万m3,但小洪河,汝河,臻头河的控制断面多年平均COD改善程度却分别达到:8.34%、7.4%、8.87%,氨氮改善程度分别为:12.28%、11.48%、12.5%,洪汝河流域水质污染状况得到了一定程度的改善。

(3)进行水量水质联合优化调度,大大增加流域水资源的利用效率,河道水功能区水质达标率有了一定的提升,水资源潜在功效得到充分的发挥,进一步改善了流域水环境。

4 结语

本文根据水量调度与水质改善之间的关系,以相对缺水量最小和根据期望目标的水质改善程度最大为目标,充分发挥不同水利工程的不同功效,将模拟与优化模式相结合,建立基于模拟与优化模式的水量水质联合调度模型,并将自适应遗传算法应用于模型求解中。所建模型成功地应用于洪汝河流域水量水质联合调度中,计算确定的调度方案在提高了水量保证程度的同时污染物浓度下降明显,流域水环境现状得到改善。该模型对流域水量水质联合优化调度具有一定的借鉴价值。在今后的生活生产中,还需加强城市生活生产节水管理与污水处理建设,增强节水意识,提高中水回用率,减少污水、废水排放量,完善水功能区管理制度,加强水功能区水质监督监测工作,维持社会、经济、生态可持续发展,实现水资源的可持续利用。

参考文献

[1]董增川,卞戈亚,王船海,等.基于数值模拟的区域水量水质联合调度研究[J].水科学进展,2009,20(2):184-189.

[2]张修宇,潘建波,张修萍.基于水量水质联合调控模式的水资源管理研究[J].人民黄河,2011,33(6):46-49.

[3]付意成,魏传江.水量水质联合调控模型及其应用[J].水电能源科学,2009,27(2):31-35.

[4]周明,孙树栋.遗传算法原理及应用[M].北京:国防工业出版社,1999.

[5]刘攀,郭生练,李玮,等.遗传算法在水库调度中的应用综述[J].水利水电科技进展,2006,26(4):78-83.

[6]任子武,伞冶.自适应遗传算法的改进及在系统辨识中应用研究[J].系统仿真学报,2006,18(1):41-43,66.

[7]刘玉年.治淮重点工程前期工作进展[J].治淮,1998,(4):10-12.

水量与水质篇2

根据水量平衡原理和营养物质质量守恒定律,考虑作物生长过程中农田水循环和氮、磷循环特征,建立农田灌溉退水水量水质模型,模拟农田灌溉退水的营养物质浓度,以分析灌溉退水水质的.变化幅度.应用该模型对引江济汉工程东荆河灌区农田各水期灌溉退水的氮、磷浓度进行估算,得到与实际情况相一致的数值结果,表明该模型适用于研究农田灌溉退水问题.

作者：张万顺乔飞彭虹李兰涛张斌 ZHANG Wan-shun QIAO FEI PENG Hong LI Lan-tao ZHANG Bin 作者单位：张万顺,乔飞,ZHANG Wan-shun,QIAO FEI(武汉大学资源与环境科学学院,湖北,武汉,430079)

彭虹,李兰涛,PENG Hong,LI Lan-tao(武汉大学水利水电学院,湖北,武汉,430072)

水量与水质篇3

1 工程背景

某硅材料生产企业,年排放污酸量约420m3,主要成分为8﹪HF与51﹪~55﹪HNO3;酸性污水量300m3/h,污水中主要污染成分是HCl(pH≥1,按pH=1设计)、HF、HNO3、硅粉、氯硅烷水解物和尘污等。建污水处理站一座,处理能力为350m3/h。

2 基于水质水量特点分析的污水处理总体工艺设计

对于“污酸”和酸性污水,可以采取混合后处理达标排放、分开单独处理达标排放和污酸处理至一定程度后与酸性污水混合进行后续处理并达标排放等3种技术策略。在工程中应采取何种技术策略,取决于两类污水水质与水量的综合分析与评价。

污酸的水质水量特点:水量较小,平均每天仅1.15m3;酸性极强,其中HF含量约为0.1t,HNO3约为0.98t,H+浓度约为18.1mol/L;F-浓度含量高,悬浮物含量低。酸性污水特点:水量较大,约为污酸水量6200倍以上;酸性较强,但H+浓度远低于污酸;F-浓度较高,但远低于污酸,约为100mg/L;含有悬浮物等其他杂质需要进行处理;水量水质瞬时变化较大。

就H+浓度而言,若将污酸与酸性污水进行混合,污酸中H+占混合水中H+总量的2.89%,酸性污水pH值将由p H=1降低至pH=0.988,变化并不大。因此,仅从pH值考虑可以将两种废水混合后再进行处理。

对于F-这一主要污染物,污酸中F-占混合水中F-总量的13.9%,混合后水中F-浓度约为114mg/L。就反应热力学与动力学过程而言,水中污染物浓度越高越容易进行处理,在较短的时间内即可达到较好的处理效果;与此相反,若污染物浓度过低,反而不利于污染物去除,而且需要较长的反应时间方可达到反应平衡。因此,从F-去除角度而言,应采取二者分别处理的方式进行以确保除氟效果。------------------Fe SOÁ--------

另一方面,F-去除的原理在于,通过共沉降的方法将可溶性的F-转化为不溶性的氟化物沉淀,从而降低水中氟离子浓度。F-共沉淀过程中将产生大量悬浮颗粒物,需要通过固液分离过程将颗粒态氟化物分离出来,方可最终实现氟的去除。相应地,酸性污水中也存在大量的硅粉和粉尘等颗粒物,同样需要利用固液分离的工艺进行去除。因此,两种废水的最佳处理技术策略如图1所示。---------/----------------------------/--/------PAC/---------

