祝紫玲

（東莞市水務(wù)工程建設(shè)運(yùn)營中心,廣東 東莞 523000）

1 工程概況

東莞市麻涌鎮(zhèn)西鄰獅子洋,東靠倒運(yùn)海,北有東江北干流,內(nèi)擁麻涌河,轄區(qū)內(nèi)河網(wǎng)密布,內(nèi)河涌有116 條,長約127 km,鎮(zhèn)區(qū)以麻涌河為界分為河?xùn)|片區(qū)和河西片區(qū),兩個(gè)片區(qū)受麻涌河相隔,水系相對(duì)獨(dú)立。由于城鎮(zhèn)快速發(fā)展和歷史原因造成河道侵占,全鎮(zhèn)河道保有量較20 世紀(jì)80 年代減少了超過20%,斷頭涌增加,瓶頸增加,水系連通受到嚴(yán)重威脅,水流減速,河床淤積加快,水體自凈能力明顯減弱。考慮到麻涌鎮(zhèn)河涌河網(wǎng)復(fù)雜,選取河西片區(qū)作為研究對(duì)象,再根據(jù)其研究和實(shí)施效果,推廣全鎮(zhèn)。

麻涌鎮(zhèn)河道縱橫交錯(cuò),河網(wǎng)極其復(fù)雜,在充分掌握詳細(xì)的天然河網(wǎng)的水動(dòng)力、水文資料的基礎(chǔ)上,按照河網(wǎng)概化的基本原則,對(duì)河網(wǎng)進(jìn)行合理概化。圖1 為概化后的麻涌鎮(zhèn)河西片區(qū)內(nèi)河涌河網(wǎng)。

圖1 河網(wǎng)概化圖

本模型共概化河道22 條,根據(jù)河涌相對(duì)位置分為5 個(gè)水系,馬滘涌、沙洛涌水系、第二涌水系、第三滘水系、大盛水系和麻涌墟水系,具體見表1。

表1 河網(wǎng)概化采用河涌水系基本情況表

模型涉及水閘13 座,麻涌鎮(zhèn)河網(wǎng)水系復(fù)雜,目前,除麻涌河外其他河涌均受人工調(diào)控,麻涌河上下游均未設(shè)置水閘,屬于完全受感潮影響的河涌,其他河涌均在兩端設(shè)置水閘,控制麻涌鎮(zhèn)內(nèi)河涌水位。麻涌鎮(zhèn)河西片區(qū)北部連接著東江北干流的河涌西向東依次設(shè)置沙洛涌水閘、馬滘水閘、華陽街前涌水閘,第三滘北部連接麻涌河處設(shè)置四丫海水閘,南端連接麻涌河處設(shè)置第三滘水閘,第二涌北部設(shè)置第二涌水閘。

經(jīng)調(diào)查,麻涌鎮(zhèn)現(xiàn)有水閘無統(tǒng)一調(diào)度規(guī)律,水閘內(nèi)外水位也無定時(shí)記錄。目前麻涌北面區(qū)域通過水閘控制華陽湖保持水位在 0.4 m～0.5 m間 ,河網(wǎng)內(nèi)平均 1 天～2 天換一次水,麻涌南面區(qū)域同樣也通過水閘控制保證區(qū)域內(nèi)河網(wǎng)中水位保持在0.5 m。

2 水動(dòng)力調(diào)控方案設(shè)計(jì)

2.1 方案設(shè)計(jì)

在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,根據(jù)水系連通、綜合調(diào)水和河道整治方案,總體設(shè)計(jì)模型方案。方案設(shè)計(jì)首先考慮充分利用現(xiàn)有水閘設(shè)施綜合調(diào)水,未改善的斷頭涌考慮水系連通,局部需要增加工程的考慮河道整治,仍需進(jìn)一步改善的再考慮規(guī)劃泵站作為輔助設(shè)施,逐步擬定模型計(jì)算方案。

