黄河兰州段水质分析研究

黄河兰州段水质污染分析研究

刘杰

（甘肃建筑职业技术学院 甘肃兰州 730050）

摘要：通过对黄河兰州段水质现状进行了详细地调查,并结合黄河兰州段所处的地理位置，分析黄河兰州段主要污染物排放情况，分析结果大肠菌群、挥发酚、石油类、化学需氧量、总磷严重超标；为寻找污染物迁移转化规律，建立环境容量模型，从而确定各类污染物的环境容量，计算结果酚的允许环境容量已接近于零，油类污染物已超过水体的承载力，由此，可以准确地确定区域内污染物排放总量的限制程度。 关键词：黄河兰州段 水质分析 污染物 环境容量

1.引言

黄河兰州段位于黄河上游，西起永靖县境内的刘家峡水库，东至景泰县的五佛寺，全长358km，兰州市位于本段中部的河谷盆地中。黄河市区段从西固的新桥到市区东部的包兰桥，东西长达42km，经西固区、安宁区、七里河区、城关区，沿途接纳了湟水河、庄浪河、宛川河 [1]。近年来，有关部门的监测结果表明，黄河兰州段各河段水质均未达到水质功能要求。

2.水质污染现状分析

按《甘肃省地面水环境保护功能类别划分规定》，兰州市西固区梁家湾至西固一水厂总排泥口下游50m处6.9km河段执行Ⅱ类水标准，其余河段执行Ⅲ类水标准。根据《地表水环境质量标准》（GB3838—2002），兰州市地表水分析的项目规定为25项，即水温、PH、溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、生化需氧量、挥发酚、氰化物、六价铬、石油类、粪大肠菌群、氨氮、总氮、总磷、LAS、电导率、硫化物、氟化物、砷、铅、镉、铜、锌、汞、硒。现取近年黄河兰州段污染物监测中的22项主要指标结果进行统计，结果显示：

（1)枯水期，除粪大肠菌群的平均值超标34.78倍外，其余项目平均值不超标；有5项污染物一次浓度超标，其超标率依次为粪大肠菌群66.67%、化学需氧量22.22%、石油类和挥发酚均为18.52%、总磷11.11%。

（2)丰水期，除粪大肠菌群的平均值超标56.93倍外，其余项目平均值不超标；粪大肠菌群超标率为93.33%，其余各项一次浓度均不超标。

（3)平水期，除粪大肠菌群的平均值超标14.95倍外，其余项目平均值不超标；粪大肠菌群超标率为83.33%，其余各项一次浓度均不超标。

（4)全年22项指标中氰化物、硫化物、汞、硒、镉未检出，粪大肠菌群年平均值为384232个/L，超标38.42倍，其余项目年平均值均不超标。

（5)共5项污染物浓度超标，其中分大肠菌群年超标率为85.1%，最大值超标倍数为237.0倍；挥发酚、石油类、总磷、化学需氧量年超标率均为6.9%，其余最大超标倍数依次为2.2倍、1.0倍、0.3倍、0.15倍。 3.水环境容量计算[2-3]

根据黄河兰州段水质污染的特点，选择适合于黄河兰州段的环境容量模型，计算主要污染物污染的允许环境容量。 3.1 模型选取

河流水环境容量计算的常用模型有： （1）零维环境容量模型

零维环境容量模型忽略了污水进入水体的混合距离和有机物降解项，这与黄河兰州段的污染情况相差比较大，将会使计算精度和实用性较差，因此不适合运用于黄河兰州段。 （2）一维环境容量模型

黄河兰州段的平均水深和水流平均速度都比较大，不属于宽浅河段，不能忽略横向和垂向的污染物浓度梯度，需要考虑污染物混合过程，因此一维环境容量模型不适合运用于黄河兰州段。 （3）“黑箱”模型

“黑箱”模型过于简单，没有考虑到污染物质进入河流后的衰减速率和迁移转化规律，因此“黑箱”环境容量模型不适合运用于黄河兰州段。 （4）二维环境容量模型

该模型控制偏严，适合于饮用水水源地河段的纳污能力计算。另外，污水进入水体后，不能在短距离内达到全断面浓度混合均匀的河流也应采用二维模型。黄河兰州段水面平均宽度超过200m，这更决定要采用二维模型计算。

