水扩散示踪实验在环评中的应用
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇水扩散示踪实验在环评中的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
[摘要]叙述了水扩散示踪实验的方案设计、示踪剂的选择、采样、实验的分析和参数的求取等实验的全过程。
[关键词]示踪实验扩散参数示踪剂罗丹明-B
山区河流,大都是河狭水急,河床坡度大、支流繁多。在环境影响评价中如评价河段较短时,自净能力不易显示出来,一般均由扩散作用起主导作用。因此,水扩散作用的研究是水环境影响评价中的一项重要内容。
天然河流的混合扩散系数的确定,一般有三种方法,即:
⑴ 根据水文资料和水文特征,用经验公式进行估算。
⑵ 水工模型实验:在水工模型上进行扩散示踪实验。
⑶ 在实际河段进行示踪扩散实验。
经验公式法虽然最省时省工,但预测的精度往往不高,相差一个数量级的现象也时常发生,一般用于排污量较小的环境影响评价或流域环境规划中作半定量的估算。
水工模型法取得的数据比较精确,并且可以随意假设各种排污方案进行类比实验。示踪剂的消耗量也少,福建省闽江福州段的示踪扩散实验就在水工模型上进行的。由于水工模型的投资很大,一般都只有在有的模型上进行。水工模型不是专为示踪扩散研究设计的,所以,在示踪实验中对某些细部结构的研究也是不够的。
化学示踪法,是最常用的求取扩散系数的方法,这种实验最有利于工程环境影响评价的参数求取。因为示踪剂投放的起点可设在假定的排污口处,实验结果比较可靠。但工作量大,人力、物力的消耗也大。为了节约成本,提高实验的成功率,研究如何组织好示踪实验是很有现实意义的。
根据我院的工作实践,做好示踪实验的要点可分为以下5个环节。
1方案设计
示踪实验方案的设计是扩散实验成功的关键,一个好的实验方案就等于成功了一半。方案设计时首先应该根据研究的目的先确定准备验证的模式、计算程序,然后根据模式计算中所必须的各项参数,设计如何在实验中求取这些参数的手段。示踪实验是为求这些参数而进行的,而不是一场示踪表演。有的实验虽然取得了一大堆数据,但数据不配套,导致最终无法处理。这就是因为当时方案设计时没有考虑到数据处理的缘故。
在方案设计时,最容易忽视的是现场水文数据的获取。一般来说,单靠水文站的资料是满足不了模式参数的要求,那会使整个实验的精度下降,甚至造成失败,因此应该委托有关单位进行测试,使模式中的各项参数的精度达到大致相同的水平。
应该注意到,扩散系数的求得是有一定的局限性,用甲公式求得的扩散系数只适用于甲公式,用于乙公式时应经过验证,否则往往会使模式失真,因此参数求取的模式应和所使用的模式一致。
2示踪剂的选择
示踪剂的选择必须注意以下几个问题:⑴河段上游很少或者没有这种物质,即本底要低;⑵这种物质容易监测,方法简单,由于实验时样品很多,如果分析时间过长或监测成本过高都是不合适的;⑶分析中干扰物要少;⑷无毒或低毒;⑸最低检出限要小,这样示踪剂的投放量就可以减少;⑹稳定程度高,不容易产生降解,即降解系数要小。
过去用得最多的是碱性玫瑰精。它是一种染料,化学名称为罗丹明-B,这种物质可采用萤光光度计分析,干扰小、分析方法简单、最低检出限低,但应注意在污水排放口投放时它的色度是否会被污水颜色所掩盖。
因此,我们可使用某个工厂排出的特殊污染物。如锌、铅等重金属作为示踪剂,如果上游没有或很少这种污染物,用它作为示踪是简便而经济的,并且接近了河道中实际情况,分析方法也简单、快速。
此外还可用COD作为示踪剂,但它使用的条件受到较大的限制,因为⑴它的本底干扰大;⑵分析方法比较繁杂,分析周期大;⑶容易降解,因此它只适用于本底浓度比较均匀,而排放浓度又大大高于本底浓度的场合,实验室分析力量比较强的单位。它突出的优点是可以在研究扩散的同时研究自净降解能力,特别适用于工厂的改、扩建工程。因为这些污染物的性质是相同的或相似的,如我院在某造纸厂扩建时的环境影响评价中就应用过COD作实验。
以下以碱性玫瑰精示踪剂为例进行讨论。
3实验室准备
碱性玫瑰精是一种易溶于水的染料,分子式为
C28H31ClN2O3,分子量479,其稀溶液是淡红色的,由于它易被激发出萤光,所以一般采用萤光分析仪进行。分析方法简单、快捷,和一般的比色法相同,其萤光特征发射波长在580nm,最佳发射波长为556nm。