3 污酸处理技术原理与工艺设计

污酸主要污染因素是酸和氟化物,酸可用碱性物质中和处理,而氟化物较难除去。国内外对高浓度含氟废水的处理进行过研究,发现F-可与Ca2+、Al3+等金属离子络合形成不溶性沉淀并从水中析出,形成颗粒态氟化物沉淀。生石灰CaO固体与水反应生成Ca(OH)2(见(1)式),生成的Ca(OH)2不仅能提供Ca2+,而且能提供碱度OH-以中和强酸性水中H+。与Ca(OH)2比较,CaO的优势在于以固体形式存在,易于运输和保存。综合以上分析,本工艺主要利用生石灰CaO进行除氟。

Ca(OH)2为微溶性碱,在水中存在如式(2)所示的溶解平衡:

当Ca(OH)2加入污酸中之后,OH-首先与H+发生快速中和反应,如式-3:

随着OH-的快速消耗,式(2)反应平衡向右进行,Ca2+持续溶出,并与F-发生络合反应生成不溶性的CaF2沉淀,如式(4)所示。

综合式(2)~式(4)的反应过程,Ca(OH)2除氟过程可由式(5)进行表示,Ca(OH)2中和酸的过程可由式(6)进行表示。

根据式(5)所示的反应,从除氟角度而言,HF每去除1tHF理论上需要Ca(OH)21.85t;每天排放HF的量约为0.1t,则从除F-的角度而言,理论上需要Ca(OH)20.185t。

根据式(6)所示的反应,从中和角度而言H+,每中和1t需要Ca(OH)237t;H+每中和1kmol理论上需要0.5kmolCa(OH)2,每天排放的H+为18.1kmol/m3×1.15m3=20.8kmol H+,则理论上需要Ca(OH)10.4kmol2,约合为0.77tCa(OH)2。

从理论上而言,中和H+所需的Ca(OH)2投量为除氟投量的4.2倍,而中和H+过程中产生的Ca2+远高于生成CaF2沉淀所需的Ca2+,可促进F-的去除。基于上述考虑,本工艺采用石灰对污酸进行中和,为确保除氟效果,采用两级中和法。第一级的功能在于脱酸中和H+。多晶硅还原车间废酸柜室排出的污酸,用罐车运到三废站,人工卸酸至污酸储槽;用泵打到污酸中和搅拌槽与15﹪的石灰乳液进行反应,使pH达到7左右,同时生成一定量CaF2沉淀物;用污酸压滤泵送入压滤机压滤,悬浮物和CaF2随滤渣除去,滤液自流到除氟搅拌槽。第二级为强化除氟,进入除F-搅拌槽的滤液含氟量仍未能确保达标,采用石灰乳调pH至12,反应一定时间后完成F-向固相氟化物的转化。此外,考虑到Ca(OH)2中仍存在不少不溶性颗粒物,而生成的CaF2也以颗粒态形式存在,为了促进颗粒物絮凝,加入Fe SO4溶液反应,待氟离子达标后再进行后续处理。

4 酸性污水处理工艺设计

酸性污水的主要污染成分是HF、HNO3、HCl、硅粉、氯硅烷水解物和尘粒等,水量和浓度不断变化,不稳定性较强。根据酸性废水水质水量的特点,酸性废水处理主要包括如下工艺过程,如图3所示。

1)匀质调节。为了获得较为稳定的水量与水质,设ÁÂ计Á一个酸È性É污ÅÆ水ÇÁ调节池,来自各车间的酸性污水自流Â到ÁÉ酸Á性污水调节池进行水量与水质均衡调节之后Â再进行后续处理。

2)中和。中和匀质后的酸性废水首先进入中和搅拌槽进行中和反应。用泵加压到酸性污水中和搅拌槽与石灰乳泵送来的石灰乳发生中和反应,pH达到7的中和液自流到中间污水槽。考虑到污酸中已生成的CaF2沉淀在酸性pH值条件下存在再度溶解释放的风险。因此,污酸处理工艺中加入Fe SO4溶液工序之后的含有大量颗粒物的单元出水应加入到中和后的中间污水槽,而不能直接加入到酸性污水调节池中。

3)固液分离。用过滤加压泵送到集成式污水净化器,在过滤加压泵前和泵后分别加入PAC溶液和PAM溶液,在管式混合器和管道湍流的作用下,污水中的悬浮物快速微絮凝,形成矾花或絮体沿净化器内壁切线方向高速进入净化器。旋流进入净化器内的污水在压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀和网捕等作用下,絮体快速变大,形成矾花,在离心力的作用下,废水中质量大的颗粒物(>20μm)被甩向罐壁,并随下旋流及自身重力作用下滑至污泥浓缩区。污水在沿罐壁作下旋流作用到一定程度后,经净化的清水即向中心靠拢,形成向上的旋流不断上Á升进入过滤区。质量小的颗粒(>5μm)被塑料粒子滤料截流,颗粒杂质被滤料表面吸附、截流、堆积到一定程度后随滤料的相互摩擦作用而脱落,下滑到污泥区。进入污泥斗污泥,定时打开排泥阀排至污泥水槽。

4)污泥处理与处置。用污泥压滤泵送入压滤机,Á滤液自流到中间污水搅拌槽,滤渣经皮带输送机运至料坑堆存,用汽车运走。达标清水经处理器的上部流入回用水池。

5 结论

本工程充分考虑了污酸与酸性废水的水质与水量特点,并以此为基础对多种工业废水处理的优化设计与工程应用进行了探讨,在最低工程投资成本与运行费用的条件下,达到了中和脱酸、除氟和除SS等各种工程应用的目标,取得了良好的效果,对今后工艺与工程设计提供了可借鉴的应用案例。

