吳 蕓，於家紅

(昆山市水利設(shè)計(jì)院有限公司 昆山開發(fā)區(qū)水利(水務(wù))站，江蘇 昆山 215300)

城市河網(wǎng)為滿足洪澇災(zāi)害、景觀營造、文化傳承等需求，經(jīng)歷了不同程度的人工干預(yù)，包括渠化改造、填埋侵占、閘泵工程控制等。實(shí)施人工干預(yù)首先直接改變了城市河網(wǎng)的形態(tài)和連通關(guān)系，導(dǎo)致河網(wǎng)水流流態(tài)發(fā)生變化，出現(xiàn)水流不暢的滯緩流區(qū)和死水區(qū)，水流滯流時(shí)間和置換周期顯著增加，水環(huán)境容量顯著降低。同時(shí)，由于污染排放重視不夠，加上水環(huán)境保護(hù)措施建設(shè)滯后，河網(wǎng)匯入污染和內(nèi)源污染嚴(yán)重，我國多個(gè)城市河網(wǎng)水體水質(zhì)長時(shí)間處于Ⅴ類或劣Ⅴ類。控源截污是保護(hù)河道水質(zhì)最關(guān)鍵、最根本的方法。在有條件的地區(qū)，采用水利工程引清水改善水環(huán)境是一種見效快、效果明顯的方法。

昆山開發(fā)區(qū)地處陽澄淀泖區(qū)腹地，水力坡降較小，水流相對(duì)緩慢。防洪排澇采用“高低分開、筑堤建圩、洪澇分治”工程布局，形成西河圩、合興圩、城南圩、包橋圩、孔巷圩、北大圩、南大圩7個(gè)主要聯(lián)圩，圩內(nèi)河道流速滯緩。經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，不可避免出現(xiàn)了水環(huán)境污染問題。昆山開發(fā)區(qū)擬采取“分圩治理、河岸一體、截污優(yōu)先、同步活水”的治理思路，著力推進(jìn)水環(huán)境治理工作。本文擬通過對(duì)昆山開發(fā)區(qū)7個(gè)聯(lián)圩的活水調(diào)度方案的研究，為城市河網(wǎng)圩區(qū)活水調(diào)度和城市水環(huán)境綜合治理提供決策依據(jù)。

1 研究方法

本文利用平原感潮河網(wǎng)水動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)分析不同控制條件下河網(wǎng)水位和流量、流速變化。本次概化模型包括了昆山開發(fā)區(qū)的7個(gè)圩區(qū)內(nèi)部河道以及圩外河道，涉及區(qū)域面積113.8km2、總河長288.1km，共概化河段389條段、節(jié)點(diǎn)361個(gè)、水利構(gòu)筑物75座。

2 調(diào)度方案及優(yōu)化

2.1 初步方案

依據(jù)近些年水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料，昆山開發(fā)區(qū)圩外骨干河道水質(zhì)差異較大，其中小虞河、北環(huán)城河水質(zhì)最優(yōu)(達(dá)到Ⅲ類)，婁江、吳淞江水質(zhì)次之(達(dá)到Ⅳ類)，夏駕河、太倉塘、郭石塘水質(zhì)也能達(dá)到Ⅴ類。本方案引水水源為圩區(qū)外圍水質(zhì)較好的外河水源。

在服從昆山市引排格局和確保防汛安全的基礎(chǔ)上，昆山開發(fā)區(qū)的活水調(diào)度堅(jiān)持“引排分開、閘站結(jié)合、經(jīng)濟(jì)合理”的原則，充分發(fā)揮既有水利工程作用，分析論證提出滿足圩內(nèi)河道流速不低于5cm/s(參考蘇州古城區(qū)、昆山城區(qū)活水暢流調(diào)度流速值)的活水調(diào)度方案。

由于夏駕河景觀功能要求，兩端閘控，內(nèi)部封閉管理，所以夏駕河不能作為引排水通道。7個(gè)聯(lián)圩活水調(diào)度引排初步方案見表1。調(diào)度效果統(tǒng)計(jì)見表2。可見利用現(xiàn)有水利工程，圩內(nèi)河道完全改變了滯緩狀況，70%以上河道能達(dá)到最低流速5cm/s標(biāo)準(zhǔn)。

表1 開發(fā)區(qū)7個(gè)聯(lián)圩活水調(diào)度引排方式統(tǒng)計(jì)表

2.2 優(yōu)化方案

7個(gè)聯(lián)圩中，合興圩、城南圩80%以上的河道流速能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。其余5個(gè)聯(lián)圩優(yōu)化方案如下：

