高學(xué)平，吳登將，孫博聞，張　晨，韓麗君

（1.天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；2.天津市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，天津 300072）

高鹽度底泥水庫(kù)工程布置及運(yùn)行對(duì)供水安全的影響

高學(xué)平1，吳登將1，孫博聞1，張晨1，韓麗君2

（1.天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；2.天津市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，天津 300072）

為保障高鹽度底泥水庫(kù)供水氯離子質(zhì)量濃度達(dá)標(biāo)（小于250 mg/L），在水庫(kù)閘門(mén)工程布置及水庫(kù)正常運(yùn)行期間對(duì)高鹽度底泥這一氯離子釋放源對(duì)水庫(kù)水質(zhì)的影響進(jìn)行研究。以天津市北塘水庫(kù)為例，針對(duì)水庫(kù)閘門(mén)布置方案比選及水庫(kù)在運(yùn)行期間的水質(zhì)咸化問(wèn)題，考慮高鹽度底泥氯離子釋放，建立三維水動(dòng)力水質(zhì)模型進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明：引水、供水閘門(mén)的空間布置直接影響供水水質(zhì)，引水閘位于西南角同時(shí)開(kāi)啟3個(gè)供水閘的方案為較優(yōu)方案，該方案下基本無(wú)死水區(qū)域，供水水質(zhì)在供水8 d后達(dá)標(biāo)；在水庫(kù)靜置期，底泥氯離子釋放速率與底泥含鹽量呈正相關(guān)，在最不利情況下，水庫(kù)氯離子在底泥釋放55 d后濃度超標(biāo)。

高鹽度底泥水庫(kù)；工程布置；供水安全；氯離子質(zhì)量濃度；水庫(kù)水污染；北塘水庫(kù)

近年來(lái)，水污染已成為我國(guó)普遍存在的環(huán)境問(wèn)題，水污染尤其是城市供水水庫(kù)的污染將會(huì)直接威脅居民的日常生活用水安全，影響居民的生活質(zhì)量。隨著水污染研究的深入，沉積底泥作為污染物釋放源越來(lái)越受到人們的重視。污染物通過(guò)廢水排放、大氣沉降、雨水淋溶與沖刷進(jìn)入水體，最后沉積到底泥中并逐漸富集，使底泥受到嚴(yán)重污染［1］。沉積底泥內(nèi)可溶解的污染物與上覆水存在相互傳遞的物理作用，若底泥污染物濃度高于上覆水污染物濃度，則污染物由底泥向上覆水體釋放，因此對(duì)于已污染的底泥環(huán)境，應(yīng)該將底泥作為一個(gè)污染釋放源予以考慮。地處濱海城市的水庫(kù)，由于受到地域及人類活動(dòng)的影響，導(dǎo)致含鹽量較高的海水長(zhǎng)期倒灌侵蝕，使得水庫(kù)底泥嚴(yán)重鹽堿化，例如位于天津市濱海新區(qū)的北塘水庫(kù)，其局部底泥氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)1 400× 10-6［2］。而海水入侵具有較強(qiáng)的后效作用，高鹽度底泥一旦形成，很難在短期內(nèi)恢復(fù)。當(dāng)前，作為城市或地區(qū)居民生活飲用水的供水水庫(kù)，其出庫(kù)閘供水的水體氯離子質(zhì)量濃度應(yīng)保持在250 mg/L以內(nèi)（參照GB3838—2002《中華人民共和國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》），因此高鹽度底泥作為氯離子釋放源對(duì)水庫(kù)水質(zhì)安全的威脅將長(zhǎng)期存在。

底泥污染物空間上一般呈現(xiàn)不均勻分布［3-4］，高鹽度底泥水庫(kù)受到庫(kù)底地形、底泥地質(zhì)及水生生物活動(dòng)等因素的影響，導(dǎo)致水庫(kù)底泥含鹽量在空間上分布不均勻，將高鹽度底泥作為氯離子釋放源，水庫(kù)中局部底泥含鹽量高則氯離子釋放速率快［5-6］。在水庫(kù)水體流通性很小的情況下，氯離子容易在水庫(kù)高含鹽量底泥區(qū)域堆積，在未修建水庫(kù)閘門(mén)前，水庫(kù)入庫(kù)閘、出庫(kù)閘空間布置的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮底泥含鹽量的空間分布，否則可能導(dǎo)致水庫(kù)局部高鹽度底泥區(qū)域水質(zhì)變差；在水庫(kù)開(kāi)始運(yùn)行后，可能面臨不可預(yù)知的突發(fā)情況，如來(lái)水水源中斷、水庫(kù)安全定期檢修等，這些突發(fā)情況會(huì)導(dǎo)致水庫(kù)引水、供水中斷從而使庫(kù)區(qū)水體呈靜置狀態(tài)，庫(kù)區(qū)水體的氯離子質(zhì)量濃度在靜置狀態(tài)下會(huì)逐漸上升［7-8］，可能導(dǎo)致水庫(kù)水體的氯離子質(zhì)量濃度不達(dá)標(biāo)。