参考文献

水资源水质水量优化配置分析篇4

关键词：水资源,水质水量,优化配置,模型

现如今,水资源的合理利用始终是国内外学者广泛关注的一个焦点。高效利用水资源量,提高水资源利用的经济性和有效性,减少水资源的污染,全面保护水环境。基于生态经济学的角度,生态经济资源需要做好水资源的全面保护工作,做好水资源的优化配置和管理,结合水质水量的综合性管理应用,更好地促进水资源数量的有效性协调统一,尽可能地实现水质水量资源的优化配置和管理,增强水资源水质水量的优化管理。我国水资源水质水量的优化配置,需要有完善的水资源评价指标体系,基于自然生态因素以及社会因素的多元化影响,要做好水利工程的综合性有效评估管理[1]。在水资源水质水量的配置和效果评价阶段,及时筛选配水具体方案,在对多种模型结构分析的基础上,融合全新的模型理念,做好模型优化的最佳性评价和应用,做好水资源水质水量的全面优化配置和管理。因此本文对水资源水质水量优化配置进行深入研究有一定的现实意义。

1 水资源水质水量优化配置的生态经济学理论

我国生态经济系统不仅仅有着较强的物质生产能力,同时也存在较强的物质还原能力。生态系统中人的作用充分发挥,就要结合人的各种需求产品,促进人与自然的能量等价交换,并结合自然物的多种管理,实现水资源水质水量的有效性管理和应用。长期以来人类活动排放了大量的废弃物,同时生态环境自净能力逐渐降低,带来严重的生态环境问题。但是对于水资源的优化配置,不仅仅越来越重视系统的有效性生产,同时也要突出系统的还原能力。水资源功能性作用的发挥,同样也注重水资源的优化配置,尽可能做好水质水量的有效性配置管理。生态经济系统中的水资源配置,通过确定水资源生态经济系统的功能性,促进水质水源的统一性配置和管理,结合人类经济活动的特点,尽可能地做好水资源的优化配置,促进生态经济系统的功能性发展[2]。

生态经济发展中,越来越注重人类多种层次的需求,结合人类的生态需求和经济需求,做好水资源的优化配置。生态经济价值观的展现,融合生态系统中的产值情况,促进自然资源的有效性规划。通过合理配置水资源的数量,同时合理调配水环境的质量,保证水资源系统价值最大化,构建和谐统一的生态经济社会环境。

2 水资源水质水量优化配置的概念和内涵

2.1 概念

所谓水质水量优化配置的概念,主要是在特定水资源中,分析系统资源的相互依存关系,在生态经济规律下,做好水环境容量的有效性利用,促进水资源部门的合理调配和管理,进而促进水资源生态经济系统的有效性发展和应用,体现生态经济系统最大的生态经济效益。

对于水质水量统一优化配置状态下的水资源生态经济环境,结合经济资源的优化配置和管理,实现社会资源的优化配置[3]。在结合一定比例的基础上,做好水资源的优化配置。不仅仅要提高水资源的质量,同时也要保证有着较好的生态环境和自然环境,实现最大化的生态经济效益。

2.2 内涵

水资源水质水量的根本优化配置和应用,结合水量水质的多种管理形式和应用,做好水质情况的优化评估和管理,尽可能地减少水环境中污染物的容量。水质要素的价值体现,结合水环境的容量,在生态经济系统整体效益的体现环节,减少系统经济效益,并结合生态经济价值观的多方面需求,实现水质水量的优化性配置和管理,并体现不同的水质系统效果。

3 水资源水质水量优化配置的阈值原理

生态经济阈值主要是资源生态经济系统中的一种临界点关系,在资源生态经济内部出现了数量临界点关系,在数量聚集的过程,越来越注重水质水量的优化配置,同时也要做好水质水量的统一性调控,结合水资源生态系统的有效性运行和保障,做好生态经济阈的有效调控。在水质水量统一配置阶段,结合生态经济阈值的管理,尽可能地体现再生能力限制阈的研究,并做好水资源可利用量的功能性分析[4]。水资源生态经济系统中的阈值计算,结合水资源的容量限制阈的分析,确定水资源开发利用的生产规模情况,并保证有较好的生态效益和社会效益。水资源生态经济系统配比阈,基于水资源生态经济系统的系统开发性应用,结合水资源的利用,同时做好区域水资源基础设施的建设和管理,合理地使用水资源的水量水质,做好水资源的开发性利用。

对于水质水量的配置阶段,就要尽可能地提高配水量。在生态环境以及生产管理过程中,做好水资源水量的有效性利用和管理。关于水体水量的控制,做好水资源的优化配置,同时也要优化水质水量的配置和投资管理,做好农业水资源的有效性管理和应用。

4 水资源水质水量优化配置模型框架和设计应用

4.1 模型

水资源水质水量的优化配置,需要结合生态经济系统结构的具体优化特征,做好生态经济系统的有效性保障工作。水资源的优化配置过程中,结合水资源的生态经济系统,尽可能地优化配置核心模型,分析水资源生态经济系统中的水系统结构和社会系统结构,同时也要分析水资源的配置模型结构,做好水资源的优化配置处理。在模型的建立阶段,融合水质水量的核心性管理,分析水质水量的耦合关系,并做好水质水量的基础优化配置[5]。水资源生态经济系统的一种生态环境保障功能就是结合量化的水质水量的配置管理,分析水质水量的有效性配置管理,结合社会生态效益的指标观察,实现水质水量的优化配置和管理。对于配置方案的评价阶段,结合配置方案的基础性评价,同时也要做好配置模型的一种综合性评价应用。水质水量统一优化配置模型如右图所示。

4.2 应用

对于青海省水资源的供需问题而言,基于经济发展的角度越来越注重水资源的优化配置,同时在多个水资源特征的分析过程中,确定水资源水质水量优化配置模型。通过将青海水资源进行四个不同区域的划分,在模型模拟仿真阶段,结合水文分析计算模型,做好水量平衡的分析,在城乡居民用水保障方面,结合合格水的剂量标准,并做好优化配置模型的分析[6]。当前工况水资源情况见表1。2016年上半年的水资源情况见表2。

