暴雨徑流潛流對峽谷分層型水源水庫水質(zhì)影響與水質(zhì)原位改善.pdf

1、黑河金盆水庫屬于典型的峽谷分層型水庫，是西安市最重要的供水水源，日平均供水80萬m3。然而，近年來水體分層造成的底層缺氧和內(nèi)源污染、表層藻類爆發(fā)以及暴雨徑流對水庫水質(zhì)產(chǎn)生了顯著影響。本文以黑河金盆水庫水體分層的季節(jié)性變化為切入點，在大量現(xiàn)場監(jiān)測的基礎(chǔ)上，重點研究了黑河金盆水庫熱分層形成和混合規(guī)律；暴雨徑流潛流演變特征及對水庫水質(zhì)影響；暴雨徑流與水庫潛流相關(guān)性及汛期調(diào)度方案研究；揚水曝氣系統(tǒng)技術(shù)改進；不同運行工況下水庫水質(zhì)原位改善效果及運

2、行優(yōu)化。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴4-5月為熱分層形成期，期間表層水溫迅速升高，垂向溫差逐漸增大同時硅藻開始大量繁殖；6-9月為穩(wěn)定分層期，期間表層水溫進一步升高，6月底水庫底部出現(xiàn)厭氧，沉積物中N、P、Fe、Mn、硫化物等開始釋放，同時上層水中藍藻開始轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)勢藻種，此間暴雨徑流會對水庫的熱分層結(jié)構(gòu)、水質(zhì)產(chǎn)生顯著影響；10月初隨氣溫降低，溫度分層開始削弱。自然混合時間一般在12月底或來年的1月初，完全混合初期水質(zhì)惡化，隨后水庫

3、完全混合狀態(tài)基本保持至3月底。⑵高洪峰流量(入庫流量大于1500m3/s)入庫由底層潛入，潛流影響區(qū)域濁度高達3000NTU以上。高入庫徑流潛流破壞了潛流影響區(qū)域的分層結(jié)構(gòu)，徑流攜帶的懸浮物質(zhì)及腐殖質(zhì)造成潛流影響區(qū)域氨氮、總磷、總有機碳、高錳酸鹽指數(shù)等指標全部升高。大入庫流量(500-1500m3/s)由中部潛入，等溫度層潛流強度沿程衰減較快，對主庫區(qū)影響較小。尤其值得注意的是，暴雨徑流一方面提升水體溶解氧，另一方面水中攜帶的污染物加劇

4、了溶解氧的消耗，帶來水質(zhì)污染風(fēng)險。⑶建立了不同季節(jié)入庫徑流量-含沙量-水溫-入流密度關(guān)系，確定了不同季節(jié)、不同入流強度下潛流位置及基本變化規(guī)律，提出了汛期優(yōu)化調(diào)度方案，實現(xiàn)水庫汛期排濁蓄清、分層取水、優(yōu)水優(yōu)供，有效規(guī)避高濁、高有機負荷原水對水廠運行的沖擊，保證水廠的安全穩(wěn)定運行。得出近9年入庫流量Q和入庫含沙量S的擬合關(guān)系為：S=0.4655×e0.0024Q(R2=0.7114)；上游水文監(jiān)測斷面入庫含沙量S和主庫區(qū)控制斷面含沙量S主

5、峰值的擬合關(guān)系為：S主=0.034×e0.233S(R2=0.768)。對近9年不同季節(jié)、不同入庫流量條件下入流水溫進行匯總，由入流水溫和主庫區(qū)控制斷面含沙量可以估算入流密度，根據(jù)典型月溫度-密度分布可推算出潛流位置，潛流位置計算值與實測結(jié)果吻合良好。汛期取水應(yīng)避開高濁潛流水層并充分利用潛流位置在高程545m附近的潛流泄洪，實現(xiàn)優(yōu)水優(yōu)供、排濁蓄清。⑷對揚水曝氣系統(tǒng)進行技術(shù)改進：依據(jù)CFD模擬結(jié)果，降低設(shè)備導(dǎo)流高度，以滿足低水位運行和提高

6、混合效率；利用發(fā)明專利增設(shè)輸氣管路穩(wěn)壓系統(tǒng)以解決輸氣管路變形問題；依據(jù)CFD模擬結(jié)果，在不引起底部泥沙再懸浮的條件下降低設(shè)備底部距庫底高度，同時更換微孔曝氣裝置，以提高底層水體溶解氧傳質(zhì)速率；通過理論計算及生產(chǎn)性實驗，在曝氣室頂部增設(shè)35個2mm微孔，以實現(xiàn)單獨等溫層充氧。⑸等溫層充氧運行15天，底部厭氧層高度由17m降低至3.2m，等溫層充氧過程未造成中上層水體濁度提升；控藻運行40天，表層藻類由運行前的9000萬個/L降低至300萬

7、個/L以下，削減96.6％，系統(tǒng)運行期間底層溶解氧升高至10mg/L以上，內(nèi)源污染物釋放得到抑制；2013~2015年每年9月底至10月，系統(tǒng)全層混合充氧，運行35天后，水庫實現(xiàn)提前混合，垂向水體總磷、鐵分別降低至0.015mg/L和0.1mg/L以下，平均削減74%和80%，系統(tǒng)運行增強了水中微生物的代謝活性和水體自凈能力，提高了脫氮細菌的脫氮能力，運行前后底層總氮削減20.5%。初秋季節(jié)通過揚水曝氣系統(tǒng)運行實現(xiàn)水體提前2個多月混合，