摘要：為解決粵港澳大灣區(qū)跨境河涌鴨涌河生態(tài)補(bǔ)水工程與河口水閘聯(lián)合調(diào)度的問(wèn)題，考慮到外海潮位頂托作用顯著，構(gòu)建了MIKE 11一維河網(wǎng)水動(dòng)力水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計(jì)不同類(lèi)型的調(diào)度方案，包括天然狀態(tài)方案、現(xiàn)狀調(diào)度方案、聯(lián)合調(diào)度方案，評(píng)估各方案降低污染物濃度和改善水質(zhì)的效果。結(jié)果表明：在日常補(bǔ)水調(diào)度中，若河口水閘調(diào)度不與生態(tài)補(bǔ)水調(diào)度結(jié)合，鴨涌河水體更新效率偏低，若河口水閘與生態(tài)補(bǔ)水聯(lián)合調(diào)度，在枯水期月份前5 d每天補(bǔ)水2 h的水質(zhì)改善效果較好，電費(fèi)較低，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)最優(yōu)；而在汛期防洪排澇調(diào)度中，不需要進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水調(diào)度。此外，水量分析結(jié)果表明，不同補(bǔ)水方案的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)與典型斷面的進(jìn)出水量、進(jìn)出水量比值的響應(yīng)規(guī)律相反。評(píng)估結(jié)果可為鴨涌河的水環(huán)境質(zhì)量提升方案提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：感潮平原河網(wǎng)區(qū)；生態(tài)補(bǔ)水；水動(dòng)力水質(zhì)數(shù)學(xué)模型；粵港澳大灣區(qū)；鴨涌河

中圖分類(lèi)號(hào)：TV212.5+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-9235（2024）07-0048-10

高華勇，趙璧奎，郭曉娟，等.基于MIKE 11的粵港澳大灣區(qū)河涌生態(tài)補(bǔ)水調(diào)度方案評(píng)估［J］.人民珠江，2024，45（7）：48-57.

Evaluation of Scheduling Schemes for Ecological Water Supplement of Rivers in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area Based on MIKE 11

GAO Huayong，ZHAO Bikui，GUO Xiaojuan，TAN Chao

（Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower，Guangzhou 510610，China）

Abstract：To achieve joint scheduling of the ecological water supplement project and the estuarine sluice of the cross-boundary Yachong River in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area，the mathematical model of hydrodynamics and water quality of the one-dimensional river network based on MIKE 11 was constructed by considering the significant jacking role of the open sea tide level.In addition，different types of scheduling schemes were designed，including natural state scheme，current state scheme，and joint scheduling scheme，so as to evaluate the effect of each scheme in reducing pollutant concentration and improving water quality.The results show that in the daily water supplement scheduling，if the estuarine sluice and ecological water supplement are not jointly scheduled，the water renewal efficiency of the Yachong River is low，and if they are jointly scheduled，the water quality is better improved when water is supplied for two hours per day in the first five days of the dry season，along with a lower electricity cost and the best comprehensive evaluation index.In the flood season with flood control and drainage scheduling，there is no need for ecological water supplement scheduling.In addition，the water quantity analysis shows that the comprehensive evaluation indexof different water supplement schemes is opposite to the response law of the inflow water volume and outflow water volume and their ratio of typical sections.The evaluation results can provide a scientific basis for the water environment and quality improvement schemes of theYachong River.

Keywords：tidal plain river network area;ecological water supplement;mathematical model of hydrodynamics and water quality;Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area;Yachong River

珠江三角洲地區(qū)位于中國(guó)南部的粵港澳大灣區(qū)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速以及城鎮(zhèn)化率的提高顯著影響了該區(qū)域河湖水系的生態(tài)環(huán)境，城市化建設(shè)侵占河道空間使河道出現(xiàn)縮窄、淤積、斷頭等情況，導(dǎo)致河道水流動(dòng)力不足、水環(huán)境容量減小、水體自凈能力減弱、水環(huán)境質(zhì)量變差等［1］。此外，珠江三角洲地區(qū)是典型的感潮平原河網(wǎng)區(qū)，受潮流和徑流的雙重作用［2］，水流為往復(fù)流，污染物降解速度慢，且該區(qū)域聯(lián)圍、水閘、泵站等數(shù)量眾多，河湖水系連通差，進(jìn)一步加劇了河道水環(huán)境的惡化程度。