单位:万m3

可见,不同区域有着差异性的缺水情况,同时分质供水的过程,就要结合具体的水资源情况,实现水资源水质的优化配置。水资源的供需水管理阶段,需要本着社会经济的发展原则,分析污染负荷预测的具体结果。基于水质情况的分析,主要是结合水质水量的实际供需特点,做好水质情况的综合性分析和优化配置。当前水资源水质水量的优化有着多元化的优化配置管理工作,需要做好区域资源环境的随机分配和管理。对于水资源的可持续发展阶段,要分析区域资源的随机分布管理,保证环境格局管理的平衡性。在资源的优化配置过程,尽可能地提高资源的配置效益,有效地避免用水浪费现象。

5 结语

总而言之,基于生态经济学的多重角度,水资源的资源配置管理,就要统一化地进行水质和水量情况分析和水质水量的统一性优化配置,体现最大化的系统生态效益。关于水资源水质水量的优化配置,要结合较为完善的配置方案模型,促进配置效果的综合性评价管理,尽可能地促进水资源的综合性优化配置管理。

参考文献

[1]张守平,魏传江,王浩,等.流域/区域水量水质联合配置研究Ⅰ:理论方法[J].水利学报,2014(7):757-766.

[2]刘姣,刘东.基于混合遗传算法的红兴隆分局水资源优化配置[J].水土保持研究,2013,20(6):177-181.

[3]郭丽君,左其亭.基于和谐论的新密市城区水资源配置研究[J].水资源与水工程学报,2012,23(4):29-33.

[4]姜立晖.哈尔滨市供水工程规划中的水源优化配置与思考[J].给水排水,2012,38(8):18-22.

[5]连会青,夏向学,冉伟,等.干旱区矿区水资源综合利用和优化配置研究[J].华北科技学院学报,2014,11(9):21-26.

浅析初期雨水水质及弃水量篇5

目前,我国正处在城市化快速发展的阶段。随着城市化水平的提高和经济的高速发展,城市水资源短缺问题就愈发凸现出来。雨水作为重要的水资源加以收集利用,实行综合治理已成为重要的新兴课题。

大量的研究表明,雨水径流有明显的初期冲刷作用,即在多数情况下,污染物集中在初期的数毫米雨量中。因此,控制初期雨水成为雨水利用系统和城市径流污染控制的一项主要举措。设计得当,可以有效地控制每场降雨径流中的大部分污染物,保证整个系统安全而高效地运行。

1 初期雨水水质

1.1 污染源

一般来说,城市雨水径流中的污染物主要来自以下三方面:大气污染、地面污染和城市污水入流污染。

1)大气污染是雨水污染的背景。降落到地面之前的雨水,在淋洗大气过程中,其含有的杂质主要是空气中的尘埃和大气污染物。这部分的污染主要以SS和COD为主,其他污染物浓度较低。

2)地表污染是雨水径流污染的主要污染源。雨水降落到地面后对地面冲刷形成径流,径流中的污染物浓度受地面性质、路面污染物积累状态的影响。

3)城市污水入流污染由两部分组成,一部分是污水直接污染,另外则是排水系统中的沉积物及外溢至路面的污水的污染。受城市排水体制及排水设施监督管理的影响,污水入流造成径流后的雨水水质恶劣。

以上污染源中,污水入流对雨水径流造成的污染最大,这部分污染必须从城市排水体制,雨污水管道的衔接上进行控制。

分流制雨水径流污染因素主要包括大气污染和地表污染。

大气污染对雨水水质造成的影响,同一城市中基本相近。

根据北京、上海等地多年检测成果显示,不同性质的地表其雨水径流水质差异较大。

1.2 地表污染分类

1.2.1 屋面雨水

经研究发现,屋面雨水的水质并非一般认为的有较好的水质,相反,其污染比较严重,主要与屋面材料、空气质量、气温等外部因素有关。

屋面材料对径流水质有很大影响。对典型的坡顶瓦屋面和平顶沥青油毡屋面雨水径流的比较,后者的污染明显严重,其初期径流COD浓度可高达上千,且色度大,有异味,主要为溶解性COD。坡顶瓦屋面由于易于冲刷,初期径流的SS浓度可能较高,取决于降雨条件和降雨时间,但色度和COD浓度一般均小于油毡屋面。如遇到暴雨,强烈的冲刷作用把继续在平顶屋面上的颗粒物体冲洗下来,则初期雨水中的SS也会达到较高浓度。两种屋面初期径流COD浓度一般相差3倍～8倍左右,随着气温升高差距增大。由于沥青为石油副产品,其成分较为复杂,许多污染物质可能溶解到雨水中,而瓦屋面不含溶解性化学成分。

经过对华北地区多年水质资料分析发现,天然雨水中的COD,SS浓度均比较低,而且全年变化不大。但是屋面径流的雨水水质不同、季节不同温,其浓度还是发生了一些变化,总的变化规律可以总结如下:

1)每年4月～5月初期雨水的污染物浓度主要是COD,SS浓度比较高,到了5月～6月左右水质稍有改善;

2)每年7月～8月由于气温升高,黑色的沥青油毡在太阳的暴晒下变软,老化分解,导致径流雨水COD浓度升高;

3)秋季径流雨水水质为全年比较好的时期。

1.2.2 道路径流雨水

道路径流水质主要污染物为路面沉淀物和垃圾等,路面初期污染物浓度很高,但是在降雨过程中,雨水不断对路面造成冲刷,使得道路表面污染物浓度不断变化。

根据中科院等有关科研单位研究的成果表明,道路径流雨水中COD,SS有很好的相关性,如城区主要道路径流雨水中SS的浓度约为COD浓度的1倍～2倍,COD与TN,TP之间也具有一定的相关性,相关系数约为0.85。

