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        澡港河南樞紐調(diào)水對區(qū)域水文情勢及水質(zhì)影響分析

        2015-08-31 06:46:14
        江蘇水利 2015年11期
        關鍵詞:京杭運河調(diào)水樞紐

        潘 杰

        (江蘇省水文水資源勘測局常州分局,江蘇常州 213000)

        0 引言

        常州市地處太湖流域湖西區(qū),人口稠密,經(jīng)濟社會發(fā)達。但是,經(jīng)濟社會的快速發(fā)展也造成水環(huán)境的惡化,目前市區(qū)河道水功能區(qū)達標率僅為22.1%,水環(huán)境形勢不容樂觀,在枯水季節(jié)尤為明顯。在截污治污的同時,通過水利工程進行調(diào)水引流成為水環(huán)境改善的有效途徑之一,地處太湖地區(qū)的上海、蘇州、常熟、杭州等城市均通過調(diào)引長江水改善區(qū)域水環(huán)境[1-4];就常州地區(qū)而言,太湖流域管理局也于2011年和2013年開展了太湖流域常州地區(qū)、太湖流域湖西區(qū)調(diào)水試驗[5,6]。調(diào)水試驗結(jié)果表明,調(diào)水引流增加了受水區(qū)河道流速,改善了受水區(qū)水環(huán)境質(zhì)量。然而,上述調(diào)水試驗大都是基于流域水利分區(qū)或行政市域的尺度,重點分析調(diào)水對水環(huán)境改善的效果,對單個水利工程卻尚未進行深入探討。因此,筆者以常州市運北片防洪節(jié)點工程—澡港河南樞紐試運行為契機,依據(jù)調(diào)水實測資料,對澡港河南樞紐調(diào)水影響范圍、水文情勢及水質(zhì)改善效果進行評價,為當?shù)厮姓鞴懿块T完善調(diào)度方案提供技術支撐。

        1 澡港河南樞紐

        澡港河南樞紐位于新、老澡港河交匯處下游1.1 km,是常州市運北片防洪節(jié)點工程的重要組成部分,于2013年12月建成投運。該樞紐由泵站和節(jié)制閘組成,其中,節(jié)制閘2孔,單孔凈寬10 m,泵站總設計流量50.0 m3/s,選用5臺雙向豎井貫流泵,單機流量10.0m3/s。工程兼具防洪、排澇、引水及改善城市水環(huán)境的功能。

        2 調(diào)水試驗

        2.1 調(diào)水水文情勢背景

        2013年12月12日,澡港河南樞紐開展了為期1 d的試運行。試運行前(12月11日),區(qū)域無降水;長江潮位低于內(nèi)河水位,沿江魏村樞紐、小河水閘、澡港樞紐關閘;京杭運河常州段上游來水小,其代表站常州站水位約3.28m;市區(qū)主要河道澡港河、京杭運河及北塘河、關河等水質(zhì)普遍為Ⅳ~Ⅴ類,主要超標項目為氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、化學需氧量。

        2.2 水利工程調(diào)度方案

        調(diào)水試驗于 12 日 9∶00~16∶00 開展,為期7 h。調(diào)水主要涉及沿江澡港河樞紐和南樞紐,其調(diào)度運行由常州市防汛防旱指揮辦公室組織實施。調(diào)度規(guī)則為:澡港樞紐利用長江潮差,在漲潮期間開閘引水,調(diào)引長江水入澡港河,增加南樞紐上游來水量,保證水源有效補充;南樞紐通過機泵調(diào)引上游來水,增加下游河道水量,調(diào)活水體。

        2.3 方案設置

        試驗共設置12個水量監(jiān)測斷面,5個水質(zhì)監(jiān)測斷面。水量監(jiān)測斷面每隔1 h監(jiān)測一次,監(jiān)測時間為9∶00~16∶00,水質(zhì)監(jiān)測斷面分別于9∶00、16∶00 與水量監(jiān)測斷面開展同步監(jiān)測。水量、水質(zhì)監(jiān)測站點分布見圖1。

        2.4 評價方法

        2.4.1 水量、分流比計算

        (1)水量

        根據(jù)實測流量,采用面積包圍法[6]計算斷面過水量,計算公式為:

        式中:

        W—水量,m3;

        Δt1、Δt2…Δtn—監(jiān)測時距,h;

        Q0、Q1…Qn—相應時刻流量,m3/s。

        (2)分流比

        式中:

        Wi—某一支流某時段內(nèi)的過水量,m3;

