巢湖市环城河底泥释放特性研究及补水优化计算-建筑与土木工程专业论文.docx

I 摘 要 巢湖市地处安徽中部，临近长江，环抱巢湖。近年来，巢湖市经济迅速发展，巢 湖市周围的河流、湖泊均受到不同程度的污染，尤其以巢湖市区的河道污染最为严重， 影响居民的日常生活，因此，需要对巢湖市区水环境进行保护和生态安全维护。本课 题研究对象环城河为巢湖市区典型污染河流，是巢湖市区最主要水系。环城河分为东、 西两部分。东、西环城河水质均为劣 V 类，水质污染严重，总磷、总氮严重超标。 课题根据河道的特征、污染负荷，以 COD 代替 BOD，利用 Dobbins-Camp 水质 模型，计算河道末端水质达标所需要的最小补水流速和最小补水流量，从而优化巢湖 市城区水系补水调控技术。 选择在东、西环城河上各布置三个采样点，共六个采样点。参照 BOD 培养法测 定 COD 降解系数 k1 和沉淀系数 k3，并对 COD 降解系数 k1 进行修正，得出相同温度 下东环城成河 COD 降解系数比西环城河大，原因是东环城河河水污染程度比西环城 河严重，水中污染物较多，导致河流耗氧速度变快，引起 COD 降解系数 k1 较大。 通过底泥耗氧实验模拟测定得到底泥耗氧量 ?O 与时间 t 呈线性关系，关系式分 别 为 ： 东 环 城 河 7℃ 时 ?O =0.0740t+0.4394 ， 15℃ 时 ?O =0.1602t-0.1534 ， 28℃ 时 ?O =0.2316t，西环城河 7℃时 ?O =0.0899t+0.3661，15℃时 ?O =0.1522t+0.2651，28℃ 时 ?O =0.2088t+0.4600； 单位面积单位时间底泥耗氧速率 p1 与温度 T 存在线性关系，且水温 13℃、29℃、 16℃ 、 5℃ 条 件 下 东 环 城 河 单 位 面 积 单 位 时 间 底 泥 消 耗 溶 解 氧 量 分 别 为 ： 17.255mg/(m2·h)、31.857mg/(m2·h)、19.993mg/(m2·h)、9.955mg/(m2·h)；水温 13℃、 29℃、16℃、5℃条件下西环城河单位面积单位时间底泥消耗溶解氧量分别为。 17.986mg/(m2·h)、29.956mg/(m2·h)、20.230mg/(m2·h)、12.001mg/(m2·h)。 水体复氧包括大气复氧和光合作用复氧。本文采用公式估算法。根据东、西环城 河平均水深，选用 Churchill 公式计算大气复氧系数 k2。光合作用复氧特性研究采用 黑白瓶实验测定，春季和秋季光照强度相近可视为相同，测定结果分别为：东环城河 夏季产氧速率为 1.237mg/L·d、耗氧速率为 0.303mg/L.d，秋季产氧速率为 0.723mg/L·d、 耗氧速率为 0.273mg/L·d，冬季产氧速率为 0.573mg/L·d、耗氧速率为 0.283mg/L·d； 西环城河夏季产氧速率为 0.850mg/L·d、耗氧速率为 0.223mg/L·d，秋季产氧速率为 0.715mg/L·d、耗氧速率为 0.195mg/L·d，冬季产氧速率为 0.353mg/L·d、耗氧速率为 0.168mg/L·d。 通过对底泥释放实验厌氧条件下和自然水体条件下的静态模拟，得出：COD 释 放量 20℃30℃5℃，原因是 20℃既不利于微生物降解有机物也不利于矿物质吸附 II 有机物，导致大量有机物释放到水体，水体 COD 浓度高；底泥释放 TN、TP 的 量是 30℃20℃5℃，原因为温度升高，微生物能够利用水中溶解氧降解有机氮和有 机磷，此外，溶解氧的减少使得氧化还原电位降低，使 Fe3+还原成 Fe2+，磷可以从沉 淀物中释放出来，所以，温度越高，底泥释放 TN、TP 越多；厌氧条件下底泥释放 COD、TN、TP 浓度均大于自然水体条件下底泥释放量，原因是厌氧条件下，好氧微 生物不能降解有机物，有机物进行厌氧分解不利于硝化作用和反硝化作用，溶解氧减 少容易发生 Fe3+还原成 Fe2+，因此，COD、TN、TP 释放量增多。 计算保障河道末端 DO≥3mg/L、COD≤30mg/L（Ⅳ类）补水所需要的最小流速分 别为：东环城河春季 0.0063m/s、夏季 0.0136m/s、秋季 0.0070m/s、冬季 0.0035m/s； 西环城河春季 0.0155m/s、夏季 0.0220m/s、秋季 0.0163m/s、冬季 0.0055m/s；再根据 Q=A×u 计算需要的最小补水流量分别为东环城河春季 0.2232m3/s、夏季 0.4896m3/s、 秋季 0.2520m3/s、冬季 0.1260m3/s；西环城河春季 1.3175m3/s、夏季 1.8700m3/s、秋季 1.3855m3/s、冬季 0.4675m3/s。 关键词：河流水质模型；补水流量；底泥耗氧；水体复氧