胡繼剛 ，蘇 晨 ，陳 晨 ，陸 建

(1．河海大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210098；2．太倉市人民政府陸渡街道辦事處，江蘇 蘇州 215412)

0 引 言

唐村聯(lián)圩位于昆山市張浦鎮(zhèn)西北部，圩內(nèi)人口密集，工業(yè)企業(yè)聚集。近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生活、工業(yè)污水排放入河量逐漸增加，而圩區(qū)現(xiàn)狀河道淤積嚴(yán)重，縱橫河道溝通不足，河道水體流動不暢，河道自凈能力有限，水環(huán)境問題日益突出。針對這一問題，在加強(qiáng)鎮(zhèn)區(qū)污染源治理的同時(shí)，分析鎮(zhèn)內(nèi)河道與骨干外河引排水勢，總結(jié)近年來鎮(zhèn)內(nèi)調(diào)水經(jīng)驗(yàn)和存在的不足，研究加強(qiáng)聯(lián)圩現(xiàn)有水利工程聯(lián)合調(diào)度方案，發(fā)揮現(xiàn)有水利工程綜合效益，外引清水補(bǔ)給，內(nèi)部加強(qiáng)水系暢通，增強(qiáng)圩內(nèi)河道與外河的水力聯(lián)系，促進(jìn)水體有序流動，通過水資源的優(yōu)化調(diào)度，增加城區(qū)河道水環(huán)境容量，緩解水環(huán)境壓力，為改善水環(huán)境提供基礎(chǔ)條件，達(dá)到人與自然的和諧，保障經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展[1-3]。

1 水力計(jì)算模型

工程實(shí)施所在的張浦鎮(zhèn)唐村聯(lián)圩受周邊圩堤隔離，水系相對封閉，因此本次模型以唐村聯(lián)圩所在區(qū)域?yàn)楦呕秶?，總面積16.61km2。計(jì)算區(qū)域河網(wǎng)縱橫，水流互相連通，是典型的非恒定流，采用MIKE11水動力模塊(HD)建立一維水力學(xué)演進(jìn)模型進(jìn)行模擬[4-5]。

1.1 模型構(gòu)建

根據(jù)區(qū)域水利工程現(xiàn)狀及規(guī)劃情況，模型計(jì)算共布置概化河道45條，計(jì)算斷面572個(gè)，閘、站等控制建筑物15個(gè)。河網(wǎng)及水利工程概化模型見圖1。

圖1 河網(wǎng)及水利工程概化模型圖

1.2 邊界條件及參數(shù)

1)初始條件：圩內(nèi)初始水位采用常水位2.8m，流量為0；圩外河道水位采用2.8m，流量為0。

2)邊界條件：主要為閘、站，其中水閘按過流公式計(jì)算，泵站流量根據(jù)方案給出的實(shí)際流量。

3)計(jì)算參數(shù)：河道糙率參照項(xiàng)目區(qū)附近同類項(xiàng)目綜合確定糙率，取0.023；時(shí)間步長ds取1s。

2 活水暢流方案設(shè)計(jì)

2.1 方案一：“北引南排”方案

1)主要工程措施

結(jié)合鄉(xiāng)鎮(zhèn)水系規(guī)劃及河道現(xiàn)狀，對圩區(qū)河道進(jìn)行清淤疏浚、水系聯(lián)通，提升圩內(nèi)河網(wǎng)水力連通性，共計(jì)新開河道10.20km，疏浚河道15.25km。

工程總投資約5406萬元，年運(yùn)行費(fèi)用約689萬元。

2)具體調(diào)度方案

唐村聯(lián)圩活水方向?yàn)椤氨币吓拧?，從吳淞江引水，向南排入富麗塘，利用吳淞江沿線的防洪閘引水，利用富麗塘沿線排澇泵站向圩外排水。由于圩內(nèi)河道縱橫交錯(cuò)，擬錯(cuò)開引排水時(shí)間，即先開啟南港閘站、糧厙閘站、東塘村閘站排澇泵站，泵站總流量為13.8m3/s，排水1h，抽排水量約4.97萬m3，圩內(nèi)水位降低4cm，再開啟吳淞江沿線防洪閘引水，活水時(shí)間結(jié)束后，先關(guān)閉排水泵站，等水位平穩(wěn)后，再關(guān)閉引水閘。每天開機(jī)時(shí)間為12h，即上午6點(diǎn)至下午18點(diǎn)，每天活水量約占聯(lián)圩總水量16%，活水周期約6.3d。