感潮平原河網(wǎng)區(qū)水環(huán)境問(wèn)題的主要解決措施包括控源截污［3-4］、內(nèi)源治理［5］、生態(tài)修復(fù)［6-7］、生態(tài)補(bǔ)水和調(diào)水［8-10］等，其中，生態(tài)補(bǔ)水和調(diào)水能有效加強(qiáng)水體流動(dòng)性，提高水體的自凈能力，達(dá)到明顯改善水環(huán)境的效果，成為感潮平原河網(wǎng)區(qū)水環(huán)境問(wèn)題治理最常用的方法之一。生態(tài)補(bǔ)水和調(diào)水是利用清水、凈化后的雨水或尾水等補(bǔ)充河道內(nèi)水量，或通過(guò)水系連通等措施改善水動(dòng)力條件。國(guó)內(nèi)生態(tài)補(bǔ)水和調(diào)水的研究主要集中于不同補(bǔ)水方案改善污染物濃度的效果評(píng)估，如利用MIKE 21模擬不同閘泵引水調(diào)度方案對(duì)湖泊水質(zhì)的改善效果［8-9］或入海排污口污染物擴(kuò)散影響情況［10］，或者利用MIKE 11模擬截污、清淤、引水、閘泵調(diào)度、水系連通等工程方案對(duì)區(qū)域河流水系的水質(zhì)提升效果。長(zhǎng)三角感潮河網(wǎng)區(qū)中，許益新等［11］分析張家港市三大水循環(huán)體系的水質(zhì)模型模擬結(jié)果，揭示了不同引水量與河網(wǎng)水質(zhì)改善效果、引水服務(wù)面積的響應(yīng)關(guān)系；王思如等［12］通過(guò)Infoworks ICM水動(dòng)力水質(zhì)模擬分析水系格局、工程布局和調(diào)度方式對(duì)啟東市河網(wǎng)水體流動(dòng)性的改善程度；陳黎明等［13］采用金川河流域一維水動(dòng)力水質(zhì)模型，對(duì)降低入河污染負(fù)荷、增加補(bǔ)水量與水質(zhì)達(dá)標(biāo)問(wèn)題展開(kāi)深入研究。珠三角感潮河網(wǎng)區(qū)中，李青峰等［14］以佛山北村水系為例，探討了現(xiàn)狀泵閘引水、截污清淤、增設(shè)調(diào)蓄池和新建泵閘不同方案的水質(zhì)改善效果；劉培等［15］研究了水系連通工程和活水調(diào)度方案對(duì)佛山市良安水系水網(wǎng)水質(zhì)的提升能力；蔣雪蓮［16］則探究了感潮河網(wǎng)水系連通和閘泵引水結(jié)合的補(bǔ)水活水方案對(duì)水環(huán)境的效果；黃春華等［17］研究了中山市小隱涌流域旱季和雨季的閘泵引水方案恢復(fù)河涌水質(zhì)的效果；張海麗等［18］研究不同閘泵群調(diào)度方案對(duì)中順大圍的水動(dòng)力變化和水質(zhì)變化的影響；郭鑫宇等［19］基于水動(dòng)力-水質(zhì)耦合模型探究不同閘門(mén)調(diào)度策略下的水力停留時(shí)間和水質(zhì)改善結(jié)果。此外，張現(xiàn)國(guó)等［20］在福州倉(cāng)山龍津陽(yáng)岐水系，基于EFDC模型研究了潮差引水、泵站引水方案與河道水質(zhì)變化的規(guī)律。目前，感潮河網(wǎng)區(qū)的閘泵調(diào)度研究已較為深入，但是較少研究聚焦跨境的引水工程和閘泵調(diào)度聯(lián)合的生態(tài)補(bǔ)水方案效果評(píng)估，對(duì)潮位差和引水流量協(xié)同作用的研究尚不夠深入。

因此，以粵港澳大灣區(qū)珠海澳門(mén)交界的跨境河涌鴨涌河為例，考慮鴨涌河河口處典型的外海潮位情景，并結(jié)合上游生態(tài)補(bǔ)水工程啟閉條件變化因素，基于汛期防洪排澇、日常生態(tài)補(bǔ)水等不同需求，通過(guò)建立水動(dòng)力水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，研究前山河-鴨涌河生態(tài)補(bǔ)水工程與河口水閘的聯(lián)合調(diào)度方案，為粵港澳大灣區(qū)感潮平原河網(wǎng)區(qū)水環(huán)境質(zhì)量提升方案提供參考依據(jù)。