筆者以天津市北塘水庫(kù)為例，基于環(huán)境流體力學(xué)模型（EFDC）建立了底泥氯離子擴(kuò)散模型，模型中氯離子作為保守物質(zhì)在底泥和上覆水之間進(jìn)行物質(zhì)交換，利用該模型模擬水庫(kù)不同工程布置下的引水、供水過(guò)程及水庫(kù)在靜置期的水質(zhì)咸化過(guò)程，研究高鹽度底泥對(duì)水庫(kù)工程布置及運(yùn)行的影響，給出了最優(yōu)工程布置方案和水庫(kù)靜置期氯離子超標(biāo)時(shí)間，為水庫(kù)在建筑物的布置及日后運(yùn)行管理提供科學(xué)依據(jù)。

1　北塘水庫(kù)概況

北塘水庫(kù)位于天津市濱海新區(qū)塘沽區(qū)北塘鎮(zhèn)西北約2km，為一中型平原水庫(kù)，呈不規(guī)則多邊形，占地面積7.4 km2，為南水北調(diào)調(diào)引水庫(kù)，目前有4個(gè)引水、供水閘門(mén)，分別為④號(hào)、⑤號(hào)、⑥號(hào)和⑦號(hào)閘門(mén)。為滿足水庫(kù)的調(diào)蓄及事故備用要求，擬新建若干入庫(kù)閘、出庫(kù)閘，①號(hào)、②號(hào)和③號(hào)閘門(mén)是備選新建閘門(mén)（未建成）。圖1為北塘水庫(kù)工程布置示意圖。

天津市水利科學(xué)研究所與南開(kāi)大學(xué)在2004年北塘水庫(kù)處于干涸期時(shí)對(duì)水庫(kù)底泥進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明庫(kù)區(qū)西側(cè)屬于重度鹽漬化水平，庫(kù)區(qū)南側(cè)、北側(cè)和東側(cè)屬輕度鹽漬化水平，庫(kù)中心底泥屬非鹽漬化水平。河海大學(xué)在2005年水庫(kù)引潮白河水入庫(kù)后再次對(duì)水庫(kù)底泥進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果與天津市水利科學(xué)研究所在水庫(kù)干涸時(shí)檢測(cè)的結(jié)果相近［2］。圖2為河海大學(xué)對(duì)北塘水庫(kù)底泥氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布檢測(cè)結(jié)果。

圖1　北塘水庫(kù)工程布置（單位：m）

圖2　水庫(kù)底泥氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布

2　基于EFDC的底泥氯離子擴(kuò)散模型

為了模擬水庫(kù)引水、供水過(guò)程及靜置期水庫(kù)水質(zhì)咸化過(guò)程，結(jié)合水庫(kù)的特征和國(guó)內(nèi)外水質(zhì)模擬的水平，選擇了在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛的EFDC。EFDC是美國(guó)環(huán)保局（USEPA）推薦的三維水動(dòng)力模型，集水動(dòng)力模塊、水質(zhì)預(yù)測(cè)模塊、泥沙輸運(yùn)模塊和污染物運(yùn)移模塊為一體，在水動(dòng)力模擬［9］、底泥氯離子釋放模擬［10］、水庫(kù)分層水溫模擬［11］、河道海灣模擬［12］等方面都有成功的應(yīng)用。

2.1底泥污染物釋放方式分析

在底泥-水界面污染物遷移擴(kuò)散領(lǐng)域，已有相關(guān)研究成果［13-15］。底泥污染物釋放不僅與底泥污染物濃度有關(guān)，還與上覆水體的流場(chǎng)有關(guān)。較大的流速能夠引起底泥的懸浮，并加速溶解于孔隙水和吸附于懸浮泥沙上的污染物向上覆水體釋放。式（1）為泥沙起動(dòng)速度計(jì)算公式［16］，該式適用于無(wú)黏性均勻泥沙。