        W總—干流某一時段總過水量,m3。

        2.4.2 水質(zhì)評價因子

        考慮常州地區(qū)水體污染的特點,結(jié)合江蘇省落實最嚴格水資源制度考核中對河道納污能力的考核要求,選擇化學需氧量、氨氮兩個指標為水質(zhì)評價因子,調(diào)水前后代表監(jiān)測斷面水質(zhì)變化見圖2。

        3 調(diào)水試驗影響分析

        3.1 對區(qū)域河網(wǎng)水位的影響分析

        選擇調(diào)水水源所在河道澡港河及受水區(qū)代表河道京杭運河常州段為分析對象,調(diào)水過程受水區(qū)河道水位變化見圖3。

        (1)澡港河水位變化

        圖1 調(diào)水試驗水量、水質(zhì)監(jiān)測斷面分布圖

        圖2 調(diào)水前后化學需氧量、氨氮變化圖

        圖3 調(diào)水試驗期間調(diào)水及受水河道水位變化圖

        澡港河為通江河道,其水位主要受沿江潮位及閘門啟閉的影響。在調(diào)水期間,根據(jù)上游長江潮位,閘門啟閉2次調(diào)引長江水。試驗開始1.5 h內(nèi),因沿江低潮,澡港樞紐關閘擋水,水位維持在 3.20 m;10∶35~12∶30,澡港樞紐第一次開閘引水,在引水前段因沿江潮位低于澡港河,澡港河水位緩慢下降至2.97 m,此后水位隨潮位上漲回升至關閘時的 3.20 m;13∶50~16∶55,澡港樞紐第二次開閘引水,此時潮位正由高潮向低潮回落,水位亦隨之下降至關閘前的2.87m。調(diào)引長江水期間,澡港河水位主要受沿江潮位和閘門啟閉的共同影響,最高水位3.19 m,最低水位2.87m,水位差0.32m。

        (2)京杭運河常州段水位變化

        受水河道京杭運河常州段距澡港河南樞紐約9.2 km,在調(diào)水后1 h內(nèi),水位變幅不大,維持在3.28m;隨著調(diào)水時間的增加,來水增加致使水位緩慢抬升至3.31~3.33m,較調(diào)水前增加 3~5 cm。

        3.2 對水量水質(zhì)的影響分析

        根據(jù)流量監(jiān)測成果,南樞紐試運行期間調(diào)水量112.54萬m3。調(diào)水進入受水區(qū)后,將會對受水區(qū)河道的流態(tài)、水量分布及水質(zhì)產(chǎn)生不同程度的影響。為便于分析,將受水區(qū)域劃為三個區(qū)域進行水量水質(zhì)分析。

        (1)澡港河及其支流。包括澡港河、柴支浜、三井河、大溝浜、大彎浜河等5條河道,水量水質(zhì)監(jiān)測斷面為澡港河南樞紐、三井河三井西橋,水量監(jiān)測斷面為柴支浜小運河橋。調(diào)水自澡港河分別向兩側(cè)分流,大溝浜等澡港河以西河道水流發(fā)生倒灌,而柴之浜等以東河道流速加快,過水量增加。據(jù)統(tǒng)計,澡港河以東河道受水量約14.8萬m3,占總引水量的13.1%,以西河道受水量14.06萬m3,占總引水量的12.5%,可見調(diào)水對澡港河支流的水流影響較大。水質(zhì)代表監(jiān)測斷面三井西橋處化學需氧量和氨氮調(diào)水前后變化各異,化學需氧量較調(diào)水前上升14.7%,氨氮較調(diào)水前下降38.0%,這與澡港河南樞紐處水質(zhì)變化趨勢一致,表明調(diào)水對該區(qū)域水質(zhì)具有顯著影響。

        (2)京杭運河及其支流。包括京杭運河、關河、西市河、北市河及北塘河等5條河道,水量監(jiān)測斷面為京杭運河三堡街、關河新市橋、西市河西市河橋,水量水質(zhì)監(jiān)測斷面為北塘河北塘橋,水質(zhì)監(jiān)測斷面為關河小東門北橋。調(diào)水進入關河后,絕大部分水量入關河以西河段,分流率為91.6%,而關河以東河道分流率僅為8.4%。流量流向監(jiān)測顯示,調(diào)水1 h后新市橋、三堡街斷面水流發(fā)生倒灌,關河受水量為76.6萬m3,占總引水量的68.0%,而三堡街斷面分流關河來水量為49.1萬m3,分流率為64.0%。表明調(diào)水對關河及京杭運河上游段水量影響較大,對其下游及其支流影響較小。這點也反映在水質(zhì)變化上,除小東門北橋化學需氧量略有降低外,其余監(jiān)測斷面處的化學需氧量和氨氮均較調(diào)水前有不同程度的升高,尤其是氨氮上升明顯,其中,北塘橋、小東門北橋分別上升了98.0%、37.4%。表明調(diào)水不僅未能改善該區(qū)域的水質(zhì),反而因調(diào)水將上游污染物帶入,且調(diào)水分流至本區(qū)域的水量不足,無法將污染物稀釋,導致污染物積存于河道中,水質(zhì)惡化明顯。

