2　水环境容量模型

2.1　模型选择

长河干流宽深比不大，河道较规则，污染物质在较短的河段内经平流输移、纵向离散和横向混合后达到均匀混合，故长河干流各段的水环境容量可采用一维恒定流水质模型概化计算[3-6]：

式中：W为水环境容量；Wi为第i个河段的水环境容量；Cs为污染物控制目标浓度；k为污染物综合降解系数；xi为第i个节点与下游控制断面距离；ui为第i个河段的河流设计平均流速；Ci0为河段第i个节点处来水水质本底浓度；Qi为第i个节点后河段的河水流量；Q污i为第i个节点处废水入河量。

2.2　设计条件

（1）水功能区划和水质保护目标。据《黄冈市水功能区划》[7]，长河被划分为长河团风—黄州景观娱乐用水区，水质保护目标为Ⅲ类。

（2）污染物控制指标。由于该河段主要受到有机污染，主要超标项目为COD、NH3-N、TP，因此选取具有代表性的COD、NH3-N、TP作为该河段的污染物控制指标。

（3）设计水文条件。河水流量采用长河近10年90%保证率最枯月平均流量[2，8]。根据实测的河道断面地形，由断面面积、流量计算得相应条件下的流速，见表1。

（4）河流控制断面。对于非持久性污染物，河流控制断面既要考虑污水在河流中的充分混合稀释、污染物自净，又要考虑对下游的影响。若起始断面至控制断面的距离过短，则不能充分利用河流的自净能力，从而对污染物的排放要求过严；若过长，则不达标的河段太长，且下游不能充分利用河流的稀释作用，从而限制其污染物的排放[9]。一般按设计河段的水质达标比例0.50～0.56来确定[10]。

为缓解长河下游防洪除涝压力，通过在罗家沟修建横堤、节制闸，实现“高水高排、低水低排”，正常年份罗家沟横堤闸不开启，罗家沟横堤以上团风县的来水通过黄草湖泵站排入长江，因此正常年份可考虑长河团风段与黄州段相互独立，无水力联系，可分别计算其各自的水环境容量。

根据长河流域水系和工业、城镇生活污染源分布特征，以及城镇景观娱乐用水水质控制需要，考虑监测条件，长河团风段在罗家沟闸处设置1个控制断面，黄州段在磨盘咀闸和土司港闸处各设置1个控制断面。

2.3　污染源概化

水环境容量计算的前提条件是保持目前排污口的分布格局不变。根据长河城区河段内主要排污口的分布和实际污染负荷，将距离较近的多个排污口简化成一个集中的排污口，概化后的排污口位置[11]为：

式中：X为概化后的排污口到下一个控制断面的距离；Qn为第n个排污口的废水排放量；Xn为第n个排污口到下一个控制断面的距离；Cn为第n个排污口的污染物浓度。

长河断面位置及污染源概化示意图见图2。

2.4　参数确定

（1）污染物降解系数k。采取实测资料反推法计算污染物降解系数k，选取长河中上游支流付河（图1），长河中上游来水绝大部分源于付河，两者均属于平原区河道，河道均呈宽U形，较顺直，除流量大小略有差异外其他水文条件较接近，河中水生植被较少，沿河流横断面分布状况相近，故该支流的边界条件与长河基本一致。该支流上的宋墙至方高坪河段无排污口、支流口汇入，且污染物质稳定均匀混合，故该河段可避免随机因素对计算结果的影响。根据付河的宋墙、方高坪断面2009年1月、3月、5月、7月、9月、11月共12次、36d（每月监测2次，每次连续监测3d）的水质监测资料，采用下式推求k值[12]：

式中：CA、CB分别为河流上、下两断面的污染物浓度；u为河流平均流速；Δx为上、下两断面间的河段长度。

采用式（3）可求得2009年各频次的污染物降解系数，计算得年均值为kCOD=0.200d-1，0.240d-1，kTP=0.094d-1。

（2）河流来水本底浓度Ci0。长河上游及支流受人为活动影响较小，基本无人为污染，达到Ⅱ类水质标准，可将其水质作为长河来水本底浓度。

（3）废水入河量Q污i。根据2008年全国污染源普查成果，结合2009年长河团风、黄州城区段排污口废水常规监测的更新结果，得到各排污口的废水入河量。

2.5　模型验证

为了使水质数学模型具有合理性、可靠性及适用性，能真实反映污染物入流后的情形，必须对数学模型进行验证，即将已知现状污染源输入模型中，计算出各单元的COD、NH3-N、TP浓度值，并与实测值进行比较，以确定模型的模拟吻合程度[13]。

按照上述模型各项设计参数和条件，将长河现状污染负荷代入一维水质模型进行理论（验证）计算，再将所得模型的理论计算值与实测值进行比较，其结果见表2。由表2可看出，计算值与实测值较接近，吻合较好，均在误差允许范围内，表明河流一维水质数学模型适用于长河干流城区河段的水环境容量计算。