水閘調(diào)控對河流水質(zhì)變化的影響分析

中山市火炬開發(fā)區(qū)水利所 廣東 中山

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的迅速發(fā)展，水資源越來越缺乏，水污染也越來越嚴(yán)重，人們對于水資源利用有了更高的要求，因此建立水利工程措施，加強(qiáng)輔助設(shè)施成為合理利用水資源的重點(diǎn)。水利工程利于合理調(diào)配水資源，便于緩解水資源空間分布不均勻的供求矛盾，從而實(shí)現(xiàn)水資源的效益最大化，另一方面可以使水庫具有調(diào)節(jié)性能，提高下游水體的自凈能力和繪制狀況，改善水生態(tài)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：水閘調(diào)控；河流水質(zhì)；影響

國際上有很多國家利用水庫水閘成功的改善了河流水質(zhì)，我國也應(yīng)該結(jié)合水環(huán)境承載能力、江河流量、湖泊水庫及地下水水位等基礎(chǔ)問題對水資源進(jìn)行開發(fā)利用和調(diào)節(jié)調(diào)控。由于水閘要承擔(dān)發(fā)電、防洪和灌溉等任務(wù)，還要合理改善水環(huán)境，所以要進(jìn)行污染源的恰當(dāng)處理，減少污染物的排放，也要合理利用水閘最大限度利用水體納污能力，改善河流水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)水資源效益最大化。

1 水閘調(diào)控的實(shí)際意義

水資源是當(dāng)今社會最為重要的自然資源，要求具備質(zhì)和量兩個方面的屬性。水量就是要求滿足一定的水的數(shù)量要求，也就是水的多少；水質(zhì)是說水的實(shí)用性、適用性，也就是水的好壞。這些都與人們的生產(chǎn)生活緊密相關(guān)。在社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的當(dāng)下，所用的用水部門都要在水資源方面提高要求，合理恰當(dāng)?shù)睦么卧?，有效控制和治理河流污染?/p>

對天然河道而言，污染物排放到水體以后，流水會進(jìn)行混合稀釋和擴(kuò)散，水中的某些粒子和污染物發(fā)生反應(yīng)，降低力污染物濃度，使污染的水體可以恢復(fù)到污染前的狀態(tài)，但是水量、流速等問題對這個過程會產(chǎn)生影響。隨著水利工程的不斷壯大，季節(jié)性降水對河道流量產(chǎn)生的影響越來越小，水閘對河段水流狀況的控制也越來越明顯，污染物中的水體中的遷移和轉(zhuǎn)化也越來越復(fù)雜，所以水閘調(diào)控對河流水質(zhì)的影響的調(diào)查研究十分必要，并且該研究的結(jié)果也可以對科學(xué)調(diào)控和改善水質(zhì)有很大的知道指導(dǎo)作用。

2 水閘調(diào)控的方法內(nèi)容

2.1水閘調(diào)控有很多方面的內(nèi)容

從水質(zhì)轉(zhuǎn)化作用分析調(diào)控作用，在不同的運(yùn)行模式下，對污染物遷移轉(zhuǎn)化和分解的規(guī)律進(jìn)行分析和研究，從而構(gòu)建一個水動力模型，利用能源的內(nèi)部交換形成水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化模型，支持了水閘調(diào)節(jié)的多情景模擬和高識別性；從水質(zhì)濃度影響因子識別的研究方面，對特殊水閘河段水質(zhì)濃度影響因子進(jìn)行識別，并實(shí)際出多種水閘的調(diào)控情景和排污負(fù)荷情景，通過對情景的模擬計(jì)算實(shí)現(xiàn)對閘控河段水質(zhì)濃度的量化關(guān)系；從水閘調(diào)控對河流水質(zhì)改善的可調(diào)性上的研究，在可調(diào)性的定義之內(nèi)，提出水閘調(diào)控對河流水質(zhì)改善的可調(diào)性識別技術(shù)，并實(shí)際對幾座重點(diǎn)水閘進(jìn)行力可調(diào)性識別；從水閘調(diào)控對河流水質(zhì)影響和相互關(guān)系識別的開發(fā)，以計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)為支撐，運(yùn)用合理的理論知識，以實(shí)用性為開發(fā)原則，開發(fā)適合閘壩調(diào)控、排污防暴以及影響河流水質(zhì)的模擬軟件。