主要針對(duì)河西片區(qū)擬定現(xiàn)狀和6 個(gè)定向引水方案,逐步設(shè)置改善措施,與現(xiàn)狀河道相比較,最終確定最優(yōu)水動(dòng)力調(diào)控與水質(zhì)改善方案。各方案設(shè)置說明如下：

（1）現(xiàn)狀：考慮現(xiàn)狀水利工程,現(xiàn)狀各水閘全開,僅在達(dá)到警戒水位時(shí)關(guān)閘。

（2）方案1：由沙洛涌、馬滘、華陽第二涌、街前涌、蕉站、四丫海、麻二涌、大盛口定向引水（均為只進(jìn)不出）,滘刀、第二涌、第三滘、第五涌水閘定向排水（均為只出不進(jìn)）,達(dá)到實(shí)際關(guān)閘水位時(shí)關(guān)閘,控制水體整體從北向南定向流動(dòng)。

（3）方案2：在方案1 基礎(chǔ)上,增加連通后涌與街前涌、第五涌和水干涌。

（4）方案3：在方案2 基礎(chǔ)上,增加連通大基濠涌和滘刀涌。

（5）方案4：在方案3 基礎(chǔ)上,對(duì)相關(guān)河道進(jìn)行整治。

（6）方案5：在方案4 基礎(chǔ)上,考慮大盛口水閘定向引水,而滘刀涌水閘規(guī)模有限,連涌滘刀涌和第二涌,引流部分水排入第二涌,第二涌水閘移至第二涌和麻涌河交匯處上游,并擴(kuò)大水閘規(guī)模,增大示范區(qū)排水通道。

（7）方案6：在方案5 基礎(chǔ)上,在華陽第二涌水閘處設(shè)置引水泵站,水閘關(guān)閉時(shí),開啟泵站,加快水體循環(huán)。

方案中的定向引排水是指：根據(jù)潮汐漲落規(guī)律,當(dāng)閘外水位高于閘內(nèi)且低于現(xiàn)狀實(shí)際關(guān)閘水位時(shí)水閘全開,定向引水,反之則關(guān)閉；當(dāng)閘外水位低于閘內(nèi)水位或低于現(xiàn)狀實(shí)際關(guān)閘水位時(shí),定向排水,反之則關(guān)閉。水閘關(guān)閉時(shí),當(dāng)達(dá)到啟泵水位時(shí),泵站開啟,反之剛關(guān)閉。定向控制麻涌鎮(zhèn)圍內(nèi)河涌景觀水位為0.5 m。

2.2 水閘規(guī)模估算

（1）水閘位置確定

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 265-2016）4.1.2 規(guī)定：節(jié)制閘或泄洪閘上、下游河道直線段長度不宜小于5 倍水閘進(jìn)口處水面寬度。第二涌下游段水面寬度約100 m,故第二涌水閘宜建在距離與麻涌河匯入口至少約500 m之外,擬定在距河口約550 m處。

（2）水閘初始計(jì)算規(guī)模

水閘總凈寬暫按與河道寬度相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)考慮,參考其他地區(qū)經(jīng)驗(yàn),閘室總寬度與河道總寬度比值約0.6～0.75,第二涌下游段出口處河道寬度約100 m,總凈寬與河道寬度比值取為0.60,水閘處總凈寬為60 m。水閘底高按所處河涌底部高程確定,定為-3.0 m,閘排水頭差0.1 m～0.3 m。

根據(jù)華陽第二涌上河道斷面大小,暫定泵站流量設(shè)計(jì)為15 m3/s～25 m3/s。

3 水動(dòng)力調(diào)控模型邊界及參數(shù)

