長距離明渠輸水工程突發(fā)水污染事件的應(yīng)急調(diào)控

紀(jì)風(fēng)蘭

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆836403)

0 前言

北疆供水工程是目前解決新疆北坡經(jīng)濟(jì)帶水資源匱乏，區(qū)域性水資源分配不均衡及城市、農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水矛盾的長距離調(diào)水工程。水資源是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略性資源。我國水資源人均占有量僅為世界人均的28%，長久以來水資源問題嚴(yán)重限制了北疆經(jīng)濟(jì)的發(fā)展腳步。

為根治區(qū)域性水資源分配不均的問題，國家投入了大量資金，建成并擬建多項(xiàng)大型長距離輸水工程，為眾多地區(qū)經(jīng)濟(jì)和生活帶去利益，因此長距離明渠輸水工程突發(fā)水污染事件的應(yīng)急調(diào)控成為保障國民利益的重要措施。

1 長距離明渠輸水工程及其污染防控的特點(diǎn)

1.1 長距離明渠輸水工程的特點(diǎn)

長距離明渠輸水工程不同于一般輸水工程，具有輸水線路長、調(diào)控點(diǎn)多、持續(xù)供水等性質(zhì)，因此在調(diào)控方面十分復(fù)雜。

長距離明渠輸水工程的特點(diǎn)包括:

1)距離長、調(diào)控效果滯后。在保證穩(wěn)定的條件下，實(shí)現(xiàn)水流及時從初始狀態(tài)調(diào)整到理想狀態(tài)的控制難度很大。

2)由于客觀原因，長距離明渠輸水系統(tǒng)中起調(diào)節(jié)作用的水庫相對較少，從而增加了控制難度。

3)長距離明渠輸水工程一般為多水源調(diào)水系統(tǒng)，使得調(diào)度難度?加大。

1.2 突發(fā)水污染事件的特點(diǎn)

從當(dāng)前已發(fā)生的大型輸水工程突發(fā)水污染案例來看，人為因素是事故發(fā)生的主要原因。突發(fā)污染事件的主要特點(diǎn)為以下幾個方面:

1.2.1 突發(fā)性

由于輸水工程距離長、分布廣的特點(diǎn)，加之導(dǎo)致水污染事件發(fā)生的原因多種多樣，使得事件發(fā)生的時間和地點(diǎn)難以預(yù)料。

1.2.2 擴(kuò)散性

污染物在水的流動性質(zhì)下呈現(xiàn)出很強(qiáng)的擴(kuò)散性，輸水系統(tǒng)在出現(xiàn)污染問題后，污染物會呈條帶狀迅速擴(kuò)散，引發(fā)下游水域的污染。

1.2.3 長期性

由于水污染的突發(fā)性和擴(kuò)散性，往往導(dǎo)致大面積危害，同時由于部分污染物的特性還會給周邊環(huán)境帶來長期的危害。

由于長距離明渠輸水工程的復(fù)雜性，嚴(yán)重突發(fā)水污染事件的發(fā)生，必將會給我們的生態(tài)環(huán)境、社會和經(jīng)濟(jì)帶來難以估量的損失。因此，對于長距離明渠輸水工程突發(fā)水污染事件下的應(yīng)急調(diào)控便成為保障輸水工程社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的重中之重［1］。

2 突發(fā)水污染事件的控制理論分析

2.1 水污染的理論依據(jù)

在輸水工程中污染物進(jìn)入水體后，會經(jīng)過一系列的發(fā)展，我們可以將這個過程分為3個階段:

1)第一階段為射流核心區(qū)，污染物突然進(jìn)入輸水系統(tǒng)水體時的最初狀態(tài)為，污染物與局部水體迅速混合。

2)第二階段是由于污染物在水體的浮力影響下，以及污染物進(jìn)入水體時具有的動能持續(xù)減弱，使垂向的擴(kuò)散作用逐漸放緩，同時轉(zhuǎn)為擴(kuò)散區(qū)。并且在輸水工程水體的流動性影響下，污染物會隨水的流動產(chǎn)生紊動作用，從垂向擴(kuò)散為主轉(zhuǎn)為以橫向擴(kuò)散為主。

3)第三階段的特征為水體污染物擴(kuò)散到輸水工程渠道的全寬范圍，并且污染體截面與輸水?dāng)嗝嬉恢?，然后污染體以縱向方向持續(xù)發(fā)生線性離散。

2.2 控制策略分析

針對長距離明渠輸水工程突發(fā)水污染事件，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)有階段性的應(yīng)急調(diào)控方案，從而實(shí)現(xiàn)將突發(fā)水污染事件中污染體擴(kuò)散對各方面的影響降到最低的效果，為了確定有效方案需要從以下4點(diǎn)進(jìn)行分析。

1)節(jié)制閘門調(diào)控前的處置響應(yīng)階段，在本階段中節(jié)制閘門沒有進(jìn)行調(diào)控即為打開狀態(tài)，輸水工程渠道內(nèi)的水流可以看做是流量恒定狀態(tài)。