式中：Uc為泥沙起動(dòng)速度，m/s；h為水深，m；D為土顆粒粒徑，m；ρs為土顆粒的密度，kg/m3；ρ為水的密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2。

北塘水庫(kù)土顆粒平均粒徑為0.05×10-3m，土顆粒的密度為2 650 kg/m3，根據(jù)公式（1）計(jì)算得出北塘水庫(kù)在不同水位下底泥起動(dòng)速度，見(jiàn)表1。

表1　北塘水庫(kù)底泥起動(dòng)速度

北塘水庫(kù)死水位、供水低水位、設(shè)計(jì)高水位分別為2.8 m、5.6 m、7.0 m，根據(jù)水庫(kù)設(shè)計(jì)的閘門(mén)引水、供水流量，庫(kù)區(qū)內(nèi)水體最大流速不超過(guò)10 cm/s，結(jié)合表1可知，水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中，不會(huì)引起底泥的揚(yáng)動(dòng)，底泥污染物釋放主要以底泥孔隙水污染物向上覆水體擴(kuò)散為主。

2.2底泥污染物釋放控制方程

底泥上覆水界面上由于濃度差而發(fā)生分子擴(kuò)散，根據(jù)費(fèi)克第二定律可以得到底泥和上覆水體中溶質(zhì)隨時(shí)間的變化。式（2）為底泥污染物擴(kuò)散控制方程［17］：

式中：c為溶質(zhì)的質(zhì)量濃度，mg/L；Dm為底泥孔隙水污染物向上覆水體擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；t為擴(kuò)散時(shí)間，s；y為污染源的距離，m。利用量綱分析法求解式（2），式（3）為其基本解。

式中M為底泥污染物總質(zhì)量，mg。

2.3模型建立與模型參數(shù)的確定

基于EFDC的水動(dòng)力水質(zhì)三維模型，采用正交曲線網(wǎng)格，以水動(dòng)力模塊為基礎(chǔ)，對(duì)底泥污染物釋放模型進(jìn)行耦合，假定底泥為無(wú)黏性均勻泥沙，僅考慮底泥污染物的分子擴(kuò)散而不考慮底泥起動(dòng)懸浮。模型水動(dòng)力參數(shù)：水庫(kù)死水位為2.8 m，水庫(kù)底部為平底，庫(kù)底高程為2.0 m，死水位水深為0.8 m；底泥氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布沿用河海大學(xué)檢測(cè)的數(shù)據(jù)（圖2）；南水北調(diào)通水后，北塘水庫(kù)水源將由丹江口水庫(kù)引水，其水體氯離子質(zhì)量濃度為25.0mg/L，不考慮氣象條件、人為條件對(duì)模擬結(jié)果的影響。模型其他參數(shù)：網(wǎng)格單元數(shù)為2302，垂向分10層計(jì)算，時(shí)間步長(zhǎng)為10s，糙率系數(shù)為0.03；底泥釋放源厚度為1 m，底泥孔隙水污染物向上覆水體擴(kuò)散系數(shù)為1.22×10-9m2/s［17］。

2.4模型的驗(yàn)證

北塘水庫(kù)當(dāng)前水體為潮白河汛期補(bǔ)水，水位高程5.6 m，水體靜置約1 a，引潮白河補(bǔ)水水體氯離子質(zhì)量濃度為200 mg/L，用已建立的模型對(duì)水庫(kù)靜置1 a后的水體進(jìn)行模擬，另外對(duì)北塘水庫(kù)4個(gè)取樣點(diǎn)（A、B、C、D）水體進(jìn)行取樣，用硝酸銀滴定法測(cè)定其氯離子質(zhì)量濃度。圖3為水庫(kù)水體氯離子質(zhì)量濃度分布模擬結(jié)果（含4個(gè)取樣點(diǎn)），圖4為取樣點(diǎn)氯離子質(zhì)量濃度模擬值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比。需要說(shuō)明的是，在模型參數(shù)選取上存在系統(tǒng)偏差，例如初始條件設(shè)置中，將初始水體氯離子質(zhì)量濃度統(tǒng)一設(shè)為250 mg/L，庫(kù)區(qū)內(nèi)所有底泥釋放源厚度統(tǒng)一設(shè)置為1 m。結(jié)果表明，實(shí)測(cè)水體氯離子質(zhì)量濃度和模擬結(jié)果誤差在10%左右，而水質(zhì)模擬誤差30%以內(nèi)一般可以視為較優(yōu)［18-19］，因此，本模型精度可靠。

