天鵝湖子湖治理對地表水環(huán)境影響的研究

朱來英　彭乾乾　王成林　熊斌梅　李娜

摘要：通過對天鵝湖子湖進行底泥疏浚、污染控制等方面的治理，對清淤前后湖泊水文情勢變化進行了分析，根據(jù)雨季、旱季監(jiān)測的入湖水質(zhì)以及分散處理設施的處理效率，對治理后湖泊水質(zhì)進行了達標分析。根據(jù)全年入湖徑流水量水質(zhì)、湖水現(xiàn)狀水量水質(zhì)研究了分散處理設施處理迭標可行性。

關鍵詞：臨時分散處理設施;綜合衰減系數(shù);徑流系數(shù)

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（ 2020） 2-0095-03

1 引言

湖泊作為水的重要載體，具有涵養(yǎng)水源、蓄洪抗旱、開發(fā)旅游等多重經(jīng)濟和社會功能，對維護自然生態(tài)平衡、補充地下水位、調(diào)節(jié)區(qū)域氣候亦有明顯作用。然而隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，近年來湖泊面積不斷萎縮，調(diào)蓄能力不斷下降，入湖污水量不斷增加，湖泊水體富營養(yǎng)化程度不斷發(fā)展，造成湖泊生態(tài)日益脆弱，生態(tài)鏈斷裂，宜生物種不斷減少，水環(huán)境惡化暴發(fā)事件不斷增多，湖泊富營養(yǎng)化等問題十分突出。因此分析湖泊生態(tài)脆弱的原因，尋找湖泊治理的路徑和方法成為了當前保護湖泊資源的重中之重。

2015年4月2日國務院印發(fā)了《水污染防治行動計劃》（水十條），以改善水環(huán)境質(zhì)量為核心，按照“十六字治水思路”，貫徹“安全、清潔、健康”方針，水陸統(tǒng)籌、河海兼顧，對江河湖海實施分流域、分區(qū)域、分階段科學治理。

為了改善天鵝湖子湖水質(zhì)及周邊水環(huán)境，通過對湖泊進行清淤疏浚，對初雨污染治理，清除湖區(qū)污染物，凈化水體，使湖區(qū)水污染得到有效控制和治理。本項目是踐行新時代治水計劃的惠民工程。

2 工程內(nèi)容

天鵝湖是武漢市東湖的子湖，天鵝湖以省博路延長線為界，西側(cè)為天鵝湖子湖，東側(cè)為天鵝湖主湖?，F(xiàn)狀天鵝湖子湖水質(zhì)為劣V類。

2.1 底泥疏浚

對天鵝湖子湖水域進行清淤，疏挖底泥污染層及過渡層，實現(xiàn)內(nèi)源污染治理。

2.2 污染臨時控制

現(xiàn)狀天鵝湖子湖外東北側(cè)已建6800 m3初雨調(diào)蓄池，本次在天鵝湖子湖東北角新增設置10000 m3臨時初雨調(diào)蓄區(qū)。在南側(cè)設置曝氣生物濾池工藝的臨時分散處理設施，分散處理設施處理規(guī)模為10000 m3/d，對溢流污水及污染較為嚴重的初雨進行凈化處理，減少人湖污染;同時設置抽排泵站及生態(tài)濾壩，盡量減少對主湖的污染。在天鵝湖子湖中間位置設置圍隔，旱季開啟控制閘門，子湖的水沿圍隔北部自西向東進入臨時調(diào)蓄區(qū)，經(jīng)提升泵提升后進入臨時分散處理設施進行處理，分散處理設施出水沿圍隔南部自東往西流，拉動湖泊內(nèi)循環(huán)，持續(xù)改善水質(zhì)。