1研究區(qū)域

鴨涌河是位于珠海市和澳門(mén)特別行政區(qū)的跨境河涌（圖1），現(xiàn)狀河道長(zhǎng)度2.3 km，河道寬度為25～60 m，流域匯水面積約1.1 km2，蓄水容量約為6.98萬(wàn)m3，常水位（景觀水位）為0.771 m（1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，下同），設(shè)計(jì)高水位為2.331 m，危險(xiǎn)水位為1.371 m，防洪（潮）標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。

歷史上，鴨涌河?xùn)|接拱北灣、西匯灣仔水道，全線貫通，但1999年拱北邊檢口岸建設(shè)后河涌上游拱北灣處進(jìn)水口被截?cái)啵蔀閿囝^涌，源頭無(wú)自然來(lái)水，河涌另一端臨近前山河水道出海口，受到外海潮汐影響。澳門(mén)青州山附近填海造城以及跨境工業(yè)園區(qū)建設(shè)導(dǎo)致鴨涌河斷面逐漸縮窄，整體水體交換能力較差，底泥淤積嚴(yán)重，自凈能力降低，河道水環(huán)境急劇惡化（水質(zhì)呈劣Ⅴ類(lèi)），河涌大面積死魚(yú)等環(huán)境突發(fā)事件多發(fā)。為改善鴨涌河水質(zhì)，鴨涌河靠近拱北口岸一端建設(shè)1座?。?）型引水泵站（管理部門(mén)屬于珠海，圖2），設(shè)計(jì)流量為2 520 m3/h，從前山河水道引清水至鴨涌河源頭，加快河道的水體循環(huán)速度，而鴨涌河河口處建設(shè)一河口閘站工程利用潮位差進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水（管理部門(mén)屬于澳門(mén)，圖2），水閘凈寬為7 m，排澇站設(shè)計(jì)流量為14.5 m3/s。但是，目前生態(tài)補(bǔ)水工程與河口水閘聯(lián)合調(diào)度的方案尚未明確，如何在汛期防洪排澇調(diào)度以及在日常進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水成為珠海和澳門(mén)雙方亟需解決的問(wèn)題。

2鴨涌河水動(dòng)力水質(zhì)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建

2.1模型介紹

MIKE 11是一款全面的河流水動(dòng)力學(xué)和水環(huán)境模擬軟件，應(yīng)用范圍廣泛，可精確模擬平原或者城市網(wǎng)狀水系的流量、水位變化，另設(shè)置有水質(zhì)模塊模擬氨氮、TN、TP等水質(zhì)參數(shù)，且具有較為完整的水工建筑物構(gòu)建模塊模擬水閘、泵站、涵洞等多種類(lèi)型的水工建筑物。因此，MIKE 11適用于研究生態(tài)補(bǔ)水與河口水閘的聯(lián)合調(diào)度問(wèn)題。

2.2模型構(gòu)建

鴨涌河水動(dòng)力水質(zhì)數(shù)學(xué)模型通過(guò)MIKE 11的HD和AD模塊耦合搭建完成，其中，水動(dòng)力模型基于一維非恒定流圣維南方程組，采用Abbott六點(diǎn)隱式格式離散形式進(jìn)行求解，水質(zhì)模型基于一維非恒定流圣維南方程組與一維對(duì)流擴(kuò)散方程建立。根據(jù)鴨涌河綜合整治工程竣工圖等數(shù)據(jù)，模型共設(shè)置28個(gè)河道斷面，斷面間距為50～100 m，模型各組成部分的設(shè)置見(jiàn)圖3。

水動(dòng)力模型的邊界設(shè)置：①由于鴨涌河口與石角咀水閘距離較近（圖1），潮位過(guò)程相似，故鴨涌河下游典型潮位采用枯水期石角咀水閘閘外潮位過(guò)程，分為大潮、中潮和小潮3個(gè)階段，該過(guò)程可通過(guò)已有研究成果［21-22］的前山河流域MIKE 11模型計(jì)算獲取，見(jiàn)圖4；②上游流量邊界在無(wú)生態(tài)補(bǔ)水情況下流量為0，有生態(tài)補(bǔ)水情況下流量平均為0.7 m3/s。