圖3　水庫(kù)水體氯離子質(zhì)量濃度分布模擬結(jié)果

圖4　取樣點(diǎn)氯離子質(zhì)量濃度模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比

3　水庫(kù)工程布置及引水、供水方案模擬結(jié)果

3.1工程布置及引水、供水預(yù)備方案

如圖1所示，①號(hào)、②號(hào)和③號(hào)閘門(mén)是備選新建閘門(mén)（未建成），結(jié)合現(xiàn)有閘門(mén)并考慮改造費(fèi)用預(yù)算、水庫(kù)供水需求以及方便水庫(kù)管理，擬定引水、供水預(yù)備方案，見(jiàn)表2。

3.2各方案模擬結(jié)果及分析

方案1采用⑤號(hào)、⑥號(hào)閘同時(shí)出流，對(duì)比方案2、方案3，雖然單個(gè)閘門(mén)出流流量減半，但從整個(gè)庫(kù)區(qū)角度看，庫(kù)區(qū)流場(chǎng)最為均勻，基本無(wú)死水區(qū)，對(duì)庫(kù)區(qū)內(nèi)水體交換最為有利；方案4采用②號(hào)閘為引水閘，與供水閘相隔較遠(yuǎn)，故流場(chǎng)也較為均勻；方案5中，入庫(kù)①號(hào)閘與出庫(kù)⑦號(hào)閘緊靠，導(dǎo)致庫(kù)區(qū)北部區(qū)域出現(xiàn)大面積死水區(qū)，死水面積達(dá)到整個(gè)庫(kù)區(qū)的68%。

表3為各方案開(kāi)始供水時(shí)刻出庫(kù)閘出流水體氯離子質(zhì)量濃度及其達(dá)標(biāo)所需時(shí)間（氯離子質(zhì)量濃度小于250 mg/L時(shí)達(dá)標(biāo)），表中c0為開(kāi)始供水時(shí)刻出庫(kù)閘出流氯離子質(zhì)量濃度，T為供水氯離子質(zhì)量濃度達(dá)標(biāo)所需時(shí)間。方案1、方案2、方案3中的③號(hào)閘附近在開(kāi)始供水時(shí)刻水體氯離子質(zhì)量濃度在302.2 mg/L左右，在水庫(kù)開(kāi)始供水8 d后氯離子質(zhì)量濃度達(dá)標(biāo)，方案4則在15 d后達(dá)標(biāo)；方案5，由于入庫(kù)①號(hào)閘與出庫(kù)⑦號(hào)閘緊靠，在引水過(guò)程完成后，⑦號(hào)閘附近區(qū)域水質(zhì)已接近入流水質(zhì)，氯離子質(zhì)量濃度為25.0mg/L，出庫(kù)⑥號(hào)閘附近區(qū)域水體已得到充分稀釋，氯離子質(zhì)量濃度為122.8mg/L，故在開(kāi)始供水后，方案5氯離子質(zhì)量濃度在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，可庫(kù)區(qū)東北部及西部底泥含鹽度較高，底泥釋放氯離子速率快，庫(kù)區(qū)北部大面積區(qū)域氯離子殘余量較高，從整個(gè)過(guò)程看，方案5沒(méi)有完全發(fā)揮水庫(kù)的調(diào)度功能，庫(kù)區(qū)水體沒(méi)能進(jìn)行充分的交換。綜上，認(rèn)為方案1為較優(yōu)的推薦方案。

表2　引水、供水預(yù)備方案運(yùn)行情況

表3　出庫(kù)閘出流氯離子質(zhì)量濃度及達(dá)標(biāo)所需時(shí)間

表4　觀測(cè)點(diǎn)底泥氯離子釋放總量（累計(jì)）與當(dāng)日釋放速率

4　水庫(kù)靜置期水質(zhì)咸化模擬結(jié)果

為確定北塘水庫(kù)在靜置狀態(tài)下水庫(kù)水質(zhì)能夠保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的最大靜置時(shí)間，對(duì)北塘水庫(kù)在靜置期的水質(zhì)咸化過(guò)程進(jìn)行模擬。在水庫(kù)長(zhǎng)期正常運(yùn)行后，整個(gè)庫(kù)區(qū)水體氯離子質(zhì)量濃度和南水北調(diào)水源氯離子質(zhì)量濃度相近，均取25mg/L，如圖2所示，按底泥氯離子含量高低取1、2、3、4、5這5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，5個(gè)底泥觀測(cè)點(diǎn)在靜置狀態(tài)下的氯離子釋放總量（累計(jì)）和當(dāng)日釋放速率列于表4中。