1.2.3 绿地径流

绿地径流由于经过了土壤植物的渗析,过滤作用,径流初期浓度较高的污染物大部分被土壤和植物吸附,形成径流后一般水质较好,均高于地表水Ⅴ类水体水质标准。

通过对绿地径流的分析也说明,采用土壤渗析和植物处理初期雨水的污染物是有一定效果。

1.2.4 小结

以有机物及营养物质等指标的含量,考察不同垫层下雨水水质从水质较好到较差次序依次为:天然降水(未到地面)、绿地径流、屋面径流、道路径流。

其中天然雨水、绿地径流水质较好,基本能达到地表水Ⅴ类水体水质标准。

1.3 污染物浓度的变化

1.3.1 污染物浓度变化过程

根据对一些城市雨水径流水质变化情况分析得出,所有污染物随降雨过程变化的总体趋势为:雨水初期径流污染物浓度很高,随着降雨历时的延长,污染物浓度逐渐下降并趋于稳定。初始浓度和达到稳定的浓度取决于汇水面性质、降雨条件、降雨的间隔时间和气温等多种因素。

1.3.2 前10 min～15 min为污染物浓度高峰区间

径流水质随降雨历时的延长逐步由重度污染向轻度污染转化,根据雨水径流水质变化情况,雨水径流可分成以下三个阶段:

第一阶段:临界时间0 min～10 min,即产量零时刻到基本形成地面径流的时段。

此阶段污染物浓度的变化特点是:极不稳定区,缓慢上升区。

第二阶段:临界时间10 min～15 min,即污染物浓度变化最大的区间。

此阶段污染物浓度的变化特点是:不稳定区,急速上升区。

第三阶段:15 min以后的降雨径流过程,此区域污染物浓度趋于稳定。

此阶段污染物浓度的变化特点是:稳定区,急速下降很快趋于稳定区。

经过分析污染物的浓度变化趋势可以得出,浓度高峰区基本处于降雨初期的10 min～15 min,15 min后雨水内的污染物浓度均步入急速下降区间。因此降雨初期的10 min～15 min初期雨水径流危害最大。

1.3.3 冲刷效应

雨水径流水质变化过程显示出明显的初期雨水冲刷效应,污染物集中在初期的数毫米雨量中。因此,控制初期雨水成为雨水利用系统和城市雨水径流污染控制的一项主要举措。

2 初期雨水弃流量的理论分析

2.1 雨水径流污染物冲刷规律

雨水在径流过程中有初期的冲刷效应。径流形成的前期能将径流区域内的污染物质冲刷带走,此期间雨水水质中污染物浓度是最大的。冲刷形成一段时间后,外界污染对雨水水质的影响将逐渐减少。因此利用有限的投入,最大限度的消减雨水对地表水系的污染,就必须研究雨水径流形成冲刷效应的时间和水量。

2.2 冲刷模型公式相关参数的选择

到底截流多少初期雨水能最大限度的消减城市雨水污染,同时工程经济效益上最为合理是研究的关键,根据冲刷理论截流的污染物负荷率和以下三个因素息息相关,互相影响。

2.2.1 径流初始浓度

污染负荷随径流初始浓度C的增加而呈现直线上升关系,上升程度也与降雨强度有关系。当降雨条件一定时,C值主要决定于垫层的情况,C值的取值应综合屋面雨水径流初期水质、道路雨水径流初期水质,根据以上水质及绿地径流水质采用加权方式确定流域的初期雨水水质最为合理,因此最好的办法是根据实测的城市屋面雨水径流水质、道路雨水径流水质和绿地雨水径流水质通过加权平均分析,确定较为合理的数值作为流域初始污染物浓度,给C值做一个合理科学的赋值。

2.2.2 冲刷时间

C值是随T或H的增加而降低的,但下降的幅度是逐渐减缓,最后无限趋向于一个数值的。假设降雨径流的初期COD的浓度为400 mg/L,总降雨时间为60 min,则不同降雨强度下的污染物负荷率(T时刻产生的YCOD与整场雨产生的YCOD的比值)随T的变化是一个指数变化过程,初期增加幅度很大,逐渐减缓最后趋于平衡,其减缓的速率取决于城市污染程度、降雨量和汇水面积三个条件。假设P=0.1 mm/min,根据以上公式T=20 min的YCOD占整场雨YCOD的42%,而后20 min的YCOD占整场雨YCOD的10%,因此截留初期雨水的时间也就可以相应的确定。

2.2.3 降雨强度

城市给排水中,降雨的强度由暴雨强度公式来描述,暴雨强度公式是依据10年以上的降雨量统计数据,采用皮尔逊分布曲线和频率分布曲线描述的重现期P、降雨强度C和降雨历时T三者关系,其中P对C和T具有双重影响,强度大则冲刷动能大,可增大径流污染物的浓度,但强度大也意味着单位时间内的降雨量多,对径流污染物的稀释作用强,使污染物浓度下降。

3 结语

在水资源日趋紧张的今天,天然雨水是非常宝贵的水资源,必须合理利用。而雨水径流带来的面源污染也是非常严重的,其中70%左右的污染物集中在初期冲刷效应中。因此研究处理初期雨水,是我国雨水资源化、系统化利用的基础和前提。

摘要：针对城市初期雨水水质进行了探讨,分别就雨水污染源、地表污染分类、污染物浓度变化作了说明,并对初期雨水弃流量进行了理论分析,以期为后续的雨水收集利用研究提供理论指导。

关键词：雨水,收集利用,污染,冲刷,弃水量

参考文献

[1]Torben Larsen,kirsten Broch,Margit Riis Andersen.First Flush-effects In An Urban Catchment Area In Aalobrg[J].Water Sci Technol,1998,37(1):251-257.