2.2水閘調(diào)控的主要方法有很多

在河流污染物遷移轉(zhuǎn)化作用的基礎(chǔ)上，把關(guān)閘蓄水和開閘放水作為重點(diǎn)，進(jìn)一步討論閘控河段的水質(zhì)轉(zhuǎn)變情況；在模擬水環(huán)境的方法下建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)流體物理學(xué)和污染物遷移規(guī)律，建立水動力和水質(zhì)模型，從而描述水中污染誰時間空間的變化情況；根據(jù)污染物遷移轉(zhuǎn)化作用，選擇來水條件及水閘調(diào)控方式，針對這兩個影響因子實(shí)際多種情景模式，構(gòu)建水閘調(diào)控影響的情景模式，通過對模擬結(jié)果對比，評估水污染負(fù)荷和水閘調(diào)控對河流水質(zhì)濃度的影響；可調(diào)性概念對水閘河流水質(zhì)改善的評估，在描述水閘有效改善水質(zhì)狀況時，必須引入可調(diào)性概念及其詳細(xì)描述，在閱讀大量有關(guān)文件的情況下，總結(jié)水閘可調(diào)性概念，充分考慮水閘調(diào)控的影響，討論水閘可調(diào)性的內(nèi)涵；對水閘的可調(diào)性進(jìn)行判別，在了解可調(diào)性定義的基礎(chǔ)上，選取可調(diào)性依據(jù)，從水質(zhì)、水溫、水閘三個方面建立環(huán)境影響因素樣本，選取各個因素進(jìn)行組合分析，利用模型進(jìn)行計(jì)算，對比得出結(jié)果，從而進(jìn)行可調(diào)性判別。

3 水閘調(diào)控的可調(diào)性

閘控河段的水體污染物的遷移轉(zhuǎn)化是一個極為復(fù)雜的過程，隨著水閘的規(guī)模不斷擴(kuò)大，水閘對河流的影響也越來越大，不合理的水閘調(diào)控方式會嚴(yán)重污染下游河道，合理的水閘調(diào)控就可以最大限度的利用水體納污能力，改善河流水質(zhì)。那么，要進(jìn)行水閘調(diào)控有效改善水質(zhì)，就要摸清水閘調(diào)控的方式，通過水質(zhì)轉(zhuǎn)化機(jī)理、水閘調(diào)控影響模型和各種量化關(guān)系研究，開展對水閘可調(diào)性的認(rèn)識，實(shí)現(xiàn)水閘科學(xué)調(diào)控，從而改善水環(huán)境。

要進(jìn)行水閘對水質(zhì)改善的可調(diào)性判別的重點(diǎn)是水閘調(diào)控情景的設(shè)計(jì)，通過大量情景模式模擬出水閘調(diào)控的結(jié)果，對其結(jié)果進(jìn)行對比分析，從而為了解實(shí)際來水情況，進(jìn)一步設(shè)置不同水閘調(diào)控情景和計(jì)算判別重點(diǎn)水閘可調(diào)性提供方便。通常情況下，由于河流水體中污染物濃度小，污染物沉降然后降解，底泥在水流的攪動下發(fā)生懸浮，對河流水質(zhì)產(chǎn)生了影響，不同的水閘調(diào)控方式讓各種物質(zhì)的作用程度各不相同，導(dǎo)致了炸后污染物濃度的變化，但當(dāng)污染負(fù)荷不大不小時，水閘調(diào)控可以在一定程度上消減污染負(fù)荷，改善河流水質(zhì)。

