焦点提醒：手艺分享|基在TMDL理念的金山湖水情况模子摹拟耦合与范围论证 2019-06-12 12:36导读：《基在TMDL理念的金山湖水情况模子摹拟耦合与范围论证》是镇江沿金山湖CSO污染分析管理项目9个专题研究之一，首要研究目标是：以镇江金山湖水情况容量为起点，制订最年夜日负荷总量（TMDL）打算，经由过程水质水量的摹拟耦合，对本项目系统性扶植方案进行摹拟评估，优化肯定系统项目的扶植范围，终究实现金山湖流域的水情况改良、水平安晋升方针。金山湖流域老城区水情况、水平安问题1 导读：《基在TMDL理念的金山湖水情况模子摹拟耦合与范围论证》是镇江沿金山湖CSO污染分析管理项目9个专题研究之一，首要研究目标是：以镇江金山湖水情况容量为起点，制订最年夜日负荷总量（TMDL）打算，经由过程水质水量的摹拟耦合，对本项目系统性扶植方案进行摹拟评估，优化肯定系统项目的扶植范围，终究实现金山湖流域的水情况改良、水平安晋升方针。 金山湖流域老城区水情况、水平安问题 1 研究手艺线路 镇江金山湖流域老城区水情况改良手艺线路： 起首肯定金山湖水情况方针，在根本材料搜集根本上，建立管网模子和水力水质模子耦合进行近况评估，包罗近况径流总量/径流污染阐发、近况排水防涝能力阐发、近况溢流污染阐发和近况排水管网能力阐发，对照扶植方针和近况，对近况具有缺口的，进行项目系统性方案计划，进一步经由过程水力水质模子优化项目扶植范围和实行结果评估，终究肯定项目扶植方案。 2 研究手艺理念和东西 2.1TMDL理念 TMDL（Total Maximum Daily Load，最年夜日负荷总量）是指“在知足水质尺度的前提下，水体可以或许接管的某种污染物的最年夜日负荷量，包罗点源和非点源的污染负荷分派，同时要斟酌平安临界值和季候性的转变，从而采纳恰当的污染节制办法来包管方针水体到达响应的水质尺度”。其方针是辨认具体污染节制单位和其地盘操纵状态，对单位内点源和非点源污染物的排放浓度和总量提出节制办法，从而指导全部流域履行最好的流域治理打算。 引入TMDL流域水情况管理理念，采取模子定量评估，肯定污染负荷总量削减目标，分派各流域污染负荷，优化管理方案；经由过程“评估、设想、履行、检测、评价、调剂”等顺应性治理办法成立持久的水情况管理机制，摸索城市水情况生态修复新路径。 TMDL手艺利用首要偏重的方面： TMDL利用模子的概念框架图 2.2水情况模子摹拟和耦合手艺 本课题研究首要应用SWMM、HECRAS、EFDC模子，SWMM模子用在评估径流节制成效、面源污染削减成效和内涝防治成效；HECRAS模子经由过程闸站操作优化、堤坝改良等进行防洪成效评估、河道水量变化评估；EFDC模子用在摹拟湖体水量变化环境。 镇江市水情况模子利用区域和模子耦合框架以下： 镇江市水情况模子利用区域图 镇江市水情况模子耦合架构 EFDC模子与SWMM模子毗连 3 项目系统论证方式和步调 3.1系统模子建立步调 3.1.1根本材料搜集清算 在系统模子建立之前，需要对地形数据、卫星遥感数据、地盘操纵数据、排水管网系统数据、降雨数据等进行搜集清算、格局转换、阐发汇总并成立数据库，便在查阅阐发和数据检索。 3.1.2排水系统拓扑布局搭建与简化 按照研究区域现实管网拓扑布局和空间数据，公道简化支管、概化短管，构成模子可操纵的管网数据。