調(diào)度模型設(shè)置：在水動(dòng)力模型基礎(chǔ)上，鴨涌河河口附近設(shè)置MIKE 11 SO模塊中的可控水工建筑物（Control Structures）用于模擬河口水閘?？煽厮そㄖ锬苣M溢流閘、底流閘、泵、弧形閘門(mén)等多種形式的水閘或泵站。根據(jù)河口水閘相關(guān)數(shù)據(jù)，本模型選用底流閘，設(shè)置閘底高程為-1.029 m，閘頂高程為5.211 m，閘門(mén)為1孔，閘門(mén)凈寬為7 m，閘門(mén)的最大啟閉速度為0.1 m/s。MIKE 11通過(guò)If/else的條件判斷語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)調(diào)度目標(biāo)。在模型中設(shè)置調(diào)度方案及其優(yōu)先度，并為調(diào)度方案設(shè)立不同調(diào)度方案的啟用條件，調(diào)度模型將根據(jù)設(shè)定的優(yōu)先級(jí)別（1為最高級(jí)，順序最后1個(gè)方案為無(wú)條件執(zhí)行方案），判斷啟用條件是否滿足，依次往下執(zhí)行其調(diào)度控制方式。

水質(zhì)模型的邊界設(shè)置：采用MIKE 11模型中對(duì)流擴(kuò)散AD模塊模擬水質(zhì)參數(shù)的變化，該模塊通過(guò)定義不同污染物類(lèi)型、擴(kuò)散系數(shù)因子、初始濃度等參數(shù)。鴨涌河歷史實(shí)測(cè)資料偏少，無(wú)法準(zhǔn)確判斷河道內(nèi)污染物濃度情況，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查勘結(jié)果，鴨涌河水質(zhì)在枯水季節(jié)較差，可設(shè)置鴨涌河河道內(nèi)污染物濃度為1 mg/L，并對(duì)比聯(lián)合調(diào)度后污染物濃度數(shù)值，用于評(píng)估不同聯(lián)合調(diào)度方案的水質(zhì)改善效果。

鴨涌河水動(dòng)力水質(zhì)模型的計(jì)算參數(shù)設(shè)置：①水動(dòng)力模型主要計(jì)算參數(shù)為河道糙率，因鴨涌河河道經(jīng)過(guò)綜合整治后較為平整，參照相關(guān)論文，河道糙率取值為0.028；②水質(zhì)模型主要計(jì)算參數(shù)為擴(kuò)散系數(shù)，因?yàn)轼営亢恿髁枯^小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定擴(kuò)散系數(shù)的系數(shù)項(xiàng)a=10，b=1（模型推薦小溪的擴(kuò)散系數(shù)為2～5 m2/s）。

由于鴨涌河水位水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較少，難以支持模型的率定與驗(yàn)證工作，故大多數(shù)參數(shù)為經(jīng)驗(yàn)取值或參考鴨涌河附近相似區(qū)域的參數(shù)取值。

3生態(tài)補(bǔ)水工程與河口水閘聯(lián)合調(diào)度數(shù)值模擬

3.1現(xiàn)有調(diào)度方案與水位-涌容曲線關(guān)系

3.1.1現(xiàn)有調(diào)度方案

鴨涌河現(xiàn)有調(diào)度方案分為汛期防洪排澇調(diào)度和日常生態(tài)補(bǔ)水調(diào)度（主要是枯水期）。①汛期防洪排澇調(diào)度：汛期暴雨階段，外海潮位低于0.771 m，打開(kāi)河口水閘，維持鴨涌河0.771 m景觀水位；外海潮位高于0.771 m但低于涌?jī)?nèi)水位，打開(kāi)河口水閘進(jìn)行排水；外海潮位高于0.771 m且高于涌?jī)?nèi)水位，河口水閘保持關(guān)閉，涌?jī)?nèi)水位上漲。②日常生態(tài)補(bǔ)水調(diào)度：利用退潮期間，外海潮位低于涌?jī)?nèi)水位，打開(kāi)河口水閘將景觀水位降至0.271 m；高潮期間開(kāi)閘引入潮水，外海潮位高于涌?jī)?nèi)水位，將涌?jī)?nèi)水位恢復(fù)至0.771 m。

3.1.2水位-涌容曲線關(guān)系

通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算可得鴨涌河水位與河涌水體容積之間的關(guān)系曲線見(jiàn)圖5，結(jié)合現(xiàn)有調(diào)度方案和生態(tài)補(bǔ)水流量等，可得生態(tài)補(bǔ)水歷時(shí)與水位關(guān)系曲線見(jiàn)圖6，水位從0.271 m恢復(fù)至0.771 m的景觀水位的容積差為2.9萬(wàn)m3，若全部采用生態(tài)補(bǔ)水需要11.5 h。