2.2 方案二：“北引東南雙向排水”方案

1)主要工程措施

結(jié)合鄉(xiāng)鎮(zhèn)水系規(guī)劃及河道現(xiàn)狀，對圩區(qū)河道進(jìn)行清淤疏浚、水系聯(lián)通，提升圩內(nèi)河網(wǎng)水力連通性，共計(jì)新開河道10.20km，疏浚河道15.25km；

在大直港與烏家江相交處設(shè)置烏家江閘站，閘站設(shè)計(jì)流量7m3/s，節(jié)制閘為2孔，單寬6m。工程主要功能為通過節(jié)制閘封閉圩區(qū)水域，通過泵站從東側(cè)的大直港引水，加強(qiáng)圩區(qū)南部河道活水。

新建工程總投資約6456萬元，年運(yùn)行費(fèi)用約864萬元。

2)具體調(diào)度方案

唐村聯(lián)圩活水方向?yàn)椤氨币龞|南雙向排水”，從北部吳淞江引水，向南排入富麗塘，向東排入大直港，利用吳淞江沿線的防洪閘引水，利用富麗塘沿線排澇泵站及大直港處烏家江閘站向圩外排水。由于圩內(nèi)河道縱橫交錯(cuò)，擬錯(cuò)開引排水時(shí)間，即先開啟南港閘站、糧厙閘站、東塘村閘站、烏家江閘站排澇泵站，泵站總流量為17.3m3/s，排水1h，抽排水量約6.23萬m3，圩內(nèi)水位降低5cm，再開啟吳淞江沿線防洪閘引水，活水時(shí)間結(jié)束后，先關(guān)閉排水泵站，等水位平穩(wěn)后，再關(guān)閉引水閘。每天開機(jī)時(shí)間為12h，即上午6點(diǎn)至下午18點(diǎn)，每天活水量約占聯(lián)圩總水量19%，活水周期約5.3d。

2.3 方案三：“北西雙向引水南排”方案

1)主要工程措施

結(jié)合鄉(xiāng)鎮(zhèn)水系規(guī)劃及河道現(xiàn)狀，對圩區(qū)河道進(jìn)行清淤疏浚、水系聯(lián)通，提升圩內(nèi)河網(wǎng)水力連通性，共計(jì)新開河道10.20km，疏浚河道15.25km；

在吳淞江沿岸設(shè)置梅家?guī)?、一號中心河、北港閘活水泵站，在西側(cè)界浦港設(shè)置安村河活水泵站，共計(jì)設(shè)計(jì)流量16m3/s。工程主要功能為通過泵站向圩區(qū)補(bǔ)充清水。

在富麗塘沿岸設(shè)置陶家?guī)扉l、豎頭江南閘，水閘規(guī)模均為3m×6m.工程主要功能為通過節(jié)制閘封閉圩區(qū)水域，換水時(shí)排水圩內(nèi)流動不暢水體。

新建工程總投資約8306萬元，年運(yùn)行費(fèi)用約799萬元。

2)具體調(diào)度方案

唐村聯(lián)圩活水方向?yàn)椤氨蔽麟p向引水南排”，從北部吳淞江、西部界浦港引水，向南排入富麗塘，利用吳淞江、界浦港沿線設(shè)置的活水泵站引水，利用富麗塘沿線水閘向圩外排水。由于圩內(nèi)河道縱橫交錯(cuò)，擬錯(cuò)開引排水時(shí)間，即梅家?guī)?、一號中心河、北港閘、安村河活水泵站，泵站總流量為16m3/s，引水1h，引水量約5.76萬m3，圩內(nèi)水位升高約4.2cm，再開啟富麗塘沿線水閘排水，活水時(shí)間結(jié)束后，先關(guān)閉引水泵站，等水位平穩(wěn)后，再關(guān)閉拍水閘。每天開機(jī)時(shí)間為12h，即上午6點(diǎn)至下午18點(diǎn)，每天活水量約占聯(lián)圩總水量17%，活水周期約5.9d。

