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人类在开发利用河流水资源时,完全不考虑河流的生态环境用水,河流丧失生态环境功能成为了必然结果。与此同时,随着改革开放进程的不断推进,我国经济突飞猛进,经济总量提高的同时伴随着环境污染,而首要问题就是水污染问题。目前,一些河流的清水复流工程已初见成效,因此,保障河道生态基流、整治水污染,是保护河流生态系统的重要保证,有效的实施生态基流保障和污染控制综合方案具有重大的现实意义。
目前,研究生态基流调控与排污控制的方法有很多。本文是在分析计算收集的涑水河水量、水质的基础上,分别利用最小月平均流量法和Tennant法对涑水河吕庄水库和张留庄断面生态基流进行计算,并通过对比分析,得出河道的生态基流量。然后进一步研究了其河道生态基流盈缺的影响因素。最后通过建立生态基流调控模型和水环境容量与排污削减量模型分别得出生态基流保障措施与污染控制措施,进而得出保证涑水河生态功能的“节水减排”综合措施。通过研究得出的结论和主要研究成果如下:
(1)对涑水河吕庄水库水文站和张留庄断面1980-2008年29年的天然和实测流量数据分析得知,20世纪90年代平均天然年径流量比多年平均天然径流量分别减少了约10%与13.2%,而平均实测年径流量分别减少了约22.8%与23.1%;2001-2008年涑水河主要污染物COD、氨氮和挥发酚都存在不同程度的超标,其中最大超标集中在2002-2003年,COD、氨氮和挥发酚分别最大超标5.5倍、99.5倍和62.1倍。
(2)采用最小月平均流量法和Tennant法对涑水河生态基流进行了定量计算,分别对不同代表年以及年内逐月生态基流量进行了对比分析。结果表明,不同方法的计算结果相差不大,约为0.11~0.125m3/s。在对其生态基流盈缺影响因素进行分析时发现,吕庄水库上游的陈村灌区和闻喜涑水灌区引水对涑水河生态基流保障起到了制约作用。
(3)建立了生态基流调控模型,并基于2008年的已有资料和数据将模型应用于涑水河“灌溉区段”的灌区引水量及其下游生态基流的调控,为了实现涑水河3个工况不同保证率下的生态基流调控,本文采用MATLAB优化技术中有约束的非线性最小化函数进行了编程。调控结果分析表明,为满足涑水河的生态基流要求,对于不同的生态基流保证率情况除20%保证率下灌区引水不受限制,其他保证率情况下3个工况陈村灌区和闻喜涑水灌区的可引水量分别要减少0%~32%和0%~8%。
(4)选用一维水环境容量模型,计算出涑水河COD水环境容量在特枯、枯、平各频率年分别为1257.897t/a、1284.059t/a、1420.928t/a;NH3-N水环境容量在特枯、枯、平各频率年分别为17.873t/a、19.182t/a、26.025t/a;挥发酚水环境容量在特枯、枯、平各频率年分别为1.750t/a、1.930t/a、2.871t/a。
(5)通过涑水河生态基流的保障措施和各个功能区段的污染物排放削减量的确定,对其“节水减排“综合方案进行研究,在汛期和非汛期分别提出了涑水河生态功能的保证措施,可以为缓解涑水河的缺水和污染现状提供理论基础。