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合肥实例:基于再生水利用的河湖生态需水量优化配置

时间:2020-11-12 13:42

来源:给水排水

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  导读:针对合肥市水资源紧缺、河湖水环境状况不理想等问题,结合合肥市再生水资源现况,以南淝河流域为例,从再生水水量、水质及补水路径等多方面,对再生水补给河湖进行了系统性研究分析,对河湖生态需水量进行了优化配置。合肥市优化利用再生水补给河湖,可实现优质水资源的置换,并采取最少的工程措施,满足河湖景观水体的生态用水需求,从而改善河湖水环境状况。

  0 概况

  合肥市地处江淮分水岭,包含巢湖水系和滁河水系。合肥市区主要河湖水系分布如图1所示,合肥市区内河道主要有十五里河、南淝河、板桥河、塘西河、关镇河、小板桥河、圩西河、许小河、四里河、二十埠河、派河,中心城区景观水体主要有天鹅湖、南艳湖、翡翠湖、王建沟、陶冲湖、方兴湖、花冲公园、杏花公园、银河公园、逍遥津公园、生态公园、瑶海湿地公园,城市水系发达。但目前合肥市内各水系的补水,除降雨外基本都来自区域外淠河灌区和杭埠河灌区经滁河干渠的调水,补水水源较为单一,一旦遭遇大旱河道补水将难以保障。不仅如此,合肥市主要河流水质以Ⅴ类或劣Ⅴ类为主,而这往往也是由河道水体受污染,清洁水源不足造成。因此,合肥市内亟需优质水资源对各水系进行合理补给。

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  1 合肥市再生水水源条件

  1.1 污水处理厂水量充沛

  截至2019年12月,合肥市主城区有现状污水处理厂14座,出水水质均达到类Ⅳ类,污水现状处理能力为191.5万m³/d,除在调试阶段的望塘和清溪污水处理厂,其余污水处理厂处理水量均达到或超出设计规模,实际日平均处理量可达到173.4万m³/d,预计2021年现况及规划新建污水处理厂将达18座,处理能力可达334.5万m³/d,因此合肥市再生水水源充足、水质稳定,具有良好的再生水资源开发基础。

  1.2 污水处理厂出水水质良好

  合肥市再生水主要用于景观环境用水、工业循环冷却用水、城市绿化、道路清扫、建筑施工、大型公共建筑中水,再生水处理厂出厂水水质必须同时满足《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T18920)、《城市污水再生利用 景观环境用水》(GB/T 18921)、《城市污水再生利用 工业用水水质》(GB/T19923)、城市污水再生利用 绿地灌溉用水》(GB/T 25499)等各用水水质标准的要求,将上述水质标准归并后确定了合肥市再生水水质标准,其主要指标如表2所示。

  合肥市污水处理厂现况出水水质,均可达到类Ⅳ类水质标准,因此所有污水处理厂均可作为再生水厂。

  1.3 污水处理厂布局合理

  合肥市区内污水处理厂分布较为分散,相对均匀地布置于主干河道沿线,有利于出水的就近利用,布局十分合理。因此,污水处理厂出水水量充足、水质良好且水厂布局合理,作为再生水水源补给河湖条件优越。

  2 基于再生水利用的河湖生态补水方案

  目前合肥市区内除派河、天鹅湖、南艳湖及翡翠湖的水质目标为Ⅲ类,再生水不满足补给要求外,其余水体均可采用再生水补水。已建成有针对性的再生水补水工程有塘西河、关镇河、小板桥河、许小河、环城水系、王建沟、方兴湖等补水工程,总规模仅为35万 m³/d,其余均为各污水处理厂尾水排河,是否满足河道实际生态需求有待分析。因此,本次研究结合合肥市区内主要河湖的生态需水量对各污水处理厂补给河湖的位置和水量进行优化配置,以满足河湖实际生态需求及提高再生水利用的合理性。河湖生态需水量为将河湖生态系统维持在一定水平所需要的水量,河湖生态系统功能包括维持河湖生物多样性、自净、调节水量、维持河湖形态等。

  2.1 河道生态需水量计算

  目前,国内外通常认为城市河道生态需水量主要包括:维持水生生物栖息地需水量(即生态基流量)、河流自然和人工植被耗水量、维持河流自净能力需水量、河流水面蒸发需水量、河流渗漏需水量等。各部分水量计算方法如下。

  2.1.1 生态基流量Q基流

  Tennant法是美国专家Tennant和美国渔业野生动物协会于1976年共同开发的一种标准设定法,该方法考虑了临近栖息地、水力学和生物学因素,主要依据过去长系列的年流量记录,采用河流年平均径流量百分比作为河流最小推荐生态流量,标准范围从“差和最小”(10%AAF)到“最佳”(60%~100%AAF),Tennant法推荐流量详见表3。

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  2.1.2 河流自然和人工植被耗水量Q绿化

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  2.1.3 维持河流自净能力需水量Q自净

  维持河流自净能力的需水量,可根据河道水面形成的方式采用流速法或换水法。对于水面利用闸坝拦蓄形成的河道,通常采用换水法,借鉴湖泊换水量的计算方法。换水次数及换水深度的确定,应综合考虑河道所在区域的重要性、补水水源情况等多方面因素。

  2.1.4 河流水面蒸发需水量Q蒸发

  河道水面蒸发需水量根据水面面积、水面蒸发量,由水量平衡原理计算:

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  2.1.5 河流渗漏需水量Q渗漏

  河流渗漏需水量是指当河流水位高于地下水位时,通过河流底部渗漏和岸边侧漏形式向地下水补充的水量,一般采用达西定律计算,可简化为由水面面积和渗漏系数决定:

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  综上所述,考虑合肥市河道综合情况,以及合肥市良好的再生水回用基础,河道生态需水量计算为:

编辑:王媛媛

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