通過污染物進(jìn)入水體后隨響應(yīng)時間的推移發(fā)生擴(kuò)散，能夠得到節(jié)制閘門調(diào)控前響應(yīng)階段污染體擴(kuò)散的縱向距離以及其他擴(kuò)散特征值隨時間的推移發(fā)生的變化。

2)節(jié)制閘門的關(guān)閉階段，在本階段中輸水工程渠道上下游的節(jié)制閘門會進(jìn)行關(guān)閉。

輸水工程渠道內(nèi)的水流出現(xiàn)劇烈運(yùn)動轉(zhuǎn)為非恒定流狀態(tài)。通過本階段污染體的擴(kuò)散過程能夠分析污染體的輸移距離，并得到計(jì)算污染體在縱向的長度的方法。

3)節(jié)制閘門調(diào)控后的處置響應(yīng)階段，本階段輸水工程渠道內(nèi)污染區(qū)域上下游節(jié)制閘門完全關(guān)閉，水流會持續(xù)震蕩，但是程度會漸漸降低。通過對本階段的分析能夠得到節(jié)制閘關(guān)閉后隨響應(yīng)時間的推移，污染體縱向長度的變化。

4)最后，將節(jié)制閘門調(diào)控過程中輸水工程渠道內(nèi)污染體擴(kuò)散狀況隨響應(yīng)時間的變化，同防止污染體可接受擴(kuò)散范圍的控制目標(biāo)相結(jié)合，得到確保把污染區(qū)域限制在事件發(fā)生區(qū)域條件下，進(jìn)行節(jié)制閘門調(diào)控的各階段控制時間，最終保證實(shí)現(xiàn)對輸水工程突發(fā)水污染事件的有效應(yīng)急調(diào)控。

3 突發(fā)水污染事件應(yīng)急調(diào)控措施的制定

當(dāng)長距離明渠輸水工程一旦發(fā)生突發(fā)水污染事件，最根本的要求是在盡量縮小污染水域范圍的前提目標(biāo)。

因此，要制定突發(fā)水污染事件應(yīng)急調(diào)控措施方案，必須從制定輸水系統(tǒng)節(jié)制閘門的最佳調(diào)控時間方案入手，從而得到最優(yōu)應(yīng)急調(diào)控措施方案。

根據(jù)污染水體隨節(jié)制閘門調(diào)控響應(yīng)時間的推移，產(chǎn)生擴(kuò)散狀況的變化規(guī)律，可以得到在事件發(fā)生輸水渠道內(nèi)的節(jié)制閘門調(diào)控時間的控制方案:

1)根據(jù)突發(fā)水污染事件發(fā)生時，污染體最上游位置與事件發(fā)生的輸水渠道下游節(jié)制閘門的距離，得到污染云團(tuán)峰值位置與事件發(fā)生的輸水渠道下游閘門的距離;同時，根據(jù)突發(fā)水污染事件發(fā)生時污染體的縱向長度，得出事件發(fā)生的響應(yīng)時間。

2)根據(jù)節(jié)制閘門調(diào)控前穩(wěn)定狀態(tài)下的輸水狀況，可以得到水體的流速以及響應(yīng)時間，能夠計(jì)算出響應(yīng)時間內(nèi)污染水體的擴(kuò)散距離，從而對突發(fā)水污染事件進(jìn)行定位。

3)在發(fā)生污染事件水域上下游閘門進(jìn)行同步調(diào)控時，需要計(jì)算節(jié)制閘門調(diào)控過程中污染水體傳輸距離及其縱向長度的變化范圍。

4)為了實(shí)現(xiàn)把污染水體封閉在事故渠段范圍內(nèi)的目的，需要使發(fā)生污染事件渠段上下游節(jié)制閘門進(jìn)行調(diào)控后，節(jié)制閘門調(diào)控時間內(nèi)污染水體峰值距離加上污染水體縱向的一半，小于突發(fā)水污染事件發(fā)生時刻污染水體峰值斷面距事故渠段下游節(jié)制閘門距離，從而得到節(jié)制閘門調(diào)控的最佳時間方案。

4 結(jié)語

為了保障長距離明渠輸水工程帶來的社會和經(jīng)濟(jì)效益，本文從長距離明渠輸水工程及其污染防控的特點(diǎn)入手，依據(jù)突發(fā)水污染事件的控制理論，對制定污染事件應(yīng)急調(diào)控措施進(jìn)行了分析，得到污染控制過程中節(jié)制閘門調(diào)控的最佳時間方案，為今后制定類似事件的應(yīng)急調(diào)控提供借鑒。

［1］練繼建，王旭，劉纏玉，馬超.長距離明渠輸水工程突發(fā)水污染時間的應(yīng)急調(diào)控［J］.天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2013(01):48－54.