排水管网系统拓扑布局图以下： 排水系统拓扑布局的搭建法则以下： 拓扑状况 批改手段 管段孤立 查抄、核实就近上下流有没有节点 管段缺掉 连系上下流管段消息弥补管道消息 参数缺掉 进行现场勘测或简化处置 管道反向 经由过程上下流阐发查询并点窜 管道逆坡 核实现实具有的逆坡，批改毛病数据 无从属举措措施毗连关系 现场核实泵、堰和排口等从属举措措施与管网系统的空间关系 斟酌研究区域水文参数和管网办事规模的空间差别，需将区域划分为汇水区进行研究，城市因为已开辟的区域和未开辟的天然区域配合具有，需要分析DEM和搭建的排水管网系统进行具体汇水区划分，汇水区划分图以下： ►DEM流域划分：经由过程GIS的水文阐发，划分具有分水岭的汇水区鸿沟。 ►排水管网系统划分：按照街道下敷设的市政管网划分以建筑为单位的汇水区。 3.1.4摹拟参数的辨认和成立 连系排水系统和汇水区，对汇水区进行下垫面解析、对排水系统进行法则节制、对旱流污水进行分派、设置面源污染参数、设置鸿沟参数和选择降雨情形，模子参数的辨认手段以下： 摹拟参数 辨认手段 下垫面解析 汇水区面积/流长 GIS空间统计 汇水区坡度 GIS概况阐发 汇水区不透水百分比 GIS下垫面监视分类，操纵光谱特点对下垫面分类 从属举措措施运转法则 泵站 调研泵站性质、水泵工作曲线和启停水位 堰 丈量堰顶标高和宽度 旱流污水 丈量小区居平易近糊口污水的日转变曲线 面源污染 湿沉降浓度 根据《镇江市道源污染节制研究课题-镇江市道源污染的特点和排放总量》 累计冲洗系数 实测降雨率定后参数 收纳水体水位 水文站丈量数据 降雨情形 24h降雨用时P.C.雨型散布 下垫面解析、旱季污水日转变和降雨雨型别离以下图所示： 下垫面解析图 旱流污水日转变曲线 24小时降雨用时P.C.雨型散布 3.1.5模子参数率定与联系关系耦合 模子参数率定：挑选出活络度比力高的参数，在模子阐发进程中尽可能提高这些参数的正确度，对其他活络度较低的参数，能够采取经验值，如许可有用提高模子率定和验证的效力。 模子联系关系耦合：按照汇水区和管网系统建立水文和水动力的耦合模子，再连系输出的排口的污染物负荷与金山湖水质稳态质量均衡阐发法进行耦合，经由过程金山湖水情况容量推出需要节制的污染负荷。 模子参数来历：镇江水情况监测数据汇整 SWMM水量吻合度阐发 SWMM水质吻合度阐发 HEC-RAS模子率定 EFDC模子率定 3.2系统论证步调——TMDL实行步调 基在“总量节制”的污染物负荷削减和径流节制的思绪，旨在从水情况庇护方针动身，以受纳水体对某种污染物的最年夜答应排放量为根据，肯定污染物的最年夜排放负荷，从而对污染源进行有用管控。TMDL的实行步调以下： 3.2.1问题辨认与功能用处 实行要点：监测水体水质目标，明白近况水质具有问题；水体定位，明白水体功能要求。 镇江水质监测站对金山湖水质的监测成果注解，金山湖全年长时候显现富养分状况，与此同时，金山湖作为应急备用水源地，TP浓度较着高在《地表水情况质量尺度》（GB3838—2002）中湖泊III类水划定的限值（0.05mg/L），是以，需经由过程削减金山湖的TP污染负荷，实现金山湖水质方针。 3.2.2肯定水质治理区 实行要点：明白水体管理规模的鸿沟，并把握水质治理区的地形特点。 金山湖是由长江主泓道北移、南淤北蚀而构成的牛轭湖，也是城区运粮河、古运河和虹桥港的受纳水体，终年水域面积为6.55km2，丰水期水域面积可达8.8km2。水位终年不变在3.8～4.2m，金山湖水质治理区和湖底高程散布以下： 3.2.3查询拜访污染源 实行要点：明白水体管理规模内污染源数目、类型和位置，肯定污染负荷和水质评价因子；按照监测的水质数据，肯定代表性强的评价因子作为节制身分。 