二维模型计算公式如下：

??x?x?W??Csexp?k??C0??h?u?EZ （1）

u?86.4u???式中：W为河流水环境容量，g/s； CS为计算河段水质保护目标值，mg/L； k为污染物自净系数，1/d； x为排污断面距下游功能敏感断面的距离，km； B为计算河段平均宽度，m； u为河段纵向平均流速，m/s； h为河段平均水深，m； EZ为横向扩散系数，m2/s。

3.2 模型计算 （1）河道概化

黄河兰州市区段从西固的新城桥到市区东部的包兰桥，东西长达42km。其中：新城桥段面至中山桥段面约为16km，中山桥段面至包兰桥段面约为26km。因各黄河兰州段排污口距离较近，因此可以把多个排污口简化成集中的排污口。黄河兰州市区段概化图如图2所示。

新城桥包兰桥兰炼污水厂和西固电厂冲灰水油污干管入河口柳泉等企业入河口七里河桥洪道上游下游

图2 河道概化图

（2）污染物自净系数k的估算

依据其他学者对水体中污染物自净系数的研究成果

［4-5］

，并结合黄河兰州市区段新城桥、

中山桥和包兰桥多年来污染物统计对污染物自净系数k进行估算，详见表1。

表2 各污染物的自净系数估算值 单位：1/d 污染物

自净系数

酚 0.391

Cr6+ 0.120

油 0.221

BOD5 0.317

CODcr 0.222

（3）区段xi的划分

划分区段时在结合各排污口的实际位置和排污情况的同时，尽量将各区段距离平均化，

因此将将新城桥至包兰桥区段分为五个小区段：即新城桥至柳泉等企业入河口（x1＝8.58km）、柳泉等企业入河口至兰炼污水厂和西固电厂冲灰水（x2＝8.24km）、兰炼污水厂和西固电厂冲灰水至七里河桥洪道（x3=8.26km）、七里河桥洪道至油污干管入河口（x4=9.88km）、油污干管入河口至包兰桥（x5=6.72km）。 （4）横向扩散系数Ez的计算。

河流的横向扩散系数受河流的自然特征影响，与河流的水深、河道的弯曲性、河岸的规则程度及水流的摆动幅度密切相关。一般来说河道弯曲系数越大，越利于污染物的混合，横向扩散系数也越大；河道越不规则，污染物混合越快，横向扩散系数也越大。

横向扩散系数的确定采用下式：

Ez?(0.058h?0.0065B)ghi （2）

新城桥段面高程为1551m，包兰桥段面高程为1500m，因此i=1.2×10-3。平均河宽B＝150m，平均水深h=1.94ｍ。则： Ez?(0.058h?0.0065B)ghi

?(0.058?1.94?0.0065?150)9.8?1.94?1.2?10?3

＝0.164 m2/s

（5）纵向平均流速u的计算

假定区段内水流为恒定均匀流，并忽略柯里奥利力，可将水流运动方向上的动量积分方程简化成如下形式：

1?f1?2?222 （3） ghJa?f1?J0?JWu?[()2?h2u]?8?y82?y?m式中：g为重力加速度； h为水深； Ja为水面比降，Ja???z/?x，该区段水面比降为0.9～1.3‰，取Ja＝1.0‰；f为摩阻系数，类似于沿程水头损失系数，f?8gn2/h，其中n为粗糙率，n＝0.032，则f?8?9.8?0.032/1.94＝0.064； J0为河床纵向底坡，

213131J0???z0/?x，该区段平均最大水深为5.0m，河道平均宽度为150m,可估算出

1J0?4.60/(?150)?6.13%； JW为断面横向底坡，JW??z0/?x。根据新城桥断面高

2程为1551m和包兰桥断面高程为1500m，两断面距离42km，可估算出JW＝（1551-1500）/42000=1.21‰；z、z0为水位和床面的高程； x、y为纵、横向坐标； ?为横向无量纲紊流粘性系数，取?＝0.45；

