淮河水系鳳臺至淮南主城區(qū)段水動力學及水質(zhì)數(shù)學模型研究.pdf

1、淮河水系鳳臺至淮南主城區(qū)段位于淮河中游，地處安徽省淮南市。淮河自西向東橫穿淮南市，在鳳臺縣附近受八公山的阻隔，河道曲折，受自然因素和人工開挖河渠的雙重影響，具有二道河、河心洲（上下六坊堤）等地形特點?；春幼鳛榛茨鲜兄匾乃蠘屑~，是工農(nóng)業(yè)用水、居民飲用水源地，與淮南市的經(jīng)濟發(fā)展、百姓的生活息息相關(guān)。但是由于氣候、地理、歷史等方面的原因，淮河中游河段極易發(fā)生洪水和干旱，且受人類工農(nóng)業(yè)活動的影響，水質(zhì)狀況也不容樂觀，部分監(jiān)測斷面水質(zhì)甚至達到

2、國家Ⅴ類水。因此有必要對目標河段的水環(huán)境狀況展開深入研究，以便全面了解污染物在時間和空間上的影響深度和廣度。
　　本文以淮河水系鳳臺至淮南主城區(qū)為目標河段，上游起始斷面為淮南市鳳臺縣魯臺子水文站，下游終止斷面設(shè)為淮南市主城區(qū)田家庵區(qū)田家庵斷面，研究對淮河中游大斷面地形資料，部分年份的水文水質(zhì)觀測資料進行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。利用SMS(地表水模擬系統(tǒng))中二維水動力學模型RMA2和物質(zhì)輸運模型RMA4，對目標河段特定年份豐水期和枯水期的水

3、流水質(zhì)狀況進行了模擬計算。通過本論文的研究，對淮河水系鳳臺至淮南主城區(qū)段水動力學擴散特征、水質(zhì)要素的擴散輸移規(guī)律有了一定的認識，具體包括以下幾個方面:
　　(1)以特定洪水年2003年的水文資料對目標河段進行糙率率定，率定結(jié)果為n=0.02。通過對2004年洪水期和2009年枯水期水位、流速的模擬值和觀測值比較，成功模擬了水位和流速的變化過程。相對誤差δ、平均誤差η、均方根誤差σ較小。誤差最小二乘法分析顯示相關(guān)性系數(shù)R2平均在0.

4、95以上，模型精確度較高，為污染物輸運計算提供了可信的動力場。
　　(2)分汊流水動力學模擬計算得出鳳臺大橋附近分汊口處南北汊分流比約為4∶1，南汊分出的二級支汊南北分流比為約3∶1，交匯口處南北汊分流比約3∶2。分汊流整體水流流場模擬顯示分汊型河道二道河以上河心洲（上六坊堤）分隔的南汊較北汊具有較好的通航條件，二道河以下河心洲（下六坊堤）分隔的南北汊通航能力較均衡。通過對上游不同流量級下交匯口處的流場模擬展示了交匯口處有河心灘出

5、露，且為不穩(wěn)定灘地，并分析了灘地形成的原因及其演化趨勢。
　　(3)水質(zhì)模擬對目標河段接納污染源進行了概化處理，對各排污口的排污量和排污濃度采取年平均統(tǒng)計分析方法，以豐水期2004年7月水質(zhì)資料為基礎(chǔ)，對魯臺子斷面、平圩大橋斷面、田家庵斷面污染指標氨氮(NH3-N)、高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)、重鉻酸鉀指數(shù)(CODCr)進行了計算，模擬值和實測值吻合度較好，研究表明豐水期污染物徑流輸入較大，污染物高濃度區(qū)隨著潁河向魯臺子推移，各下

6、游斷面污染物濃度與潁河排污相關(guān)率高。并以氨氮(NH3-N)為例，展示了特定時刻點污染源的時空分布特征。通過對分汊河道六個特征點的污染物動態(tài)變化過程計算，顯示了豐水期受潁河口動態(tài)排污的影響，分汊型河道各汊分污整體均衡，局部存在一定差異，但差異規(guī)律不顯著。
　　(4)根據(jù)1956～2000年的實測流量資料，推求出魯臺子水文站95％、75％保證率下的設(shè)計流量，對水動力要素進行預測，結(jié)合目標河段沿淮排污口2003年全年排污資料，對鳳臺大橋

7、斷面、平圩大橋斷面、田家庵斷面的污染指標氨氮(NH3-N)和化學需氧量(CODCr)進行預測，模擬結(jié)果分析表明:小流量下（枯水期），當上游來水為《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅲ類水濃度時，水質(zhì)穩(wěn)定后下游各特征斷面污染指標濃度嚴重超標。其中鳳臺排污口排污對下游斷面水質(zhì)“貢獻率”較大，尤其對于分汊型河道交匯口不遠處的平圩大橋斷面（淮南飲用水源區(qū)的代表斷面），受到上游污水和鳳臺排污的雙重影響，污染物產(chǎn)生聚集效應，難以擴散推移。為體現(xiàn)污染源在河道中分布