西河圩屬引排不匹配、引多排少情況。優(yōu)化方案為擴(kuò)大東門塘站閘規(guī)模，增加排水動(dòng)力，提高東門塘河水體流速。

南大圩屬引排不匹配、引少排多情況。南大圩引水口門僅一處，若排水站閘全部開啟，將造成排水站閘頻繁啟閉，河道零流速持續(xù)時(shí)間長，流速變化大，而平均流速較小。優(yōu)化方案為排水站閘錯(cuò)時(shí)調(diào)度，即關(guān)閉沿郭石塘四座站閘中的兩座站閘。模型計(jì)算結(jié)果顯示，錯(cuò)時(shí)調(diào)度對(duì)維持南大圩河道流速作用較為明顯，水體滯流時(shí)間縮短，河道平均流速由0.057m/s提升到0.084m/s。

北大圩屬東西向骨干河道流速滿足要求，南北向骨干河道流速不滿足要求情況。北大圩東西向河道與外圍站閘直接順接，采用北引東排方式，東西向河道流速較大，南北向河道的流速較小。優(yōu)化方案為北引東排、南排。南側(cè)郭石塘沿線站閘為主調(diào)站閘，東側(cè)沿東方河-尺涇的站閘為輔助站閘，南北向河道流動(dòng)的同時(shí)也帶動(dòng)?xùn)|西河道的流速。方案優(yōu)化后，北大圩達(dá)5cm/s流速河道達(dá)23條，河道平均流速提升到0.011m/s。

包橋圩屬骨干河道流速滿足要求，支河流速很小情況。包橋圩骨干河道均較為順暢，引排流速控制較好。南部區(qū)域小支流，骨干河道對(duì)其分流很小，流速很幾乎為零。優(yōu)化方案為，通過該區(qū)域的多處分級(jí)排澇泵閘的調(diào)度，減少骨干河道流量，增大支流流量，改善支流流速。

孔巷圩圩內(nèi)絕大部分河道流速滿足最低控制要求，但古春浜流速尚未達(dá)到最低控制要求，根據(jù)其自北向南的流向分析，初步認(rèn)為南側(cè)友誼河站閘同步引水造成頂托所致。優(yōu)化方案為開展錯(cuò)時(shí)調(diào)度，即部分時(shí)段關(guān)閉友誼河站閘。

優(yōu)化調(diào)度后開發(fā)區(qū)7個(gè)圩區(qū)調(diào)度示意如圖1所示。

圖1 開發(fā)區(qū)活水調(diào)度示意圖

表2 開發(fā)區(qū)7個(gè)聯(lián)圩活水調(diào)度初步方案效果統(tǒng)計(jì)表

3 調(diào)水時(shí)間研究

調(diào)水時(shí)間的研究采用質(zhì)點(diǎn)示蹤模擬法及庫容換水周期分析法，綜合兩種方法的分析結(jié)果，得出本項(xiàng)目調(diào)度時(shí)間，具體見表3。推薦每日調(diào)水時(shí)間為6～10h，調(diào)水時(shí)段為7∶00～17∶00，達(dá)到既能改善區(qū)域水動(dòng)力條件，也能給市民打造流水視覺效果的綜合效益。

表3 開發(fā)區(qū)7個(gè)聯(lián)圩活水調(diào)度時(shí)間安排統(tǒng)計(jì)表

4 水質(zhì)改善效果

南大圩是開發(fā)區(qū)最先開始活水調(diào)度的圩區(qū)。該圩區(qū)引水水源為夏駕河(南段)，據(jù)監(jiān)測(cè)資料顯示，夏駕河氨氮0.8～1.8mg/L。2018年9月1—10日間，換水時(shí)間為3、4、7、8日，每日換水時(shí)間為8h，水質(zhì)監(jiān)測(cè)采樣時(shí)間為上午10∶00左右。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析可知，6條河道氨氮最低值出現(xiàn)在9月4日及9月8日，如圖2所示。換水期間水質(zhì)改善幅度為20%～130%。整體水質(zhì)差的河道改善效果明顯。良好水動(dòng)力條件是河流水體自凈的前提和保障。水質(zhì)較優(yōu)的河道，由于水動(dòng)力改善后，污染物得到一定程度的降解，水質(zhì)也有所改善。在不換水期間，水質(zhì)明顯惡化。

圖2 開發(fā)區(qū)南大圩活水期間氨氮變化示意圖

5 結(jié)語

昆山開發(fā)區(qū)活水方案制定過程中可遵循以下原則：①引多排少情況下，可采用增加排水動(dòng)力的優(yōu)化方案；②引少排多情況下，可采用錯(cuò)時(shí)調(diào)度排水泵站的優(yōu)化方案；③引排匹配，骨干河道流速往往可以得到保障，支河需通過水利設(shè)施改善水動(dòng)力條件；④引排主方向可選擇河道暢通性較差的方向，以達(dá)到全聯(lián)圩水體流速改善的目的。

優(yōu)化活水方案后，河道中大部分水體通過站閘的調(diào)度，水體流速由原來的滯流提高到平均5cm/s。斷頭浜或由管涵連接的河道較多，成為活水的“腸梗阻”，是活水盲區(qū)。

從水質(zhì)改善效果看，水質(zhì)差的河道換水前后受入河污染物的影響水質(zhì)變化明顯。水質(zhì)較優(yōu)的河道活水后也有所改善。