一、引言

　　基于河流水質(zhì)數學(xué)模型可建立入河排污口排污量與河流水質(zhì)的定性、定量關(guān)系，是河流水質(zhì)預測評價(jià)的基本方法。對于大部分的中小河流來(lái)說(shuō)，在實(shí)際入河排污口水質(zhì)預測工作中，多采用河流混合稀釋模型與河流一維水質(zhì)濃度衰減模型進(jìn)行水質(zhì)預測評價(jià)。上述的評價(jià)方法雖在實(shí)踐中有著(zhù)廣泛的應用，但存在如下幾個(gè)問(wèn)題。

　　(1)河流混合稀釋模型與河流水質(zhì)濃度衰減模型在使用時(shí)對初始斷面(污染物入河斷面處)污染物濃度值的精度有一定要求，但河流是一個(gè)復雜多變、具有不確定性的開(kāi)放系統，由于沒(méi)有長(cháng)序列的水質(zhì)動(dòng)態(tài)監測數據，所以無(wú)法準確刻畫(huà)初始斷面污染物濃度。從水質(zhì)預測評價(jià)工作實(shí)際工期的角度出發(fā)，對大多數河流開(kāi)展長(cháng)序列水質(zhì)監測工作也是有一定難度的。

　　(2)在實(shí)際河流水質(zhì)預測評價(jià)工作中，入河排污口多為擬建狀態(tài)，即在入河排污口未投入使用之前，有一定時(shí)間的預測期，僅使用預測期內現狀監測資料無(wú)法驗證模型預測的準確性，這就導致水質(zhì)預測評價(jià)結論都建立在模型邊界條件不發(fā)生改變的理想狀態(tài)下。

　　(3)預測期內若在預測的影響范圍內出現新的未知點(diǎn)源污染，就會(huì )導致模型預測的結果出現偏差，此時(shí)需對評價(jià)范圍內的污染源進(jìn)行重新排查，以校定模型的邊界條件，進(jìn)行重新預測，這樣勢必會(huì )浪費大量的人力物力，延長(cháng)工作周期，降低工作效率。

　　對于評價(jià)范圍內出現未知點(diǎn)源污染的問(wèn)題，在之前研究中，余江等人提出貢獻值的簡(jiǎn)化算法用以解決這一問(wèn)題，但使用這一方法會(huì )夸大擬建項目的環(huán)境效益，此外該方法的使用對河流污染物入河斷面處濃度背景值的精度有一定要求。

　　針對上述問(wèn)題，結合河流水質(zhì)管理目標，筆者試圖提出河流水質(zhì)附加影響評價(jià)方法，以解決缺乏長(cháng)序列水質(zhì)動(dòng)態(tài)監測資料的河流水質(zhì)預測評價(jià)工作中的相關(guān)問(wèn)題，減小對水質(zhì)基礎資料調查的難度及人力物力的投入，縮短環(huán)境評價(jià)工期，提高工作效率。

　　二、一維水質(zhì)模型及其解

　　在不考慮水質(zhì)彌散作用的條件下，給出描述污染物濃度沿河流方向衰減的水質(zhì)模型的假設條件：①在污染物入河初始斷面，河流污染物濃度背景值為Ch(mg/L)、河流流量為Qh(m3/s)、污染物濃度為Cw(mg/L)、污染物排放量為Qw(m3/s)，②河道水流速度為v(m/s)，在河道各斷面一致，③河流水質(zhì)濃度的綜合衰減系數為k(d-1)。

　　基于上述條件，模型表述如下：

　　式中：x為計算點(diǎn)至初始斷面的距離(m)，C為河道某斷面的污染物濃度(mg/L)。

　　式中：t為污染物進(jìn)入河道后到達某斷面的時(shí)間(s)，其余變量含義同上。

　　對式(1)兩邊積分，在上述條件下，得到河流水質(zhì)濃度是一個(gè)沿河穩態(tài)分布函數，即濃度不隨時(shí)間發(fā)生變化：

　　式中：C(x)為河道x斷面處的污染物濃度(mg/L)，C0為污染物進(jìn)入河道混合后初始計算斷面處的污染物濃度(mg/L)，其余變量含義同上。

　　該公式被廣泛應用于中小河流水質(zhì)預測評價(jià)計算中。

　　陶月贊、葉棟成等探討了地下水對河流補給條件下河流水質(zhì)的變化，提到了地下水水質(zhì)與河道水質(zhì)基于一維水質(zhì)模型的混合稀釋、衰減這2個(gè)過(guò)程的計算先后順序不會(huì )對模型最后的預測結果產(chǎn)生影響，這里不妨將污染源當作地下水補給，從模型的數學(xué)結構特征出發(fā)，說(shuō)明上述結論的正確性。

　　式(5)可改寫(xiě)為：

　　式中：Cw?P(x)與Ch?P(x)可以看作是Ch和Cw獨自衰減至x斷面處的濃度值，由于Qh與Qw在整個(gè)研究河段都是保持不變的，所以分子項實(shí)際是污染物和河道本身在x斷面處的溶質(zhì)通量。

　　基于此，Qh、Qw混合后所預測的x斷面處污染物濃度值實(shí)際可以等價(jià)于Ch和Cw獨立衰減至x斷面處再進(jìn)行完全混合作用形成的污染物濃度。

　　由上述可知，Ch、Cw的衰減規律均是符合式(3)的，即污染物衰減變化曲線(xiàn)相互之間是平行的，如圖1所示。

　　三、污染物對河流水質(zhì)的附加影響計算方法

　　在預測期內，當污染物進(jìn)入河道時(shí)，由于難以確定初始斷面河流污染物濃度背景，所以無(wú)法直接使用式(4)對混合后初始計算斷面處的污染物濃度做出準確計算。