3.2現(xiàn)有調(diào)度方案與聯(lián)合調(diào)度方案設(shè)置

3.2.1天然狀態(tài)下鴨涌河自然流量方案

為準(zhǔn)確計(jì)算生態(tài)補(bǔ)水量，需要設(shè)置天然狀態(tài)下鴨涌河無(wú)調(diào)度的方案，根據(jù)水動(dòng)力學(xué)模擬，鴨涌河?xùn)|側(cè)潮汐相較于河口水閘外的相位提前1 h，潮位略低0.05 m。

3.2.2現(xiàn)狀調(diào)度方案

為模擬現(xiàn)狀不補(bǔ)水情況下僅依靠水閘調(diào)度的污染物擴(kuò)散情況，設(shè)置日常生態(tài)補(bǔ)水調(diào)度方案、河口水閘全開(kāi)方案、汛期防洪排澇調(diào)度。其中，汛期暴雨按5年一遇24 h考慮。鴨涌河集雨面僅包括珠海側(cè)邊檢公路和河道水體的面積，道路面積較小，本次僅計(jì)算河道水體面積匯流，即110 000 m2。根據(jù)澳門(mén)提供資料可知，5年一遇24 h降雨量為293mm，對(duì)應(yīng)的降雨總量為3.2萬(wàn)m3，在模型中設(shè)置旁側(cè)均勻入流。

3.2.3聯(lián)合調(diào)度方案

聯(lián)合調(diào)度方案主要針對(duì)于枯水期月度的日常生態(tài)補(bǔ)水調(diào)度，根據(jù)石角咀水閘閘外潮位過(guò)程，設(shè)置不同的補(bǔ)水間隔時(shí)間、補(bǔ)水時(shí)長(zhǎng)等，模擬分析不同聯(lián)合調(diào)度方案下污染物濃度變化情況，計(jì)算水體完全更新率，得到最優(yōu)的生態(tài)補(bǔ)水聯(lián)合調(diào)度方案?，F(xiàn)有調(diào)度方案與聯(lián)合調(diào)度方案設(shè)置見(jiàn)表1。

3.3現(xiàn)有調(diào)度方案與聯(lián)合調(diào)度方案模擬結(jié)果分析

3.3.1天然狀態(tài)下鴨涌河流量推算

方案0的模擬結(jié)果表明，天然狀態(tài)下鴨涌河余流流向?yàn)樽晕飨驏|，在一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)（大潮、中潮、小潮）的平均凈泄量為9.04萬(wàn)m3/d，即1.04 m3/sgt;0.7 m3/s（生態(tài)補(bǔ)水平均流量），故生態(tài)補(bǔ)水工程不能完全恢復(fù)鴨涌河天然狀態(tài)下的流量過(guò)程。

為全面評(píng)估鴨涌河水質(zhì)狀況，選取3個(gè)斷面的污染物濃度變化過(guò)程作為評(píng)價(jià)對(duì)象，斷面分別為上游YCH 0斷面、中游YCH 1200斷面、河口水閘內(nèi)YCH 2300斷面（下同），由圖7可知鴨涌河水體在11 h內(nèi)可完全更新。

3.3.2現(xiàn)狀調(diào)度方案水體更新率對(duì)比

方案1—3的污染物濃度變化過(guò)程（圖7）表明，在不進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水情況下，方案1的鴨涌河上游段水體基本不交換，污染物濃度降低值較小，上游YCH 0斷面污染物濃度在30 d內(nèi)僅降低了15%，水體更新率不足；而方案2中鴨涌河的水體更新率僅為73%，鴨涌河上游水體僅依靠河口的潮汐動(dòng)力時(shí)最上游斷面流速基本為零，水流動(dòng)力不足，水質(zhì)容易惡化；但在汛期暴雨情況下，河道內(nèi)污染物濃度在降雨條件下執(zhí)行汛期防洪排澇調(diào)度規(guī)則可降低至較低水平，水體更新率達(dá)到90%以上，無(wú)需補(bǔ)水。因此，鴨涌河在上游不補(bǔ)水情況下，按照現(xiàn)有日常補(bǔ)水調(diào)度規(guī)則進(jìn)行調(diào)度或水閘全開(kāi)均不能滿足水體更新的需求。