仪器的质量对最低检出限的影响很大,例如国产的FY-1型萤光分析仪,其最低检出限为1ppb左右,而进口的日立650-60型或岛津RF-540型萤光分析仪,其最低检出限为0.1ppb左右,二者相差高达一个数量级,这就意味着在水样中要达到同样浓度,使用国产的仪器的投放量应比进口的多投放10倍示踪剂的量。因此在现场分析使用国产的仪器进行监测,未检出或接近检出限的带回实验室,用进口仪器再测,这样对提高实验的精度是有益的,应该注意的是带回的样品必须使用原系列标样进行再分析,不要另配标样,以免引进不必要的误差。
在分析时SS对分析的干扰很大,在SS=20mg/l时平均吸附为14%左右,当地SS=100mg/l时平均吸附率为40%左右,因此当SS很高时,则不应进行此项实验,在分析时必须使用实验河段的河水配制标准溶液,以抵销SS的影响,用蒸馏水配制标准系列反而不合适。分析的样品不宜保持太久,以防样品降解。
4示踪剂的投放方式和投放
示踪剂的投放方式一般分为瞬时源、连续源和有限时段三种类型。由于经费、时间的限制,一般采用瞬时投放和有限时段连续投放二种,采用何种设放方式是决定于待解决问题的本身和采用的水质模型。一般来讲对于研究河段较长,如进行水系规划可采用瞬时投放,以求得纵向扩散系数。如进行工厂的影响评价,为了了解排污口附近污染带的情况则可以采用连续有限时段排放,它要待排放稳定后再进行采样,不稳定时采样是没意义的,据文献记载,以6小时为好,但实际中由于种种因素的限制,2小时后就进行采样也是有的。
瞬时投放要求示踪剂能瞬时进入水体,所以应该把示踪剂溶解成高浓度,小体积,这样才便于瞬时投放,溶液应配制在浓度1.5%以下,浓度太高容易产生颗粒,而影响溶解的效果,为了增加其溶解度可采用物理或化学的方法,但不得破坏其原有的结构,投放时的船只在投放后应向上游远远离开,以避免投料船只对水体的污染,并且不应立即冲洗船体。
在进行连续投放时为了使投放得均匀则应把示踪浓度尽量配得稀一些,使排放的每一瞬间尽量均匀,投放的时间可得到延长,配料至少有二个大的容器,一个溶解,一个投放,也有挖一个大槽一次混合均匀后再均匀排出,这样的效果就更好了,在采样时每桶示踪剂的初始浓度也必须测一下,体积可先划好刻度,视刻度而定,以便在投放时控制流量。
应该指出,示踪实验中排放出的水量是比较少的,因此在扩散过程中有水动力的作用,而实际生产中,对一些大的污染源,水量很大,在排放口形成一股冲力,因此在预测中应考虑到这方面的因素,否则就会引起预测的误差。
碱性玫瑰精的粉很轻,风一吹就起扬,而一小粒粉未就可染红一大片,因此,最好在室内先分包、溶解、装入塑料袋以减轻现场工作的强度。
5采样
样点的采集分为固定和流动二种。定点采样即是在每个采样点上配备一条船,抛锚固定在采样点位置。定时采集样品,这种做法采样定位精确,样品的同时性也好,其主要的缺点是船只和人员需要量太大,因此实验经费高。
巡回采样法。即一条船或二条船在同一断面作定时的巡回采样。
采样点的定位可以采用拉绳的方法或标物法,也可以采用仪器定位。这种方法简单易行,经费也较少。由于船在运行位精度较差,样品采样也有一个时间差,并且有可能起到搅拌作用对于较窄的河道,或取断面平时样时比较有效。
采样的深度一般采用表层采样法。对于较深的河道,如水深大于2m的,还应加采垂直分布,对于河口,因有淡咸水的比重差,因此更应用垂直采样法,必须采用定点采样法较好。采样应有统一指挥。
根据以上的方法,我们组织和实施了10余次示踪扩散实验,(其中包括感潮河段和海湾)均取得了良好的效果。
例1:沙溪河纵向扩散系数的求取
为了进行沙溪干流水环境规划,我们在沙县上游河段进行了水示踪扩散实验。目的是求取其中的纵向扩散系数,该公式:
要求横断面是均匀的,为此必须使示踪剂迅速和河水混匀。因此我们采用加热溶解法,使5kg示踪剂溶解在很少的水体中,以便于瞬时投放。其次采用二条船作人字形投放利用断面流速的不同,使河段横断面混合均匀,因此仅经过2km,横断面就混合均匀(当时水量达250m3/s)达到了理想的效果,拟合后求得
DL=0.00105U2W2/Hu*+41.91
实测值的计算值,相对误差平均为7.8%,最大为16.4%,高于前人所作的研究。
例2:富屯溪邵武段横向扩散系数的求取
为了确定年产5万吨邵武竹浆厂的排污。我们进行了二维示踪扩散实验。因为是连续投料,所以配制的是4000ppm的稀溶液,采用结绳法确定采样点的横向距离,由于当地主水流不在河道中间,所以每个采样点都进行流速和水深的测量。然后用累积流量法进行模拟。
N=0,±1,±2……, ∞
进行非线性拟合估算,求得邵武河段的横向扩散系数,代入计算后八组模型的计算值和实测值的回归相关每数γ=0.85～0.99,平均0.94。
以上实测说明了示踪实验的组织和实施是进行扩散预测的重要保证,关系到预测工作是否成败的关键,是进行水扩散实验时必须重视的。