城市水系统控源截污理论与实践研究

作     者：金美华 

作者单位：苏州科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李翠梅

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：城市水系统 MIKE11 动态水环境容量 初期雨水径流 控源截污 

摘      要：近年来,我国在经济发展、生态文明建设等领域取得了举世瞩目的成就。但是长期以来,以粗犷型、劳动密集型为主要特征的低端制造业造成了严重的环境污染,尤其以水环境污染较为突出。同时,城镇化进程的加快,加速了城市生态系统的恶化,降低了城市水系统的自净能力和环境容量,突出的焦点就是几乎每个城市都面临着严峻的黑臭水体治理问题。因此,从系统论的角度出发,以城市水系统各环节为研究对象,分析其水文变化过程、水动力学基本概况、水环境质量变化规律、水生态系统演变与水环境容量变化的关系;应用水动力与水质模型对研究单元展开深入的模型分析,基于现有水环境模拟软件对研究对象进行模拟分析研究,结合实际数据进行比较,探索城市水系统控源截污基本理论与关键要素,拟为城市系统性控源截污、正本清源、生态系统再构建(海绵城市建设)提供理论参考,为提高城市水环境综合整治的科学性和准确性、提高海绵城市建设的生态性与兼容性(岸上与水中)、促进城市内河与流域水系环境容量健康发展展开前期尝试性的研究。本文在水环境容量及控源截污基本方法研究的基础上,以张家港杨舍镇为研究对象,全面分析了其水环境状况及污染源负荷,应用MIKE11模型的降雨径流模块(NAM)、水动力模块(HD)及水质模块(AD)建立了研究区的水环境数学模型,利用研究区断面水位、流量、水质的实测数据对该模型参数进行率定,掌握了张家港市中心水系的COD和氨氮的时空分布规律。并开展基于MIKE11模型的动态水环境容量计算研究,模拟预测控源截污及污水厂尾水排放标准提升对河道水质及水环境容量的改善效果。研究结果表明:(1)MIKE11模型对研究区域河道的模拟研究具有较好的实用性,能够反映出实际的水动力和水质变化情况。在降雨径流模块和水动力模块上,水位模拟相对误差和Nash-Suttcliffe系数分别6.4%±4.2%、0.864.882,流量模拟相对误差和Nash-Suttcliffe系数分别4.8%±3.2%、0.874.896。在水质模块上,COD的平均误差范围是10.3%4.5%,氨氮的平均误差范围是9.2%3.7%。(2)基于MIKE模型的水环境容量公式法,综合考虑了水文条件、现状水质、降雨径流、污染物自净作用等,客观的反映了水环境容量的动态特征。研究区内COD和氨氮水环境容量均呈现出一定的规律,即丰水期平水期枯水期,且部分河段的下游河段水环境容量值高于上游和中游河段。(3)不同治理方案对河道水环境改善效果是不同的,其中控源截污是改善河道水质与水环境容量的关键,尤以初期雨水末端截流效果最为明显。当截流时间为300min时,河道COD浓度降幅为21.97%8.16%,氨氮浓度降幅为18.91%5.07%,COD水环境容量增幅为30.52%8.44%;氨氮水环境容量增幅范围为24.79%1.92%。同时,通过控源截污及污水厂尾水排放标准提升可使全长70%以上的河段达到水质目标。本研究可为城市水环境综合整治提供借鉴和依据。