從表4可以看出，各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)底泥氯離子釋放總量不同，初始底泥氯離子含量高的觀測(cè)點(diǎn)釋放總量大，相同靜置時(shí)間下，底泥釋放總量由大到小依次為觀測(cè)點(diǎn)1、觀測(cè)點(diǎn)2、觀測(cè)點(diǎn)3、觀測(cè)點(diǎn)4、觀測(cè)點(diǎn)5，觀測(cè)點(diǎn)1靜置240 d后釋放總量為1749.9 g/m2，觀測(cè)點(diǎn)5靜置240d后釋放總量為90.6g/m2。由當(dāng)日釋放速率可以看出，初始底泥氯離子含量高的觀測(cè)點(diǎn)當(dāng)日釋放速率大，同一觀測(cè)點(diǎn)當(dāng)日釋放速率隨著靜置天數(shù)的增加不斷減小，靜置200 d左右底泥氯離子釋放速率趨近于零。

據(jù)靜置模擬結(jié)果，第1天底泥氯離子釋放速率最大，若在水庫(kù)靜置期均取此釋放速率作為庫(kù)區(qū)底泥氯離子釋放速率，則這一情況應(yīng)為水庫(kù)靜置期水質(zhì)咸化最不利情況，此時(shí)底泥氯離子釋放速率為3.7～64.3g/（m2·d）。根據(jù)公式（4）得到最不利情況下水體氯離子質(zhì)量濃度隨時(shí)間的變化，視靜置模擬結(jié)果為一般情況，則最不利情況與一般情況下水體氯離子質(zhì)量濃度-時(shí)間關(guān)系如圖5所示。

式中：cCl為庫(kù)區(qū)水體氯離子質(zhì)量濃度，mg/L；cs為庫(kù)區(qū)水體氯離子初始質(zhì)量濃度，mg/L；kmax為單個(gè)網(wǎng)格底泥釋放速率，g/m2；Sa為單個(gè)網(wǎng)格面積，m2；ts為靜置天數(shù)，d；V為庫(kù)區(qū)水體總體積，m3。

圖5　最不利情況與一般情況水體氯離子質(zhì)量濃度-時(shí)間關(guān)系

從圖5可以看出，對(duì)于一般情況，隨著靜置時(shí)間的增加，水體氯離子質(zhì)量濃度不斷增加，濃度增長(zhǎng)速度逐漸減小，靜置至200 d時(shí)，氯離子質(zhì)量濃度增長(zhǎng)速度趨近于零，濃度保持在135 mg/L左右；對(duì)于最不利情況，水體氯離子質(zhì)量濃度呈線性增加，在第55天氯離子質(zhì)量濃度超過(guò)250 mg/L。

5　結(jié) 論

本文基于EFDC建立了底泥氯離子擴(kuò)散模型，以天津市北塘水庫(kù)為例，主要研究了高鹽度底泥作為氯離子釋放源對(duì)水庫(kù)工程布置及水庫(kù)運(yùn)行期的影響，得到以下結(jié)論：①對(duì)于類似高鹽度底泥水庫(kù)，在引水、供水閘的空間布置上，需要從庫(kù)區(qū)流場(chǎng)及供水水質(zhì)的角度分析比較各閘門(mén)備選布置方案的優(yōu)劣，同時(shí)考慮底泥含鹽量在空間上分布的不均勻性，避免引水閘門(mén)和供水閘門(mén)緊靠布置，導(dǎo)致局部高鹽度底泥區(qū)域氯離子堆積殘留，最終影響供水水質(zhì)；②在水庫(kù)運(yùn)行期間，不可忽略高鹽度底泥作為氯離子釋放源的影響，底泥氯離子釋放速率與底泥含鹽量呈正相關(guān)，以最大底泥氯離子釋放速率作為整個(gè)靜置期底泥釋放速率，可以得出最不利情況下水庫(kù)水體氯離子質(zhì)量濃度的超標(biāo)時(shí)間，為水庫(kù)后續(xù)正常供水提供依據(jù)。