3.1 邊界的選取

3.2.1 水文邊界

參考國外（如日本）及國內(nèi)（如上海）等有關(guān)水環(huán)境規(guī)劃經(jīng)驗(yàn),本次研究采用河涌補(bǔ)水保證率為90%。根據(jù)麻涌鎮(zhèn)近三十年降雨量資料進(jìn)行頻率分析,計(jì)算降雨保證率。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,保證率90%相對(duì)應(yīng)的年降雨量為1206.5 mm,2015 年降雨量為1206.5 mm,保證率約為89.58%,因此取2015 年為補(bǔ)水保證率為90%的設(shè)計(jì)典型年,并根據(jù)麻涌鎮(zhèn)2015 年降雨量分配比（見表2）,以2、5 月份分別代表全年枯水和豐水月。引水調(diào)度主要是為解決枯水期水體循環(huán)慢、水環(huán)境差的問題,因此模型計(jì)算時(shí)段選取枯水月（2 月）。水位邊界為大盛2015 年2 月逐時(shí)潮水位,各水閘外水位相位差通過珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)大范圍一維數(shù)學(xué)模型計(jì)算成果推出,并根據(jù)大盛水位推出各水閘外水位。

表2 多項(xiàng)式公式

3.2.2 水質(zhì)邊界

計(jì)算統(tǒng)一采用污染物總量控制指標(biāo)COD、NH3-N作為污染物控制因子。

3.2 主要計(jì)算參數(shù)的確定

①糙率的確定

比較規(guī)整的斷面,其河涌糙率取0.025,其余現(xiàn)狀的天然土渠河涌,擬定河涌綜合粗糙系數(shù)為0.030。

②空間及時(shí)間步長

程序計(jì)算中,斷面間距范圍約150 m～300 m,模型計(jì)算時(shí)間步長為1 min。

4 水動(dòng)力調(diào)控方案計(jì)算分析

4.1 水體更新速率分析

水體更新速率為水體整體置換一次的時(shí)間,水體更新頻率為一定時(shí)期內(nèi)水體更新的次數(shù),等于凈引水量除以水體體積。水體更新速率分析分河西片區(qū)整體河網(wǎng)和局部示范區(qū)兩部分,局部示范區(qū)范圍為第二涌和麻涌河之間的河網(wǎng)區(qū)。

（1）現(xiàn)狀（水閘全開）：現(xiàn)狀地形下,考慮現(xiàn)狀水利工程,現(xiàn)狀各水閘全開,僅在達(dá)到警戒水位時(shí)關(guān)閘。研究區(qū)域總引水平均流量為1.05 m3/s,總進(jìn)水量為252.64 萬m3,整體河網(wǎng)水體更新速率為31.78 天/次,局部示范區(qū)水體更新速率為36.28 天/次。

（2）方案1（水閘定向）：現(xiàn)狀地形下,考慮現(xiàn)狀水利工程,沙洛涌、馬滘、華陽第二涌、街前涌、蕉站、四丫海、麻二涌、大盛口均定向引水,滘刀、第二涌、第三滘、第五涌水閘均定向排水,達(dá)到實(shí)際關(guān)閘水位時(shí)關(guān)閘。研究區(qū)域總引水平均流量為29.9 m3/s,總進(jìn)水量為7231.62 萬m3,整體河網(wǎng)水體更新速率為1.12 天/次,局部示范區(qū)水體更新速率為1.04天/次。

（3）方案2（水閘定向,連通后涌和街前涌、第五涌和水干涌）：在方案1基礎(chǔ)上,連通后涌和街前涌、第五涌和水干涌,研究區(qū)域總引水平均流量為30.4 m3/s,總進(jìn)水量為7338.44萬m3,整體河網(wǎng)水體更新速率為1.11 天/次,局部示范區(qū)水體更新速率為1.04 天/次。

（4）方案3（水閘定向,增加連通大基濠涌和滘刀涌）：

在方案2 基礎(chǔ)上,增加連通大基濠涌和滘刀涌,研究區(qū)域總引水平均流量為30.4 m3/s,總進(jìn)水量為7350.71 萬m3,整體河網(wǎng)水體更新速率為1.12 天/次,局部示范區(qū)水體更新速率為0.99 天/次。