水量与水质篇6

关键词：脱盐,水处理,技术措施,可行性研究

陕化集团化肥公司新厂拥有2套60万t/a合成氨装置和1套52万t/a尿素装置, 配套建有2套脱盐水装置总计处理水量为1 200 t/h, 均采用反渗透和混床处理工艺;老厂拥有2套尿素装置, 加工能力分别为27万t/a和13万t/a, 原有1套150 t/h脱盐水装置为其供水, 采用阴阳床一级化学除盐工艺。

新厂2套脱盐水装置基本可满足2套合成氨装置和1套尿素装置的脱盐水供给需求, 但无法保证冬季采暖期和集团下属其他公司新建生产装置的用水量。老厂脱盐水装置能力富余, 但脱盐水质量达不到新厂和新建项目的用水标准, 故不能直接使用, 需进行二次处理。

为了维持新老两厂脱盐水的供给平衡, 解决脱盐水的质量和水量问题, 拟将老厂部分脱盐水送至新厂再次处理后使用, 以解燃眉之急。

1 可行性分析

(1) 新厂一、二期脱盐水装置实际产水量为1 200 t/h, 集团公司新建生产装置开车后, 冬季脱盐水用量最大为1 300 t/h, 脱盐水缺口不足100 t/h。

(2) 老厂脱盐水装置共有3组一级复床, 每组可产水90 t/h, 正常情况下为1开2备。若再开1组, 则可多产脱盐水90 t/h, 加之原开1组供给老厂2套尿素装置就有富余, 这样即可保证新厂脱盐水的最大用量。

(3) 老厂脱盐水主要指标为电导率不大于10μS/cm, Si O2质量浓度不大于100μg/L;新厂脱盐水主要指标为电导率不大于0.2μS/cm, Si O2质量浓度不大于20μg/L。二者对比可知, 老厂脱盐水水质较新厂要差, 不能直接用于新装置。

(4) 新厂二期脱盐水装置设置工艺凝液混床和透平凝液混床各2台, 均为1开1备。而老厂送来的脱盐水可达到此2种凝液的水质要求, 因此将老厂脱盐水一并送入此凝液混床进行二次处理, 可达到新装置所需的脱盐水质量标准。

(5) 改变此4台混床的运行方式, 将其由2开2备改为3开1备, 可提高新厂脱盐水的处理能力为100 t/h。

2 技改方案

(1) 利用老厂脱盐水装置区泵房原脱盐水泵专门输送此脱盐水, 泵的体积流量qv=100 m3/h, 扬程h=100 m。

(2) 所使用的专输管道材质为普通碳钢管DN100 mm, 全长约1 300 m, 均采用岩棉夹套保温, 外包玻璃丝布和铝皮。

(3) 充分利用老厂与新厂建设时期的富有管线进行改造, 实际需要施工的输水管线100 m。

(4) 将工艺凝液槽与透平凝液槽在槽底连通起来, 作为同时储存、中转这两种凝液和老厂脱盐水的储槽, 以便增大储量, 防止溢流。

(5) 将工艺凝液泵与透平凝液泵出口连通, 实现4台混床由2开2备改为3开1备。

(6) 由老厂送来的脱盐水先进入此连通槽, 再进入工艺凝液混床或透平凝液混床处理。

(7) 技改后的流程示意见图1。

3 操作要求

(1) 老厂脱盐水装置应保持稳定运行, 生产符合工艺质量要求的一级除盐水, 其质量标准见表1。

(2) 老厂送入新厂的脱盐水流量应控制在100 t/h之内, 以防两个混床超负荷运行或凝液连通槽溢流。

(3) 新厂4台凝液混床3开1备, 若1台混床因电导率或Si O2质量浓度超标而失效, 需要再生, 则应按规定及时切换备用混床, 以保证脱盐水质量合格。

(4) 备用混床应做到备机真备, 一旦投用, 应保持长周期、稳定运行。

(5) 无论是老厂脱盐水, 还是工艺和透平凝液, 均应严把进水质量关, 以确保脱盐水的质量。新厂脱盐水装置正常控制工艺指标见表2。

4 改造效果

(1) 该脱盐水改造项目于2014年12月实施并投入运行后, 混床产水全部达到新厂脱盐水质量要求, 电导率稳定在0.07~0.15μS/cm之间, Si O2质量浓度稳定在5~20μg/L之间。

(2) 新厂脱盐水装置的处理水量可达到1 3 0 0 t/h, 可满足冬季采暖和工厂所有生产装置的用水需求。

水量与水质篇7

1 绿色屋顶概述

绿色屋顶起源于18世纪的北欧,因其具有能够吸收雨水、保温、避暑、隔音等优势,逐渐流行于欧洲。20世纪初,德国首先对绿色屋顶展开研究,并广泛应用于全球。

早期的绿色屋顶,即密集型绿色屋顶,通常由构筑层、厚土层、蓄水层、防水层、植被覆盖层组成,可种植不同层次的小型乔、灌木、草本植物和地表植被,结合园林小景、碎石铺路等形成丰富的景观。但构筑层和厚土层的高荷载与植物维护的高成本,使得密集型绿色屋顶逐渐被开放型绿色屋顶所取代,相较前者,开放型绿色屋顶将厚土层改为浅土层,减少了构筑层,并使用轻薄的介质填充蓄水层,从而降低荷载,方便维护。

2 绿色屋顶对水量的影响

绿色屋顶对水量的影响主要与蓄水层介质和植物的蒸腾作用有关,两者共同作用减少雨水径流。前者的影响因素有介质层的厚度、坡度,介质本身的孔隙率与保水率;后者的影响因素主要是植物的品种。

在蓄水层介质不同厚度与坡度的研究中,Van Woert[1]发现,增加介质层厚度与减小坡度能略微增加雨水的滞留。介质层厚度从2 cm增加到12 cm以上都不会引起明显的雨水滞留的增加。在德国,Mentens等人[2]对密集型(介质层较厚)和开放型(介质层较薄)两种不同的绿色屋顶在1987年—2003年间的研究进行了综述:前者可减少雨水径流总量的65%~85%,后者可减少雨水径流总量的27%~81%。所以,为降低安装成本与结构要求,较薄的屋面介质就可以满足滞留雨水的目的。Boivin[3]发现较薄的介质层厚度会引起植物的冻害,这一方面也应权衡考虑。

