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合肥實例:基於再生水利用的河湖生態需水量優化配置

時間:2020-11-12 13:42

來源:給水排水

評論(

  導讀:針對合肥市水資源緊缺、河湖水環境狀況不理想等問題,結合合肥市再生水資源現況,以南淝河流域為例,從再生水水量、水質及補水路徑等多方面,對再生水補給河湖進行了系統性研究分析,對河湖生態需水量進行了優化配置。合肥市優化利用再生水補給河湖,可實現優質水資源的置換,並採取最少的工程措施,滿足河湖景觀水體的生態用水需求,從而改善河湖水環境狀況。

  0 概況

  合肥市地處江淮分水嶺,包含巢湖水系和滁河水系。合肥市區主要河湖水系分佈如圖1所示,合肥市區內河道主要有十五里河、南淝河、板橋河、塘西河、關鎮河、小板橋河、圩西河、許小河、四里河、二十埠河、派河,中心城區景觀水體主要有天鵝湖、南豔湖、翡翠湖、王建溝、陶衝湖、方興湖、花衝公園、杏花公園、銀河公園、逍遙津公園、生態公園、瑤海濕地公園,城市水系發達。但目前合肥市內各水系的補水,除降雨外基本都來自區域外淠河灌區和杭埠河灌區經滁河干渠的調水,補水水源較為單一,一旦遭遇大旱河道補水將難以保障。不僅如此,合肥市主要河流水質以Ⅴ類或劣Ⅴ類為主,而這往往也是由河道水體受污染,清潔水源不足造成。因此,合肥市內亟需優質水資源對各水系進行合理補給。

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  1 合肥市再生水水源條件

  1.1 污水處理廠水量充沛

  截至2019年12月,合肥市主城區有現狀污水處理廠14座,出水水質均達到類Ⅳ類,污水現狀處理能力為191.5萬m³/d,除在調試階段的望塘和清溪污水處理廠,其餘污水處理廠處理水量均達到或超出設計規模,實際日平均處理量可達到173.4萬m³/d,預計2021年現況及規劃新建污水處理廠將達18座,處理能力可達334.5萬m³/d,因此合肥市再生水水源充足、水質穩定,具有良好的再生水資源開發基礎。

  1.2 污水處理廠出水水質良好

  合肥市再生水主要用於景觀環境用水、工業循環冷卻用水、城市綠化、道路清掃、建築施工、大型公共建築中水,再生水處理廠出廠水水質必須同時滿足《城市污水再生利用 城市雜用水水質》(GB/T18920)、《城市污水再生利用 景觀環境用水》(GB/T 18921)、《城市污水再生利用 工業用水水質》(GB/T19923)、城市污水再生利用 綠地灌溉用水》(GB/T 25499)等各用水水質標準的要求,將上述水質標準歸併後確定了合肥市再生水水質標準,其主要指標如表2所示。

  合肥市污水處理廠現況出水水質,均可達到類Ⅳ類水質標準,因此所有污水處理廠均可作為再生水廠。

  1.3 污水處理廠佈局合理

  合肥市區內污水處理廠分佈較為分散,相對均勻地佈置於主幹河道沿線,有利於出水的就近利用,佈局十分合理。因此,污水處理廠出水水量充足、水質良好且水廠佈局合理,作為再生水水源補給河湖條件優越。

  2 基於再生水利用的河湖生態補水方案

  目前合肥市區內除派河、天鵝湖、南豔湖及翡翠湖的水質目標為Ⅲ類,再生水不滿足補給要求外,其餘水體均可採用再生水補水。已建成有針對性的再生水補水工程有塘西河、關鎮河、小板橋河、許小河、環城水系、王建溝、方興湖等補水工程,總規模僅為35萬 m³/d,其餘均為各污水處理廠尾水排河,是否滿足河道實際生態需求有待分析。因此,本次研究結合合肥市區內主要河湖的生態需水量對各污水處理廠補給河湖的位置和水量進行優化配置,以滿足河湖實際生態需求及提高再生水利用的合理性。河湖生態需水量為將河湖生態系統維持在一定水平所需要的水量,河湖生態系統功能包括維持河湖生物多樣性、自淨、調節水量、維持河湖形態等。

  2.1 河道生態需水量計算

  目前,國內外通常認為城市河道生態需水量主要包括:維持水生生物棲息地需水量(即生態基流量)、河流自然和人工植被耗水量、維持河流自淨能力需水量、河流水面蒸發需水量、河流滲漏需水量等。各部分水量計算方法如下。

  2.1.1 生態基流量Q基流

  Tennant法是美國專家Tennant和美國漁業野生動物協會於1976年共同開發的一種標準設定法,該方法考慮了臨近棲息地、水力學和生物學因素,主要依據過去長系列的年流量記錄,採用河流年平均徑流量百分比作為河流最小推薦生態流量,標準範圍從“差和最小”(10%AAF)到“最佳”(60%~100%AAF),Tennant法推薦流量詳見表3。

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  2.1.2 河流自然和人工植被耗水量Q綠化

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  2.1.3 維持河流自淨能力需水量Q自淨

  維持河流自淨能力的需水量,可根據河道水面形成的方式採用流速法或換水法。對於水面利用閘壩攔蓄形成的河道,通常採用換水法,借鑑湖泊換水量的計算方法。換水次數及換水深度的確定,應綜合考慮河道所在區域的重要性、補水水源情況等多方面因素。

  2.1.4 河流水面蒸發需水量Q蒸發

  河道水面蒸發需水量根據水面面積、水面蒸發量,由水量平衡原理計算:

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  2.1.5 河流滲漏需水量Q滲漏

  河流滲漏需水量是指當河流水位高於地下水位時,通過河流底部滲漏和岸邊側漏形式向地下水補充的水量,一般採用達西定律計算,可簡化為由水面面積和滲漏係數決定:

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  綜上所述,考慮合肥市河道綜合情況,以及合肥市良好的再生水回用基礎,河道生態需水量計算為:

編輯:王媛媛

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