（5）方案4（水閘定向,河道整治）：

在方案3 基礎(chǔ)上,對(duì)局部示范區(qū)相關(guān)河道進(jìn)行整治,研究區(qū)域總引水平均流量為34.7 m3/s,總進(jìn)水量為8380.14 萬m3,整體河網(wǎng)水體更新速率為1.22 天/次,局部示范區(qū)水體更新速率為1.11 天/次。

（6）方案5（水閘定向,增加連涌滘刀涌和第二涌,改建第二涌水閘）：

在方案4基礎(chǔ)上,考慮大盛口水閘定向引水,而滘刀涌水閘規(guī)模有限,增加連通大基濠涌和滘刀涌,引流部分水排入第二涌,第二涌水閘移至第二涌和麻涌河交匯處,并擴(kuò)大水閘規(guī)模,增大示范區(qū)排水通道。研究區(qū)域總引水平均流量為40.1 m3/s,總進(jìn)水量為9687.83 萬m3,整體河網(wǎng)水體更新速率為1.04 天/次,局部示范區(qū)水體更新速率為0.81 天/次。

（7）方案6（水閘定向,在華陽第二涌水閘處設(shè)置引水泵站）：

在方案5 基礎(chǔ)上,在華陽第二涌水閘處設(shè)置引水泵站,水閘關(guān)閉時(shí),開啟泵站,加快水體循環(huán)。研究區(qū)域總引水平均流量為50.4 m3/s,總進(jìn)水量為12168.22 萬m3,整體河網(wǎng)水體更新速率為0.83 天/次,局部示范區(qū)水體更新速率為0.75 天/次。

（8）方案7（水閘定向,四丫海涌水閘改引水為排水）：

在方案6 基礎(chǔ)上,四丫海涌水閘改引水為排水,增加示范區(qū)排水通道,研究區(qū)域總引水平均流量為65.6 m3/s,總進(jìn)水量為15842.24 萬m3,整體河網(wǎng)水體更新速率為0.60 天/次,示范區(qū)水體更新速率為0.16 天/次。

4.2 河網(wǎng)整體水質(zhì)分析

工程建設(shè)前在東江北干流上共設(shè)置了2 個(gè)監(jiān)測斷面,分別為東江北干流的麻涌鎮(zhèn)與中堂鎮(zhèn)交界的沙丁圍斷面和下游的東江鐵路大橋斷面。入境的沙定圍斷面水質(zhì)現(xiàn)狀為劣Ⅴ類,主要污染指標(biāo)為總氮、氨氮和COD,超標(biāo)倍數(shù)分別為2.36、0.26、0.50；出境的東江鐵路大橋斷面水質(zhì)現(xiàn)狀為劣Ⅴ類,主要污染指標(biāo)同為總氮、氨氮和COD,超標(biāo)倍數(shù)為2.89、0.66、0.44。經(jīng)過水動(dòng)力方案的實(shí)施,從2020 年度水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出,東江北干流水質(zhì)良好,基本能穩(wěn)定達(dá)到Ⅲ類,經(jīng)過多年治理,麻涌鎮(zhèn)內(nèi)河涌水質(zhì)也有了明顯改善。

5 結(jié)論

為了改善水動(dòng)力條件,恢復(fù)河道生態(tài)環(huán)境,采用MIKE11模型分析了7 種方案在工程區(qū)水動(dòng)力調(diào)節(jié)中的應(yīng)用效果。模擬結(jié)果表明：方案1～方案3,增加河網(wǎng)水系連通性,整體和示范區(qū)水體更新速率不斷加快。方案4～方案6,通過采取河道治理、新建泵站等措施,增大了整體和示范區(qū)的引水量、水體體積。方案7 在方案6 的基礎(chǔ)上將四丫海涌水閘改引水為排水,增加示范區(qū)排水通道,整體河網(wǎng)水體更新速率為0.60天/次,示范區(qū)水體更新速率為0.16 天/次,與方案6 相比,引水量、水體體積均增加30%。根據(jù)各方案的對(duì)比,方案7對(duì)研究區(qū)域水體更新速率、河網(wǎng)水質(zhì)改善效果最優(yōu)。