3 工程目標

天鵝湖子湖水體主要水質(zhì)指標達到地表水IV類標準，消除水域發(fā)黑、發(fā)臭現(xiàn)象，杜絕大面積藍藻水華。

4 運行期污染臨時控制工程對水環(huán)境的影響

4.1 水文情勢變化情況

天鵝湖子湖清淤前后水文情勢變化見表1。

清淤后天鵝湖子湖儲水能力增強，一方面緩解了區(qū)域的雨季泄洪壓力，另一方面降低了雨季泄洪入天鵝湖主湖的頻率，減少了對主湖的污染。

4.2 天鵝湖子湖水質(zhì)達標分析

結(jié)合排口水質(zhì)監(jiān)測資料及出水要求，分散處理設施采用曝氣生物濾池工藝。

工藝流程：初雨調(diào)蓄池→提升泵→分散處理設施→出水。

4.2.1 水質(zhì)預測模型

運行期，評價天鵝湖子湖水面旱季及雨季兩種情況下水質(zhì)變化情況。天鵝湖子湖東西向長度最長約440m，南北向最長約200 m，水深約2.45 m，初雨調(diào)蓄池垂直投影面積為6050 m2，初雨調(diào)蓄池儲水量10000m3，天鵝湖子湖（不含初雨調(diào)蓄池垂直投影面積，約51150m2）日常儲水量125317.5 m3。根據(jù)《環(huán)境影響評價技術導則地表水環(huán)境》（ HJ2. 3-2018），在模擬湖庫水域形態(tài)規(guī)則、水流均勻且排污穩(wěn)定時可以采用解析解模型。天鵝湖子湖屬于小型湖泊，且日常水位19.4～19.8 m，無湖水外排入天鵝湖主湖。評價范圍取天鵝湖子湖水面。COD、氨氮預測采用零維湖庫均勻混合模型預測。

湖庫均勻混合模型基本方程為：

式（2）中：k為污染物綜合衰減系數(shù)，1/s。

4.2.2 水質(zhì)預測參數(shù)

4.2.2.1 旱季水質(zhì)預測參數(shù)

旱季水質(zhì)預測采用天鵝湖混流箱涵排口旱季最大污水流量、污染物最大濃度及天鵝湖水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)中污染物最大濃度（表2）。運行期，旱季入湖污水及湖水進入分散處理設施處理，處理后回到天鵝湖子湖，無湖水外排入天鵝湖主湖。

本模型中衰減系數(shù)K通過其他湖泊江河經(jīng)驗、模型率定等方式綜合確定。

相關經(jīng)驗和研究成果：中國水科院水環(huán)境研究所[1]其氨氮的K為0. 056/d，CODmn的K為0.07/d;長江委上游水文局在2000年編制重慶市水資源保護規(guī)劃時的實際監(jiān)測成果，氨氮的K為0. 05～0. 25/d，CODmn的K為0. 03～0. 2/d;長江水資源保護科研所在湖南湘江實際監(jiān)測成果，氨氮的K為0. 06～0. 35/d，CODmm的K為0. 05～0. 35/d;丁訓靜等在太湖流域水質(zhì)模擬研究時[2]CODmn的K為0.14～0.23/d;楊文龍、楊常亮等在滇池水環(huán)境容量模型研究[3]中COD的K為0.0011～0.0681/d。姚瑞珍等[4]在磁湖氮環(huán)境容量分析研究中氨氮的K取0. 1499/d?！度珖乇硭h(huán)境容量核定技術報告編制大綱》中相應規(guī)定，COD降解系數(shù)一般不宜大于0.2，氨氮降解系數(shù)一般不宜大于0.1。

參數(shù)率確定：參照相關經(jīng)驗和研究成果，確定綜合衰減系數(shù)COD的K取0.07/d、氨氮的K取0.05/d（表3）。

4.2.2.2 雨季水質(zhì)預測參數(shù)

本次工程地表徑流污染控制主要針對臨時調(diào)蓄區(qū)及分散處理設施所服務的1.7 km2范圍，其處理模可以控制約34.5 mm的降雨，對應約80%的年徑流總量控制率。

南昌大學的研究[5]以前湖校區(qū)為對象，受納水體潤溪湖，通過對路面雨水徑流及湖水在降雨前、中、后的地表水水樣進行pH值、濁度，SS、COD、TP和氨氮指標的測試，探究各個階段的變化規(guī)律并作了相關分析。結(jié)果表明：雨水徑流的匯入是造成水體污染物增加的主要原因。

蔣德明，蔣瑋[6]研究發(fā)現(xiàn)引起地表水污染的原因有很多，雨水徑流帶來的非點源污染已成為水體污染的主要因素。城區(qū)雨水徑流污染嚴重，主要為有機物污染和懸浮固體污染，一般規(guī)律是：初期雨水徑流污染物最嚴重，可達到很高的濃度，隨降雨歷時的延長，濃度逐漸降低并趨于穩(wěn)定。

根據(jù)以上研究結(jié)論，可以看出雨季入湖污染源水量、水質(zhì)受到多種因素的制約。雨季水質(zhì)預測采用表4的天鵝湖地表徑流污染物監(jiān)測濃度。運行期雨季，雨季人湖雨水進入分散處理設施處理，處理后回到天鵝湖二湖，減少湖水外排入天鵝湖主湖。

4.2.3 水質(zhì)預測結(jié)果

經(jīng)預測旱季，臨時分散處理設施處理5 d后COD可達到Ⅳ類標準;處理28 d后氨氮可達到IV類標準;經(jīng)預測雨季，處理6 d后COD可達到IV類標準;處理28 d后氨氮可達到IV類標準（表6）。