        (3)京杭運河以南。包括南運河、白蕩河、龍游河等3條河道,水量監(jiān)測斷面為南運河南運河橋、白蕩河蘭陵橋、龍游河龍游河橋,水質(zhì)監(jiān)測斷面為京杭運河同安橋。監(jiān)測成果顯示,除蘭菱橋受水9.06萬m3外,其余河道均處于停滯狀態(tài),表明該區(qū)域無清水到達;同安橋處化學需氧量和氨氮分別較調(diào)水前升高12.5%、43.2%,其原因在于調(diào)水時間不足導致清水分流少及上游污染物的帶入。

        3.3 結(jié)果討論

        (1)影響范圍識別

        南樞紐調(diào)水后,水流自澡港河向兩側(cè)分流,主流向南至關河分為兩支:一支由關河向西入京杭運河上游,一支由關河向西至北塘河、西市河等,而對京杭運河以南的南運河、龍游河等影響甚微。由此可確定,本次調(diào)水影響范圍主要為澡港河、老澡港河、京杭運河常州段及北塘河流圍成的區(qū)域,面積約55.0 km2。

        (2)水文情勢變化分析

        南樞紐調(diào)水后,對大溝浜、大灣浜等澡港河以西河道、關河—京杭運河上游段的水文情勢產(chǎn)生了明顯影響,致使其水流方向發(fā)生倒轉(zhuǎn)。其中,澡港河西片區(qū)水流倒轉(zhuǎn)發(fā)生在調(diào)水初始,而關河—京杭運河上游段則發(fā)生在調(diào)水1 h后。

        (3)調(diào)度方案優(yōu)化

        南樞紐調(diào)水絕大部分進入澡港河及其支流、關河—京杭運河上游段,而關河東段及支流河道水質(zhì)因受水不足及調(diào)水污染源的帶入而呈惡化態(tài)勢,這與南樞紐發(fā)揮改善水環(huán)境的功能不符。究其原因,除了本次調(diào)水時間不足導致引清水量偏少外,其主要的原因在于調(diào)水期間京杭運河上游段來水偏少,加上通江河道新孟河小河水閘、德勝河魏村水利樞紐關閘,未能進行同步引水,導致調(diào)水大部分清水分流至澡港河及關河以西區(qū)間,而其余河道則受水不足。因此,在南樞紐引清釋污時,應該同時聯(lián)合小河水閘或魏村水利樞紐開閘引水,增加上游來水,抬高京杭運河上游段水位,以阻止調(diào)水導致發(fā)生水流倒灌現(xiàn)象,增加澡港河及關河以東區(qū)域的分流量,達到改善該部分區(qū)域水環(huán)境的目的。除此之外,延長調(diào)水時間也是一種可行的方法。

        4 結(jié)論

        筆者以澡港河南樞紐試運行為契機,開展為期7 h的調(diào)水試驗,依據(jù)實測水量水質(zhì)資料,分析了南樞紐調(diào)水對區(qū)域水文情勢及水質(zhì)的影響。試驗結(jié)果表明,調(diào)水對澡港河以西河道、關河—京杭運河上段的水文情勢影響較為顯著,對其水質(zhì)改善有一定的效果。但其他區(qū)域因調(diào)水時間短、清水分流少,其水文情勢變化不明顯,水質(zhì)甚至呈惡化的態(tài)勢。為此,根據(jù)本次調(diào)水試驗的結(jié)果,提出了南樞紐與小河水閘或魏村水利樞紐進行聯(lián)合調(diào)度的方案,以更好地發(fā)揮南樞紐調(diào)水改善水環(huán)境的效果。雖然延長調(diào)水時間也是一種可行方法,但是其調(diào)水成本也不容忽視,因此,如何確定最經(jīng)濟、最有效的調(diào)水方案仍須作進一步研究。

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