　　基于一維水質(zhì)模型的混合、衰減這2個(gè)過(guò)程的計算先后順序不會(huì )對模型最后的預測結果產(chǎn)生影響這一規律，可計算污染物獨立衰減至x斷面處的濃度：

　　式中：Cw(x)為污染物獨立衰減至x斷面處的濃度(mg/L)，其余變量含義同上。

　　考慮污染源部分獨立衰減至x斷面處產(chǎn)生的溶質(zhì)量為W(wmg)，其計算公式為：

　　對于需要進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)的河段斷面來(lái)說(shuō)，式(8)所表示的污染源部分獨立衰減所帶來(lái)的污染相當于對河道額外產(chǎn)生的影響，考慮到日常水質(zhì)評價(jià)中常采用濃度單位，因此本文將污染源部分獨立衰減至評價(jià)斷面所形成的濃度定義為附加影響。

　　綜上，污染物部分獨立衰減到x斷面處對河流水質(zhì)所形成的附加影響ΔC的計算公式為：

　　這里需要注意的是，式(9)為污染物對河流水質(zhì)的附加影響通用計算公式，具體運用時(shí)還需明確具體的污染物因子，即計算具體污染物因子對河道的附加影響。

　　四、應用實(shí)例

　　在實(shí)際河流水質(zhì)預測評價(jià)工作中，通常以某一常見(jiàn)的污染物因子為控制指標，如COD、氨氮，當該污染物濃度衰減至河道初始濃度背景值時(shí)，即可認為該衰減距離為影響范圍，但從水質(zhì)管理目標的角度出發(fā)，因水質(zhì)管理目標對應的某項污染物濃度與河道初始濃度背景值并不重疊，此時(shí)則需要對影響評價(jià)結果做出相應調整。

　　本文以靈璧縣某鄉鎮擬建污水處理廠(chǎng)項目為例，計算該污水處理廠(chǎng)退水的污染物對河流水質(zhì)的附加影響，對該污水處理廠(chǎng)退水進(jìn)行水質(zhì)影響評價(jià)，闡述該方法的可行性。

　　該污水處理廠(chǎng)處理能力為800m3/d，經(jīng)管道退排至唐河，本文以主要控制性指標CODcr為例，經(jīng)處理后退排，正常工況下污染物入河處CODcr濃度為50mg/L，而非正常工況下濃度為250mg/L。

　　唐河位于宿州市境內，現狀水質(zhì)管理目標為Ⅳ類(lèi)水標準，在該水質(zhì)管理目標下，要求控制指標CODcr濃度范圍為20~30mg/L。

　　唐河自排污口入河斷面至下游303省道公路橋控制斷面河段長(cháng)約20km，從最不利工況的角度出發(fā)，取90%的枯水年份最小月份流量，根據測量為0.15m3/s，對應流速為0.0015m/s，綜合衰減系數取0.1d-1?；谏鲜龌緮祿?，計算該污水處理廠(chǎng)退水的污染物對河流水質(zhì)的附加影響。

　　經(jīng)計算，該污水處理廠(chǎng)退水所產(chǎn)生的污染物對河流水質(zhì)的附加影響沿唐河各斷面的變化情況詳見(jiàn)表1。

　　以唐河2018年303省道公路橋斷面水質(zhì)監測成果的平均值為河流水質(zhì)背景值，其中CODcr為21.6mg/L，即唐河現狀水質(zhì)符合地表水Ⅳ類(lèi)標準。

　　(1)在不考慮河流現狀水質(zhì)類(lèi)別的情況下，正常工況下，在x=8000m處可以基本認為污水處理廠(chǎng)退水對河道水質(zhì)的影響可以忽略，非正常工況下，在x=10000m處可以基本認為污水處理廠(chǎng)退水對河道水質(zhì)的影響可以忽略。

　　(2)從河流現狀水質(zhì)管理目標的角度出發(fā)，唐河水質(zhì)背景值CODCr為21.6mg/L，以出縣境控制斷面水質(zhì)類(lèi)別為依據，正常工況下，污水處理廠(chǎng)退水不會(huì )影響水質(zhì)類(lèi)?(即表中數據+河流水質(zhì)背景值≤水質(zhì)Ⅳ類(lèi)標準限值)，非正常工況下，在x=800m處污水處理廠(chǎng)退水已經(jīng)不會(huì )影響河流現狀水質(zhì)類(lèi)?。

　　四、結論

　　(1)在一定條件下，計算污染物對河流水質(zhì)的附加影響，對擬建項目退水影響做出評價(jià)，可有效避免對河流多斷面水質(zhì)濃度背景值的影響，降低評價(jià)工作難度。

　　(2)從水功能區河流水質(zhì)類(lèi)別及水質(zhì)管理目標的角度出發(fā)，采用污染物對河流水質(zhì)的附加影響評價(jià)方法對擬建退水所形成的影響做出定性定量的評價(jià)，可直觀(guān)地呈現對河流水質(zhì)的影響程度。

　　(3)采用污染物對河流水質(zhì)的附加影響評價(jià)方法，可清晰表達入河排污口設置對水質(zhì)管理目標的影響，可以為水域相關(guān)管理提供較為直觀(guān)的數據支撐。

　　(4)污染物對河流水質(zhì)的附加影響評價(jià)方法雖然在計算形式上較為簡(jiǎn)易，但有效聯(lián)系了河流水質(zhì)管理目標，為水質(zhì)預測評價(jià)工作提供了一個(gè)新的思路。(來(lái)源：水發(fā)規劃設計有限公司，山東省海河淮河小清河流域水利管理服務(wù)中心)