在不同植物种类的研究中,景天属植物由于耐旱性被广泛应用于绿色屋顶。Monterusso等人[4]发现种植在10 cm厚屋面介质上的景天属植物由于其抗冻害与耐旱性适合应用在美国密歇根州,这对我国东北等寒地地区也有极高的借鉴意义。

Stovin[5]测试了三种不同孔隙率和保水率的介质层,分别搭配三种不同的植被配置方案(即草地花卉、景天属植物和无植被)组合后的雨水滞留效果。在九种组合中,草地花卉和景天属植物的效果相似,滞留了雨水径流总量的27%。另外,渗透性最强的介质层,雨水滞留效果最差。Van Woert[1]发现,有植被覆盖的绿色屋顶可滞留雨水径流总量的60.6%,只有介质层的绿色屋顶可滞留50.4%,两者在雨水滞留效果上无明显的差异。所以说与介质层相比,植物在绿色屋顶的雨水滞留效果方面作用甚微。

3 绿色屋顶对水质的影响

相较于减小屋顶雨水径流,绿色屋顶在径流水质改善方面被关注的较少。影响径流水质的主要因素为磷、氮污染物的含量。

Khler[6]发现磷酸盐含量会随着屋顶中水量的减少而减少,而且这种减少会随着时间的增加不断加剧。在连续4年的观测中,磷酸盐中磷含量的减少程度分别为26%,61%,64%和80%,这与植物生长消耗、屋顶的寿命及土壤中磷的流失有关。在美国俄勒冈州,Hutchinson[7]检测出绿色屋顶径流中总磷的浓度为0.2 mg/L~1 mg/L,而在密西根州,Monterusso[8]检测出的绿色屋顶径流中的总磷浓度约为0.5 mg/L~4 mg/L,浓度值偏大可能是施肥造成的。

绿色屋顶径流中氮的浓度与土壤类型、绿色屋顶的寿命和保养(肥料的使用)有关。Czemiel[9]发现硝态氮会被植物与土壤滞留,降雨中与屋面雨水径流中硝态氮的浓度相比,后者中的浓度较少,但两者的总氮浓度是非常相似的。Monterusso[8]发现硝酸盐的流失取决于植物类型与绿色屋面的设施,采用本地植物的流失最少,其次是景天属植物。

4 结语

在水量方面,绿色屋顶可以有效减少雨水径流,减轻城市排水系统负担,避免合流制溢流污染。但在水质方面,需要加强对污染物控制的研究,应考虑由施肥等带来的总磷和总氮的排放。另外,还应加强土壤层介质对污染物排放的影响研究,并补充金属污染物的排放与消解方面的数据。相对“海绵城市”中其他低影响开发的技术来讲,绿色屋顶虽然早期投入成本较高,但在整个雨洪管理的周期中带来的经济效益与生态效益是非常可观的。

摘要：介绍了绿色屋顶的起源及发展现状,分析了绿色屋顶对雨水径流中水量与水质的影响,指出在水量方面,绿色屋顶可有效减少雨水径流,但在水质方面,需加强对污染物的控制。

关键词：绿色屋顶,雨水径流,水量,水质

参考文献

[1]Van Woert N.D..Green roof stormwater retention:Effects of roof surface,slope,and media depth[J].Journal of Environmental Quality,2005(34):1036-1044.

[2]J.Mentens,D.Raes,M.Hermy.Green roofs as a tool for solving the rainwater runoff problem in the urbanised 21st century[J].Landscape Urban Plan,2006(77):217-226.

[3]Boivin M..Effect of artificial substrate depth on freezing injury of six herbaceous perennials grown in a green roof system[J].Horticulture Technology,2001(11):409-412.

[4]Monterusso,M.A.,Rowe,D.B.,Rugh,C.L..Establishment and persistence of Sedum spp.and native taxa for green roof applications[J].Horticultural Science,2005,40(2):391-396.

[5]Stovin,V..The influence of substrate and vegetation configuration on green roof hydrological performance[J].Journal of Hydrology,2015(10):159-172.

[6]M.Khler.Green roofs in temperate climates and in the hot-humid tropics-far beyond the aesthetics[J].Environ.Manage.Health,2002(13):382-391.

[7]Hutchinson,D.Stormwater monitoring two ecoroofs in Portland,Oregon,USA.Paper presented at the First Annual Greening Rooftops for Sustainable Communities Conference,Awards and Trade Show,Chicago,2003.

[8]Monterusso,M.A..Runoff water quantity and quality from green roof systems.Acta Horticulturae[J].Acta Horticulturae,2004(639):369-376.

水量与水质篇8

关键词：水质水量,水资源保护,黄河流域

黄河流域贯穿9个省, 花园口段位于其东段, 由黄河下游冲积平原和鲁中丘陵地区组成, 海拔低于100m。全段处于构造急剧下降期, 为淤积型河段。具有水量大, 水沙条件复杂等特点。花园口是黄河成为地上悬河的起点, 所以黄河的危险正是从花园口开始的。花园口的流量和水位就是黄河下游的防汛标准, 花园口水文站的数据一直是黄河防洪、水资源调度和治理开发的重要依据。

1 水文概况

黄河区水资源质量总体较差, 汛期水质好于非汛期。在人类大量引水、降水偏枯等人为和自然因素作用下, 黄河下游花园口段的水流明显减少, 不仅表现出断流、洪水频繁、河道萎缩、主槽淤积、“小水大灾”等水沙过程的变异, 而且呈现出水环境容量萎缩、水体自净能力下降、水质恶化现象。黄河水流流量的大小影响着河流携带污染物的能力, 影响着河流的水环境容量及其自净能力。