圖2 活水方案1示意圖

圖3 活水方案2示意圖

圖4 活水方案3示意圖

3 方案效果分析

利用MIKE11模型對唐村聯(lián)圩活水暢流方案進(jìn)行模擬分析，不同方案流速成果見表1。

現(xiàn)狀工況：由于存在較多斷頭河浜，圩內(nèi)河道流速分布雜亂。在骨干河道，如一號中心河、二號中心河等，河道聯(lián)通性較好或布置排澇泵站活水河段，河道流速較快，但斷頭河浜、流通性差的河段流速很小，基本不流動?，F(xiàn)狀工況下，流速<1cm/s河段占比45%，流速在1-5cm/s河段占23%，流速在5-20cm/s河段占32%。

表1 不同方案流速成果統(tǒng)計(jì)表

規(guī)劃方案一：通過圩內(nèi)清淤疏浚、水系聯(lián)通，圩內(nèi)河道流速有所改善。南北向河道流速分布較優(yōu)，但是橫向河道流速較差，如烏家江、管家厙河等，河道流速較小；方案一中，流速<1cm/s河段占比26%，流速在1-5cm/s河段占55%，流速在5-20cm/s河段占19%。

規(guī)劃方案二：內(nèi)部水系暢通后，通過布置烏家江閘站，進(jìn)一步增加圩內(nèi)橫向河道流動性，骨干河道流速顯著增加，烏家江、管家厙等河道流速可達(dá)到3cm/s左右。方案二中，流速<1cm/s河段占比19%，流速在1-5cm/s河段占47%，流速在5-20cm/s河段占34%。

規(guī)劃方案三：采用規(guī)劃活水泵站補(bǔ)水工況下，河道流速進(jìn)一步增加，一號中心河、二號中心河等骨干河道流速基本達(dá)到10cm/s左右，流速<1cm/s河段占比16%，流速在1-5cm/s河段占33%，流速在5-20cm/s河段占51%。

4 活水方案選取

從流速計(jì)算成果看，方案一水系暢通后，采用現(xiàn)狀活水方案，河道流動性較現(xiàn)狀有所提高，但東西向河道水動力不足，河道流速增加不明顯；方案二通過增加烏家江閘站，向東排入大直港，縱橫向河道流速分布優(yōu)于方案一，死水區(qū)河段比方案一少；方案三北部采用規(guī)劃活水泵站補(bǔ)水，南部增加水閘排水，河道流動性顯著增加，縱向骨干河道流速基本可達(dá)到10cm/s左右，河道死水區(qū)最少。

從活水周期看，三種方案活水周期在5-6d，方案一引排流量較小，活水周期稍長；方案二引排流量最大，活水周期最短；方案三引排流量和活水周期均居中。

從工程投資和運(yùn)行成本看，方案一僅進(jìn)行河道疏浚、水系連通，工程投資最省，且利用現(xiàn)有閘、站運(yùn)行成本不高，但河道流速提升不明顯；方案二在河道疏浚、連通基礎(chǔ)上，東側(cè)大直港布置排水閘站，工程投資和運(yùn)行成本有所提高，但河道流動性提升顯著；方案三通過新建活水泵站、排水閘等工程措施，活水效果最好，但工程投資最高，工程量大，工期較長。

綜上所述，推薦方案二作為本工程活水暢流方案。

5 結(jié) 語

1)采用張浦鎮(zhèn)唐村聯(lián)圩一維河網(wǎng)水動力模型，模擬了三種不同活水暢流方案下唐村聯(lián)圩河網(wǎng)流速分布，根據(jù)河道流速、活水周期、工程投資、運(yùn)行費(fèi)用等因素比選確定“北引東南雙向排水”的最優(yōu)活水暢流方案，為唐村聯(lián)圩水環(huán)境治理與保護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)。

2)通過河道清淤疏浚、水系連通，局部增加引排泵站等工程措施能夠有效促進(jìn)水體有序流動，提高區(qū)域水體流速，增加區(qū)域水環(huán)境容量，緩解水環(huán)境壓力。

3)發(fā)揮現(xiàn)有水利工程綜合效益，局部增加引排工程，減少大規(guī)模工程建設(shè)投資，在經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)上完成區(qū)域活水暢流效果。