［1］許煉烽，鄧紹龍，陳繼鑫，等.河流底泥污染及其控制與修復(fù)［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，23（10）：1708-1715.（XU Lianfeng，DENG Shaolong，CHEN Jixin，et al.River sediment pollution and its control and restoration［J］. Ecology and Environmental Sciences，2014，23（10）：1708-1715.（in Chinese））

［2］姜翠玲，束龍倉(cāng)，姚琪，等.天津市南水北調(diào)配套工程北塘水庫(kù)水質(zhì)安全可行性研究報(bào)告［R］.南京：河海大學(xué)，2006：31-34.

［3］李爽，張祖陸.南四湖表層底泥重金屬空間分布及污染程度評(píng)價(jià)［J］.水資源保護(hù)，2012，28（4）：6-11.（LI Shuang，ZHANG Zulu.Spatial distribution and pollution assessment of heavy metals in surface sediments of Nansihu Lake［J］.Water Resources Protection，2012，28（4）：6-11.（in Chinese））

［4］趙大勇，馬婷，曾巾，等.南京玄武湖富營(yíng)養(yǎng)化及重金屬污染現(xiàn)狀［J］.河海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，40（1）：83-87.（ZHAO Dayong，MA Ting，ZENG Jin，et al. Study on eutrophication and heavy metal pollution of Xuanwu Lake［J］.Journal of Hohai University（Natural Science），2012，40（1）：83-87.（in Chinese））

［5］ZHU L Q，JIANG C L，WANG Y H.A risk assessment of water salinization during the initial impounding period of a proposed reservoir in Tianjin，China［J］.Environment Science，2013，15（9）：1743-1751.

［6］姜翠玲，裴海峰.北塘水庫(kù)底泥鹽分釋放的影響因子研究［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2007，30（10）：1-4.（JIANG Cuiling，PEI Haifeng.Impact factors on salt release from beitang reservoir sediment［J］.Environmental Science and Technology，2007，30（10）：1-4.（in Chinese））

［7］朱紅偉，張坤，鐘寶昌，等.泥沙顆粒和孔隙水在底泥再懸浮污染物釋放中的作用［J］.水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展：A輯，2011，26（5）：631-641.（ZHU Hongwei，ZHANG Kun，ZHONG Baochang，et al.Effects of particles and pore water in release of pollutants due to sediment resuspension［J］.Chinese Journal of Hydrodynamics，2011，26（5）：631-641.（in Chinese））

［8］鄧偉明，徐曉梅，陳春瑜，等.滇池表層沉積物中氨氮的釋放特征［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2015，28（4）：524-531.（DENG Weiming，XU Xiaomei，CHEN Chunyu，et al. Study on release characteristics of ammonium in the surface sediments of Dianchi Lake［J］.Research of Environmental Sciences，2015，28（4）：524-531.（in Chinese））

［9］龔然，徐進(jìn)，徐力剛，等.基于EFDC城市景觀湖泊水動(dòng)力模擬研究［J］.環(huán)境工程，2015，33（4）：58-62.（GONG Ran，XU Jin，XU Ligang，et al.Study on hydrodynamics in urban landscape lake based on EFDC［J］.Environment Engineering，2015，33（4）：58-62.（in Chinese））

［10］張晨，高學(xué)平，朱慧芳，等.以氯離子為例的北大港水庫(kù)水質(zhì)調(diào)控技術(shù)［J］.天津大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)與工程技術(shù)版），2012，45（1）：6-12.（ZHANG Chen，GAO Xueping，ZHU Huifang，et al.Control technology of water quality for chloride in Beidagang Reservoir［J］.Journal of Tianjin University（Science and Tehnology），2012，45（1）：6-12.（in Chinese））

［11］高學(xué)平，張少雄，張晨.糯扎渡水電站多層進(jìn)水口下泄水溫三維數(shù)值模擬［J］.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2012，31（1）：195-201.（GAO Xueping，ZHANG Shaoxiong，ZHANG Chen.3-D numerical simulation of water temperature releasedfromthemulti-levelintakeofNuozhadu HydropowerStation［J］.JournalofHydroelectric Engineering，2012，31（1）：195-201.（in Chinese））