湖泊水质恶化凡是表示为富养分化，而N、P是影响湖泊藻类发展的首要营养，按照谢家国等采取分析养分状况指数法（TLI）对金山湖的评估，注解TP为污染物第一主成份因子。再连系阿尔塔蒙特水库案例中评价因子的选择，终究金山湖TMDL打算肯定以TP作为水质评价目标。 金山湖沿线排口TP溢流����APP污染负荷摹拟 3.2.4计较水情况容量 实行要点：明白以情况质量尺度为根本，并连系天然特点可承受的最年夜污染物负荷，即水情况容量。 采取稳态质量均衡阐发法，计较金山湖水情况容量，利用输入系数或不雅测数据计较进入水体的负荷，并按照污染物的归趋和转输计较响应的水体浓度。 按照金山湖水质节制方针需知足《地表水情况质量尺度》（GB3838—2002）中划定的III类水尺度，即TP需节制在0.05mg/L。是以，经由过程TP稳态均衡方程，得出每一年TP排入金山湖的节制量。 3.2.5分派污染负荷 实行要点：根据排口所属汇水区，连系汇水区近况特点，公道分派汇水区答应排放的污染负荷量；按照汇水区项目的可行性、落地性和经济性分析分派污染负荷。 金山湖TMDL管束节制污染负荷见下表所示： 金山湖节制性项目答应TP排放量（吨/年） 水情况容量 平安临界值（MOS） 点源答应污染负荷（WLAs） 3.82 0.38 3.44 没法节制污染负荷 可节制污染负荷 2.93 ≤0.51 此中：①3.82吨/年：金山湖水情况TP的情况容量；②0.38吨/年：平安临界值（MOS）；③3.44吨/年：答应的点源和面源污染负荷；④2.93吨/年：经现场调研后评估OF-9~OF-12四周排口难以进行搜集处置，经模子摹拟该处排口2007年—2016年年均排入金山湖的TP污染总量为2.93吨/年；⑤0.51吨/年：经现场调研后评估OF-1~OF-8八处排口可进行搜集、净化，经计较后排入金山湖TP污染量不克不及跨越0.51吨/年，才能知足金山湖水情况容量要求。 由TMDL打算分派污染负荷的成果，再连系模子摹拟OF-1~OF-8排口2007年—2016年年均排入金山湖的TP污染总量，可求得OF-1~OF-8排口需要节制的TP污染负荷。 金山湖办事规模内排口近况流量和TP污染量 排口 编号 性质 年均溢流量（万m3） 年均TP溢流污染量（kg） 新河桥 OF-3 CSO 8.72 50.25 江南 OF-1 CSO 42.5 257.63 迎江路 OF-4 CSO 62.9 341.37 平政桥 OF-5 CSO 150.9 780.81 解放路 OF-6 CSO 138.9 807.76 北固年夜涵 OF-7 CSO 49.2 275.41 江滨 OF-8 CSO 99.5 596.42 新河桥西 OF-2 雨水 6.3 33.23 合计 558.92 3142.88 在知足金山湖TP水情况容量，连系近况TP溢流污染量，可知需削减上述排水TP的污染物总量为2.63吨/年。在此，将径流污染节制量折算为径流节制量，便在系统项目范围设想。 经由过程年均降雨浓度（AMC）进行动流污染和径流量的计较得出：TP的AMC值为0.56mg/L。在此根本上，本项目需要节制径流量为467.82万m3/年，仅答应91.1万m3/年的径流量进入金山湖。 在金山湖区域年均降雨量为1047.4万m3/年时，得出本项目需知足其办事片区内年径流总量节制率为91.3%，其对应办事片区日设想降雨量为60mm。 在设想降雨量60mm的P.C雨型散布情形下进行水质水力摹拟，按照沿金山湖各排口流量之和进程线，得出总流量为26.82万m3。 