?m为垂线平均浑水密度； ?为次生流参数。

把新城桥至包兰桥区段分为两个区段后，河道较为顺直。而在顺直型河流中，次生流的影响相对较小，可以忽略，即可以假定?=0。则式（3）可变为：

1?f1?222ghJa?f1?J0?JWu2?[()2?h2u]?0 （4）

8?y82?y其中

111f222，F?()2?h，X?u D?ghJa，E??f1?J02?JW828采用中心差分格式对式（4）在节点上进行离散，整理后求得每个结点处的垂线平均流

速为：

1udj?Xj （5）

式中，udj为横断面上第j结点处的垂线平均流速。

取y?0、y?37.5、y?75、y?112.5、y?150时，udj的平均值作为区段内纵向平均流速u，u值约为0.32m/s。 （6）Cs、C0的取值

依据《甘肃省地面水环境保护功能类别划分规定》，兰州市西固区梁家湾至西固一水厂总排泥口下游50m处6.9km河段执行Ⅱ类水标准，其余河段执行Ⅲ类水标准。因此，Cs按《GB3838-2002地表水环境质量标准》制定的污染物污染程度分类表Ⅲ类标准选取。取主要污染物在新城桥断面的平均浓度作为其C0值，见表2。

表2 新城桥近年来平水期污染物统计表 单位： mg/l

水 期 枯水期 丰水期 平水期 平 均

项目 酚 0.002 0.003 0.013 0.006

Cr6+ 0.007 0.006 0.008 0.007

油 0.12 0.14 0.17 0.14

BOD5 1.48 1.74 1.82 1.68

CODcr 11.79 11.3 12.24 11.78

（7）各污染物的环境容量W值

黄河兰州市区段的主要污染物的允许环境容量详见表3。

表3 河段各污染物的允许环境容量 单位： kg/d

Cr6+ BOD5 CODcr 河段 酚 油

-0.07 8.94 -17.23 544.79 1921.17 新城桥—柳泉等企业入河口

4.10 -5.87 340.02 1179.70 柳泉等企业入河口－兰炼污水厂0.25

0.29 3.54 -3.77 359.83 1220.38 兰炼污水厂和西固电厂冲灰水

3.97 -2.82 482.18 1593.31 七里河桥洪道－油污干管入河口 0.50

0.44 2.64 -19.10 366.22 1188.44 油污干管入河口－包兰桥

表3清楚的表明，黄河兰州市河段的污染物酚的允许环境容量已接近于零，而油类污染物已超过水体的承载力了[6]。

因此，必须对排入水体的污染物进行总量控制，特别是这酚和油类这两种污染物的排放量进行严格的控制。各区段的污染物排放总量必须在表4的允许环境容量的限制范围内排放,才能保证该区段的水质达到所要求的水质标准。

4.结论

本文根据黄河兰州市段水质污染现状，结合黄河兰州段特殊的地理位置，对其主要监测指标中的部分污染物进行统计，结果表明大肠菌群年、挥发酚、石油类、总磷、化学需氧量严重超标。通过建立环境容量模型，分别计算出污染物污染的允许环境容量，得出酚的允许环境容量已接近于零，而油类污染物已超过水体的承载力了。因此，建议政府建立一种长效的决策和机制，有效的控制黄河兰州段污染物总量的排放，才能保证该区段的水质达到所要求的水质标准，才能为兰州市经济发展与生态城市建设提供水环境保障。

参考文献:

[1]李州英.黄河兰州段水污染现状与防治对策[J].甘肃环境研究与监测.2002,15(4):312-314. [2]周密,王华东,张义生.环境容量[M].长春:东北师范大学出版社,1987.82-150.

[3]张秀春,张建奎.黄河污染带水质的模拟计算及其环境容量确定[J].甘肃冶金.2004.26(4):62-64. [4]王平,史晓新.水体自净系数的研究[J].环境科学与技术.1997(2):13-16. [5]冯建中,乔苏亚.水体自净系数计算[J].山西化工.1993(2):51-53.

[6]崔树彬.河流水环境承载能力及定量化问题探讨[A].水利部国际合作与科技司.水资源及水环境承载能力学术研讨会论文集[C].北京:中国水利水电出版社,2002.47-52.

An Analysis of Water Pollution Along Lanzhou section of Yellow River

Liu Jie

(Gansu Construction Vocational Technical College,Lanzhou 730050)

Abstract：The quality of the pollutant emission is analyzed by the detail investigation for the present situation of water quality along Lanzhou section of the Yellow River and it's geographical location，the results is that coliform group, volatile phenol, petroleum , BOD and total phosphoru exceeded the standards seriousiy；The regulaition of pollutant relocation and conversion is searched, the environment capacity of the various pollutants is determined， the results is that phenol capacity of the environment approaching zero, petroleum has exceeded the bearing

capacity of water bodies, by which determine accurately the degree of restricting the total quantity of pollutant discharges in an area.

Key words：Lanzhou Section of the Yellow River；Water analysis; Pollutants; Environmental capacity

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lom2.html