［12］史瑩，江春波，陳正兵，等.彎曲河道對(duì)水流流態(tài)影響數(shù)值模擬［J］.水利學(xué)報(bào)，2013，44（9）：1050-1057.（SHI Ying，JIANG Chunbo，CHEN Zhengbing，et al.Numerical simulation of flow pattern in meandering rivers［J］.Journal of Hydraulic Engineering，2013，44（9）：1050-1057.（in Chinese））

［13］軒曉博，逄勇，李一平，等.金屬礦區(qū)重金屬遷移對(duì)水體影響的數(shù)值模擬［J］.水資源保護(hù)，2015，31（2）：30-35.（XUAN Xiaobo，PANG Yong，LI Yiping，et al. Numerical simulation of influence of heavy metal migration on water in metallic mining areas［J］.Water Resources Protection，2015，31（2）：30-35.（in Chinese））

［14］王流通，劉凌，錢(qián)寶，等.鹽城大縱湖疏浚前后沉積物-水界面環(huán)境化學(xué)變化［J］.水資源保護(hù)，2013，29（2）：33-37.（WANG Liutong，LIU Ling，QIAN Bao，et al. Changes in environmental chemistry at water-sediment interface before and after dredging of Dazong Lake in Yancheng City［J］.Water Resources Protection，2013，29（2）：33-37.（in Chinese））

［15］沈樂(lè).重污染河道疏浚對(duì)菹草水生態(tài)環(huán)境的影響［J］.水資源保護(hù)，2012，28（3）：32-37.（SHEN Le.Impacts of dredging of seriously polluted rivers on water ecological environment of Potamogeton crispus［J］.Water Resources Protection，2012，28（3）：32-37.（in Chinese））

［16］王興奎，邵學(xué)軍.河流動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2002.

［17］金臘華，徐峰俊.水環(huán)境數(shù)值模擬與可視化技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［18］ZOU R，CARTER S.Integrated hydrodynamic and water quality modeling system to support nutrient total maximum dailyloaddevelopmentforWissahickonCreek，Pennsylvania［J］.Journal of Environmental Engineering，2006，32（4）：555-566.

［19］FU G B，BARBER M E，CHEN Shulin.Impacts of climate change on regional hydrological regimes in the Spokane River Watershed［J］.Journal of Hydrologic Engineering，2007，12（5）：452-461.

Effects of layout and operation of reservoir with high-salinity sediment on water supply safety

GAO Xueping1，WU Dengjiang1，SUN Bowen1，ZHANG Chen1，HAN Lijun2
（1.State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety，Tianjin University，Tianjin 300072，China；2.Tianjin Water Conservancy Survey and Design Institute，Tianjin 300072，China）

In order to ensure that the chloride ions concentration of the water from a reservoir with high-salinity sediment reaches the standard（less than 250 mg/L），the effects of high-salinity sediment，the main source of chloride ions，on the water quality of the reservoir were studied during the periods of layout design of reservoir gates and operation of the reservoir，using the Beitang Reservoir in Tianjin City as an example.To determine the optimal layout of gates from alternative schemes and to simulate the water salinization in the operation period of the reservoir，a three-dimensional hydrodynamic and water quality model was established，with the release of chloride ions from the high-salinity sediment considered.The results show that the water quality is directly influenced by the spatial layout of the inflow and outflow gates.It is put forward that the scheme with the inflow gate located in the southwestern corner and with the three outflow gates open at the same time is the optimal scheme，in which there is nearly no static region and the water quality will reach the standard after eight days.In the static period of the reservoir，the release rate of chloride ions from the sediment is positively correlated with the salt content in the sediment，and the concentration of chloride ions in the reservoir will exceed the standard at the 55th day after the release under the most unfavorable conditions.

reservoir with high-salinity sediment；project layout；water supply safety；mass concentration of chloride ions；water pollution in reservoir；Beitang Reservoir

X522

A

10067647（2016）05005005

10.3880/j.issn.10067647.2016.05.009

國(guó)家自然科學(xué)基金（51279125）；天津市自然科學(xué)基金（15JCYBJC22600）；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2015BAB07B02）

高學(xué)平（1962—），男，教授，博士，主要從事環(huán)境水力學(xué)、工程水力學(xué)研究。E-mail：xpgao@tju.edu.cn

張晨（1981—），男，副教授，博士，主要從事環(huán)境水力學(xué)、生態(tài)水力學(xué)研究。E-mail：emil@tju.edu.cn

（20150922 編輯：駱超）