本项目系统节制目标表 类型 数值 OF-1~OF-8排口可排放TP污染负荷 ≤0.51t/y OF-1~OF-8排口近况年均排放量 558.92万m3/y OF-1~OF-8排口近况年均TP污染负荷 3.14t/y OF-1~OF-8排口需要节制污染负荷 2.63 t/y TP年均降雨径流浓度（AMC） 0.56 mg/L OF-1~OF-8排口折合节制年均排放量 467.82万m3/y OF-1~OF-8排口答应至金山湖排放量 91.1万m3/y 办事规模内年均降雨量 1047.4万m3/y 办事规模内年径流总量节制率 91.3% 对应设想日降雨量 60mm 径流节制能力 26.8万m3 综上所述，以TMDL作为管控手段，连系现场调研的评估成果，再根据模子摹拟的计较手段，得出需节制金山湖沿线排口的排放量，即TP污染负荷削减，便可实现金山湖水质方针要求。 3.3系统范围计较阐发 按照建立的水力水质模子，进行结尾多功能泵站、处置举措措施和各入流竖井范围论证和优化。 3.3.1结尾多功能雨水泵站范围论证 结尾多功能雨水泵站有雨水处置泵站和排涝泵组，统筹中细雨工况下深层截流管道的雨水排空和处置，和年夜到暴雨工况下超标雨水的排放功能。 终究肯定结尾多功能雨水泵站设想范围以下：排涝泵组为30m3/s，排空泵组为5万m3/d。 3.3.2水质处置举措措施范围论证 采取污染物总量管束理念，阐发得出日径流节制能力需知足26.8万m3/d，扣除近况征润州污水处置厂雨污处置工艺的处置能力，得出需要经由过程沿金山湖CSO截流管道进行生态化处置径流量。 水质处置举措措施范围论证 3.3.3入流竖井范围论证 沿金山湖CSO截流管道的入流竖井尺寸肯定取决在其入流峰值流量，即该管道入流竖井设想流量。按照本项目功能定位（以削减办事规模内的CSO为主，统筹提高排涝、调蓄能力），经由过程模子分派沿线竖井（江南泵站竖井、迎江路泵站竖井、平政桥泵站竖井、解放路泵站竖井、江滨泵站竖井）流量。 30年一遇降雨下各竖井范围摹拟阐发 4 结论与建议 （1）我国水情况反面临严重的污染问题，管理水情况污染问题迫在眉睫。制订公道、科学且有用的管理方针，是处理水情况问题的底子。基在TMDL的“总量节制”方案是保障水情况长治久清的管理思绪。耦合模子作为实行TMDL打算的辅助决议计划手段，可为项目范围供给量化根据。 （2）本研究经由过程建立镇江市沿金山湖系统模子，经由过程模子与积年降雨数据阐发，并连系污染物总量管束理念与手艺（TMDL），提出响应的污染物节制和对应径流节制方针，根据此方针进行水质处置工况和范围设想。 （3）经由过程水力水质模子优化肯定了镇江沿金山湖CSO污染分析管理项目的结尾多功能雨水泵站、水质处置举措措施和入流竖井的设想范围，为项目设想供给了主要根据。 专题研究结合工作营团队 项目总担任人：刘绪为 徐保祥 中国市政项目华北设想研究总院无限公司 蒋平、王浩正、盛政、方帅、张磊、宋晓阳、袁胜楠、王艳芳、黄意兵、王强、张英旭、李彤、在中海、白永强、许怀奥、季小益 新地中联项目设想无限公司 郭佳、彭东升、赵吉、苏德慧 中国水利水电科学研究院 张东、王志刚、章晋雄、陈文创、张雄伟、张文远、张蕊、高建标、项亚萍、胡顺 江苏满江春城市计划设想研究无限义务公司 傅源、穆军伟、汤燕 编纂：刘贵春 微信建造：文凯 审核：李德强
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