4 水閘調(diào)控的主要成果

4.1 水閘調(diào)控的研究結(jié)論

水閘調(diào)控可以使污染物在水體和底泥之間流動，蓄水時污染物從水體中沉降到底泥，也就是污染物有溶解相轉(zhuǎn)化為底泥相，水體中的污染物濃度降低了；放水時污染物從底泥再懸浮重新釋放到水體中，也就是污染物由底泥相轉(zhuǎn)化為懸浮相再轉(zhuǎn)化為溶解相，水體中污染物濃度升高。閘控水質(zhì)濃度的變化率和水閘的調(diào)節(jié)方式有關(guān)，與來水污染負(fù)荷也有關(guān)，這兩個關(guān)系都間接反映了閘控河段水閘調(diào)控、污染負(fù)荷與水質(zhì)濃度復(fù)雜的非線性關(guān)系。在一定的來水來污條件下，水閘調(diào)控對閘控河段水質(zhì)有很大的改善作用，水閘有可調(diào)性，但是不合理的水閘調(diào)控反而會增加水體中的污染物，使水質(zhì)變差，水閘無可調(diào)性。來水的污染負(fù)荷較大時，水閘小流量下泄可以一定的消減閘后污染物的濃度，但是水體中的污染物濃度依然是超出了標(biāo)準(zhǔn)值，水質(zhì)會逐漸惡化；污染物負(fù)荷較小，閘門無論開度變大變小，還是開啟個數(shù)增加減少，閘后的水質(zhì)濃度雖然會升高降低，但是污染物的濃度確實(shí)是保持不變的，且維持在一個較低的水平，不會影響水質(zhì)。

4.2 水閘調(diào)控的成果創(chuàng)新

建立水閘調(diào)控模型，其中包含了水閘調(diào)控的水動力學(xué)模型以及底泥影響的水質(zhì)模型，實(shí)現(xiàn)控制污染水體演進(jìn)變化。建立閘控水質(zhì)濃度變化率和水閘調(diào)控方式、污染負(fù)荷的關(guān)系，合理分析水閘調(diào)控、污染負(fù)荷對水質(zhì)的影響。提出改善河流水質(zhì)可調(diào)性，分析可調(diào)性的內(nèi)涵，體處理水閘可調(diào)性的判別方法。水閘調(diào)控對河流水質(zhì)影響的模擬開發(fā)，利用計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的科學(xué)管理，把水閘調(diào)控和污染負(fù)荷和污染濃度的關(guān)系量化。

4.3水閘調(diào)控的研究展望

可以構(gòu)建出二維或者三維的水閘調(diào)控模型，深度分析橫向和水深方向污染濃度的變化，全面了解閘控河段污染物的遷移轉(zhuǎn)化。對構(gòu)建好的閘控水質(zhì)濃度變化和水閘調(diào)控、來水污染負(fù)荷之間的關(guān)系開展物理性的驗(yàn)證試驗(yàn)。增加水閘調(diào)控運(yùn)行方式，增加污染負(fù)荷的情景，從而收集更多水閘的特征、水文、水質(zhì)等資料，驗(yàn)證水閘調(diào)控的影響模型，模擬計(jì)算多情景下的水閘調(diào)控，有效判別水閘的可調(diào)性。

水閘調(diào)控可以是河流徑流量、水流流速、水深和污染物的遷移擴(kuò)散及分解作用等要素發(fā)生變化。閘門大開度，徑流量大、流速快、污染物擴(kuò)散快分解強(qiáng)，底泥再懸浮大大影響污染物濃度；閘門小開度，下泄流量小、流速慢，污染物大大沉降底泥懸浮少，污染小。由此可見，水閘和水閘的調(diào)控方式使河流污染物遷移分解的過程更加復(fù)雜，大大影響力污染物濃度的時空分布，大大降低了水利工程的經(jīng)濟(jì)效益。

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