1.1 洪水情况

由于中游地区常有暴雨, 故常在黄河下游形成洪水, 大多发生在七、八月的伏汛期, 具有洪峰流量大、历时短、峰行尖瘦等基本特点。三门峡至花园口区间是中游洪水的三个主要来源区的一个, 且主要形成下大洪水和上下较大型洪水。1981~1985年黄河流域洪水较多, 尤其是秋汛洪水较多, 但含沙量低。2005年7月上旬, 黄河发生一次高含沙洪水, 小浪底最大流量2 380m3/s, 传播到花园口洪峰流量3 640/m3s, 扣除区间加水60m3/s后, 比小浪底增大1 200m3/s, 即增大50%。这次“异常”洪水, 是花园口水文站2005年入汛以来的最大洪水, 主要来源于黄河中游, 经三门峡、小浪底水库调节后, 在下游河道运行过程中产生。流量沿程增大是高含沙洪水在游荡性河道输送中特有的现象, 近年来出现了多次低含沙小水流仍有流量沿程明显增值的情况。洪水在宽浅游荡性河道演进时, 一般情况下, 由于漫滩和槽蓄作用, 洪峰流量沿程减小, 而历时较长的高含沙洪水, 却会出现洪峰流量沿程增大的现象[1]。近年来下站流量大于上站共发生9次, 有8次发生在小浪底至花园口区间。

1.2 水量、沙量及水质情况

水量是河床演变的主要动力条件, 水量的大小及其在各流量级的分布情况对于冲积性河道的河床演变特性, 特别是对河道的平面形态变化和横断面形态变化具有重大影响。在汛期与非汛期的水量在年内的分配近几年改变显著, 秋汛期水量沙量会锐减, 9月下旬~10月水沙特征接近于非汛期, 汛期中大流量持续时间及相应水沙量减少, 枯水历时增加, 汛期水量在中小流量级的集中程度增大, 优势流量级较明显, 花园口占到汛期总水量的86%, 在洪水期含沙量增加, 高含沙洪水几率增加, 1997年洪水洪量不到10亿, 沙量却超过2亿吨, 洪峰流量只有4 020m3/s, 花园口最大含沙量达到571kg/m3, 沙量在汛期洪水期的集中程度增高。花园口段属于游荡性河段, 黄河下游游荡性河段宽阔的河道平面形态、散落的中水河槽具有较大的滞洪沉沙及对水沙的调节作用, 特别在漫滩洪水、高含沙洪水和较低含沙量洪水条件下, 游荡性河段对水沙条件的改变则更加明显[2]。

2 黄河流域水质状况探析

2.1 流域水质污染严重, 支流水质劣于干流

黄河流域劣Ⅲ类水所占比例高达72.3%, 其中劣Ⅴ类水占43.4%, 全流域水质污染严重。干流全年劣Ⅲ类水占65.6%, 其中劣Ⅴ类水占9.4%, 支流全年劣Ⅲ类水占76.5%, 其中劣Ⅴ类水占64.7%, 支流水质污染远远重于干流。

2.2 丰水期水质优于枯水期

黄河流域丰水期符合Ⅲ类水的河段占31.3%, 劣Ⅴ类水的河段占31.3%;枯水期符合Ⅲ类水河段占26.8%, 劣Ⅴ类水河段占46.3%, 丰水期水质优于枯水期, 表明目前黄河流域水质污染仍然是以点源污染为主。

2.3 供水水源地和省界水体水质较差

对10处供水水源地的评价中, 水质符合Ⅲ类标准的仅占30.0%, 70.0%的城市供水水源地水质不符合集中式生活饮用水地表水源地要求, 供水形势仍十分严峻。在评价的29个省界水体断面中, 水质劣于Ⅲ类标准的断面高达72.5%, 表明省界水体水质亦较差。

2.4 水功能区水质达标率较低

近3年来黄河流域水质有一定好转。今年2月与去年同期相比水质有所下降。满足Ⅰ~Ⅲ类水质断面比例由去年的37.5%下降为2月的31.4%, Ⅳ~Ⅴ类水质断面比例基本不变, 劣于Ⅴ类标准断面由去年的35.2%上升为2月42.2%[3]。黄河流域2月与1月、去年同期水质变化比较可参考相关资料。

3 黄河流域水资源保护方法的探析

二级悬河是黄河下游防洪的心腹之患, 必须改变当前槽高滩低的局面, 消除二级悬河, 才能使黄河下游成为一条健康生命力强的河流。只有通过废除生产堤, 才能较快、较好地消除二级悬河的严峻现状;实行人工干预措施改善自然条件。进行人工改道可避免或减轻损失, 并应重点处理人为对黄河流域的破坏, 来改造黄河的现状及受污染严重性;加大观测研究力度, 建立物理模型, 采用先进的设备、手段, 使试验研究和实践密切结合;固滩定槽稳定河势。目前控导工程护守长度不够, 河势尚不稳定。两岸控制工程长度之和一般来说以占河道长的70%以上为宜, 所以应尽快规划, 继续实施;挖沙降河, 充分利用泥沙。挖沙是实现黄河下游河床不抬高、改善生态环境的有效措施;工程导流, 制止出汊, 束水攻沙;拖淤射流, 抑制拦门沙增高。采取借海流、河流动力, 以机船射流排沙入海;定向入海, 巧用潮汐。入海口流向与潮流流向垂直或接近垂直, 则排沙畅通, 口门稳定时间长;否则极易淤塞, 口门稳定时间短。若规顺河口, 利用潮流, 不仅对径流泥沙输送有利, 而且对沉落泥沙的起动再搬运也有很好的效果;建立大、中、小三级河道以适应流量变幅大的特点, 达到加大排沙力度、减轻河槽淤积的目的。

参考文献

[1]齐璞.黄河高含沙量洪水的输移特性及其河床形成[J].水利学报, 1982, 8.

[2]王明甫, 陈立, 周宜林.高含沙水流游荡型河道滩槽冲淤演变特点及机理分析[J].水利工程, 2008, 7.

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