4.3 分散處理設施處理能力分析

4.3.1 天鵝湖子湖日常儲水量

天鵝湖子湖日常儲水量125317.5 m3。待旱季開啟控制閘門，天鵝湖子湖的水進入臨時調(diào)蓄區(qū)，經(jīng)提升泵提升后進入臨時分散處理設施進行處理，拉動湖泊內(nèi)循環(huán)，持續(xù)改善天鵝湖水質(zhì)。

4.3.2 入湖徑流量

天鵝湖子湖匯流面積約1.7km2，根據(jù)《武漢市水資源公報（2018年）》武漢市年均降雨量約1240.6 mm。天鵝湖匯流范圍內(nèi)主要以小區(qū)公建、綠地為主，綜合取值徑流系數(shù)0.8，則年徑流量約168.7萬m3匯入天鵝湖子湖。

（1）現(xiàn)有初雨調(diào)蓄池轉(zhuǎn)輸量：平均可控制約19 mm的降雨量。根據(jù)武漢市兩次典型年降雨資料，場次降雨量小于19 mm的總雨量毫米數(shù)約416 mm，則全年可截流轉(zhuǎn)輸徑流總量56. 576萬m3，通過d1000市政污水管送至二郎廟污水處理廠集中處理。

（2）本次方案中，新增分散處理設施十新增調(diào)蓄池十現(xiàn)有調(diào)蓄池總的設計目標為控制約34.5 mm的降雨，場次降雨量小于34.5 mm的總雨量毫米數(shù)約593mm，扣除轉(zhuǎn)輸?shù)?16 mm，則徑流總量為24. 072萬m3進入分散處理設施處理。

（3）根據(jù)武漢市兩次典型年降雨資料，對于場次降雨量大于34.4 mm的情況，降雨毫米數(shù)在38～118mm，徑流總量為88. 074萬n13，當天鵝湖子湖水位上漲至20. 00 m時，啟動抽排泵站，使排水經(jīng)現(xiàn)狀市政雨水管直接排人東湖;極端情況下，天鵝湖子湖水位持續(xù)上漲至最高水位20. 15 m時，天鵝湖子湖的水溢流進入天鵝湖主湖。

4.3.3 分散處理設施全年處理達標分析

分散處理工程設計處理規(guī)模為10000 m3 /d。一年處理能力為365萬m3，進入天鵝湖子湖的年徑流量為24. 072萬m3，天鵝湖子湖日常儲水量125317.5 m3，分散處理設施一年約處理入湖徑流和湖泊內(nèi)水共10次。根據(jù)人湖徑流量雨水水量水質(zhì)及湖水日常儲水水量水質(zhì)，經(jīng)計算全年氨氮平均濃度為2. 92 mg/L，分散處理設施氨氮處理效率65%，處理一次后氨氮濃度可以滿足Ⅳ水質(zhì)標準;全年COD平均濃度為57. 84 mg/L，分散處理設施COD處理效率50%，處理一次后COD濃度滿足IV水質(zhì)標準?？梢?，經(jīng)分散處理設施處理后，天鵝湖子湖湖水能達到IV類水質(zhì)標準。

5 結(jié)論

清淤后，天鵝湖子湖的水深增加，儲水能力增強。一方面緩解了區(qū)域的雨季泄洪壓力，另一方面降低了雨季天鵝湖子湖泄洪入天鵝湖主湖的頻率，減少了對主湖的污染。經(jīng)預測，經(jīng)分散處理設施處理后，天鵝湖子湖湖水能達到IV類水質(zhì)標準。

參考文獻：

[1]李錦秀，廖文根，黃真理.三峽水庫整體一維水流水質(zhì)數(shù)學模擬研究[J].水利學報，2002（12）：7-17.

[2]丁訓靜，姚琪，毛永根.太湖流域水質(zhì)模擬研究[J].水資源保護，1998（4）：10 -14.

[3]楊文龍、楊常亮.滇池水環(huán)境容量模型研究及容量計算結(jié)果[J].云南環(huán)境科學，2002，21（3）;20-23.

[4]姚瑞珍，郭建林，肖文勝，等.磁湖氮環(huán)境容量計算研究[J].環(huán)境科學與技術，2009（32）：86-89.

[5]韓玉龍，劉振中，雨水徑流對受納水體的污染特性研究[J].水土保持研究，2015，22（6）：65-71.

[6]蔣德明，蔣瑋，國內(nèi)外城市雨水徑流水質(zhì)的研究[J].物探與化探，2008，32（4）： 417-429.

作者簡介：朱來英（1981-），女，碩士，工程師，主要從事環(huán)境咨詢工作。