水源地安全可靠性研究——以望虞河水源地为例

摘要

近年来，国家及地方实施了大量的调水项目，因此水源地保护及安全也变得日益重要。本文正是基于此，并以引江济太水源地作为研究区域，从水量，水质，当地经济发展，水源地河势、岸线及河床稳定性，流速场，泥沙场等方面出发，对水源地保护及安全进行较为全面的分析研究，旨在为日后其他水源地保护及安全论证提供技术支持。 首先，本文对研究区域水环境现状进行计算分析。结果表明水源地长江水域水质背景值远较长江本底值为差，由此可见水源地水质受岸源污染较为严重。运用2003年及2004年实测水质资料，对水源地沿岸各条长江支流及沿岸5km范围内工业污染源计算分析，结果同样证明研究区域岸源污染不容乐观，各支流监测断面水质单因子评价结果均为劣V类，沿江污染企业超标排放严重。此外对水源地水质逐月分析可知，水源地汛期水质劣于非汛期水质，由此可以说明沿岸非点源污染也是水源地主要污染来源之一。 基于上述对水源地水环境状况的分析可知，沿岸点源及非点源污染是造成水源地水质恶化的主要因素，因此有必要对水源地附近岸源污染进行深入的计算分析。在前人有关有限体积法建立数模的基础之上，本文结合研究区水环境特点，根据前人运用有限体积法和黎曼近似解对浅水方程和水质对流——扩散方程进行离散求解的基础上，考虑降雨引起的面源污染以及点源污染，对方程组重新进行了推导，并建立适应本区域特点的平面二维水环境数学模型。利用所建立的模型对研究区沿岸形成的二维污染混合带进行计算，结果表明研究区岸线污染负荷总量超标严重，且某些直接排污入水源地或者距离水源地较近的支流所形成的污染混合带对水源地水质影响较大，经分析发现，造成该段岸线污染混合带超标除岸源污染较重这一因素之外，水源地所在长江河势、河床及岸线对其影响也不容忽视。 水源地所在地长江河势变化剧烈，主流偏向北岸，南岸水流相对滞缓；同时南岸淤积相对也较为严重，河床较高，水深较浅；这些因素造成南岸长江水体稀释自净能力减弱，加剧了岸源污染负荷对水源地的影响。此外，根据对水源地岸 线开发利用情况及河床演变分析可知，水源地附近岸线完全为当地工业园区所占据，此类岸线对水源地而言存在安全隐患。由对水源地河床演变资料分析可知，水源地河床不断淤高，加上当地对水源地滩地不合理的开发利用，其使用寿命将受到限制。根据水源地0m及-1m等高线演变分析可知，沟通水源地长江水域与长江主槽水力联系的上部串沟淤积速度较快，因此有必要对这一重要的水力联系通道进行模拟分析。 EFDC是水环境模拟程序，该程序在美国已经有较为广泛的应用基础，而国内有关该模型的运用相对较少。本文利用功能强大的EFDC模型对水源地的来水来沙状况进行模拟。即假设在上部串沟淤至洪季高水位之上，水源地流速场及泥沙淤积情况与现状条件下的变化情况。结果表明在福山倒套上部串沟淤积之后，水源地流速场变缓，泥沙淤积量增加。因此为保证水源地的安全，必须加大对上部串沟保护力度。

目录

文摘

英文文摘

前言

第一章绪论

1.1选题的意义及目的

1.2国内外研究进展及存在的问题

1.2.1水源地研究进展

1.2.2水流水质模拟研究进展

1.2.3泥沙模拟研究进展

1.2.4河床演变以及岸线研究进展

1.2.5国内外研究存在的问题

1.3主要研究内容及技术路线

第二章望虞河水源地水环境现状分析

2.1研究区概况

2.1.1自然背景

2.1.2研究区主要河道基本情况

2.1.3社会经济

2.2水环境现状分析

2.3望虞河口长江水源地水质现状分析

2.3.1单因子评价结果

2.3.2水质综合指数法评价结果

2.4污染物排放现状评价

2.4.1评价方法、评价因子和评价标准

2.4.2沿江工业污染源统计

2.4.3主要污染因子的确定

2.4.4研究区沿江主要工业污染源的地区分布

2.4.5研究区主要工业污染企业排污量排序

2.5支流排污口现状分析评价

2.5.1支流水环境现状分析评价

2.5.2排污口概化

2.6本章小结

第三章望虞河水源地水质可达性分析

3.1问题的提出

3.2基本原理

3.2.1基本方程

3.2.2FVM基本方程的一维化处理

3.2.3黎曼问题的求解

3.3模型应用的关键技术

3.3.1内部单元交界面问题

3.3.2边界条件问题

3.3.3水质边界条件

3.3.4动边界技术

3.4平面二维水量水质模型的率定

3.4.1二维模拟区域概化

3.4.2网格生成

3.4.3糙率选取

3.4.4模型计算水质部分的参数选择

3.4.5计算时段和初值的选取

3.4.6边界条件

3.5平面二维水环境数学模型的率定以及验证

3.6岸线现状污染负荷量可达性分析结论

3.7典型年二维污染混合带的计算

3.7.1设计条件选取

3.7.2排污混合带计算结果

3.7.3排污混合带长、宽与排污量关系曲线的建立

3.7本章小结

第四章望虞河水源地岸线稳定性分析

4.1水文泥沙特征

4.1.1径流

4.1.2潮位和潮流

4.1.3泥沙

4.2地质地貌及河床边界条件

4.3研究区长江岸线近期整治工程

4.4取水口现状岸线评价分类

4.4.1望虞河区域长江岸线分析

4.4.2研究区长江主流河床演变分析

4.4.3福山倒套演变分析

4.4.4望虞河口水源地岸线评价结果

4.5本章小结

第五章望虞河水源地水沙演变的安全性综合分析

5.1概述

5.1.1研究的目的及意义

5.1.2本次泥沙模拟前提条件

5.2EFDC简介

5.2.1EFDC模型系统整体介绍

5.2.2EFDC泥沙及有毒污染物质传输

5.3基本方程

5.3.1三维水动力方程的坐标变换

5.3.2水动力方程

5.3.3悬移质泥沙方程

5.4泥沙的沉降速度的确定

5.4.1非粘性泥沙的沉降速度

5.4.2粘性泥沙的沉降速度

5.5河床与水体的泥沙交换

5.5.1非粘性泥沙的交换

5.5.2河床粘性泥沙的交换

5.5.3EFDC对于河床变形的处理

5.6模型的建立

5.6.1模型的预处理

5.6.2模型的率定以及验证

5.7假设不利工况条件下福山倒套来水来沙预测分析

5.8水源地水沙模拟结论

5.9本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.1.1主要结论

6.1.2创新点

6.2展望

参考文献

致谢

参加科研工作及发表论文情况