3.3.3聯(lián)合調(diào)度方案比選

方案4—10的污染物濃度變化過(guò)程（圖8）表明，采用生態(tài)補(bǔ)水與河口水閘的聯(lián)合調(diào)度能夠加速水體更新，有利于改善鴨涌河的水環(huán)境，但不同的補(bǔ)水時(shí)間間隔的聯(lián)合調(diào)度方案污染物濃度變化過(guò)程不同，水體更新率也不相同。每天補(bǔ)水8 h，水體在2 d內(nèi)基本完成更新，而隨著補(bǔ)水間隔從1 d增加至6 d，相同時(shí)間內(nèi)水體更新率逐漸降低，水體更新率達(dá)到100%的時(shí)間逐漸增加。統(tǒng)計(jì)不同補(bǔ)水間隔方案的水體更新率見(jiàn)表2，由表可得，每天補(bǔ)水8 h的水體更新率達(dá)到100%所需時(shí)間為50 h，但補(bǔ)水間隔調(diào)整為6 d后，該數(shù)值增加至483 h，增加了9.6倍，表明補(bǔ)水時(shí)間間隔是聯(lián)合調(diào)度方案中的重要參數(shù)之一。

方案11—15的污染物濃度變化過(guò)程（圖9和表2）表明，補(bǔ)水時(shí)間也是影響聯(lián)合調(diào)度方案改善水質(zhì)效果的重要參數(shù)，隨著補(bǔ)水天數(shù)的減少，補(bǔ)水使水體100%更新所需時(shí)間逐漸增加，前5 d補(bǔ)水2 h比每天補(bǔ)水2 h的水體更新率達(dá)到100%所需時(shí)間增加了3倍左右。方案11—15的污染物濃度變化趨勢(shì)基本相同，在0～120 h時(shí)間區(qū)間內(nèi)數(shù)值較為接近，主要區(qū)別位于120～720 h的時(shí)間區(qū)間。

不同補(bǔ)水時(shí)間間隔方案（方案4—10）和不同補(bǔ)水時(shí)間方案（方案11—15）的對(duì)比結(jié)果表明，每天補(bǔ)水8 h比每天補(bǔ)水2 h污染物濃度降低速度更快，原因是在不補(bǔ)水的6 h時(shí)，靠近河口水閘附近污染物由于水閘調(diào)度規(guī)則的影響，出現(xiàn)較為明顯的潮水倒流情況，導(dǎo)致中游和下游斷面的污染物濃度反復(fù)回升，故水體更新時(shí)間更長(zhǎng)；此外，2種類(lèi)型方案在進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水后，上游斷面的污染物濃度變化趨勢(shì)基本相同，均在10 h或11 h時(shí)污染物濃度降至0且不再回升，表明生態(tài)補(bǔ)水能有效恢復(fù)鴨涌河斷流一端的水流動(dòng)力，提高水體的自凈能力。

在實(shí)際生態(tài)補(bǔ)水調(diào)度中，水體更新率達(dá)到100%是較難實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，故通常采用更有可行性的生態(tài)補(bǔ)水調(diào)度目標(biāo)，如在一定時(shí)間段內(nèi)污染物濃度降低至某一閾值，該閾值通常與河流的生態(tài)流量、水質(zhì)要求等相關(guān)。鴨涌河作為跨境河涌，除了在枯水期維持河道內(nèi)水位達(dá)到景觀水位外，還需保證河道水質(zhì)達(dá)到Ⅳ類(lèi)或Ⅳ類(lèi)以上，維持河道水體的自凈能力。因此，根據(jù)鴨涌河現(xiàn)狀水體水質(zhì)狀況，鴨涌河水體更新率達(dá)到75%左右可實(shí)現(xiàn)河道水質(zhì)目標(biāo)。聯(lián)合調(diào)度方案的使用費(fèi)用是實(shí)際工程運(yùn)用中考慮的重要因素，生態(tài)補(bǔ)水工程以及水閘啟閉等均消耗一定的電能，但生態(tài)補(bǔ)水工程的泵站啟用所需電能遠(yuǎn)大于水閘啟閉，故聯(lián)合調(diào)度方案的使用費(fèi)用約等于泵站啟用所需電費(fèi)（泵站啟用的功率為150 kW，電價(jià)設(shè)定為0.9元/（kW·h））。因此，綜合考慮水質(zhì)目標(biāo)和費(fèi)用情況，建立綜合評(píng)價(jià)指數(shù)見(jiàn)式（1），指數(shù)越小，說(shuō)明性價(jià)比越高，得到各個(gè)補(bǔ)水方案的綜合對(duì)比見(jiàn)表3。由表可得，方案14綜合評(píng)價(jià)指數(shù)最低，為17.42（h·萬(wàn)元），故最終選用方案14，補(bǔ)水時(shí)間為前5 d補(bǔ)水2 h，補(bǔ)水頻率為每個(gè)月10 h，所選取的3個(gè)典型斷面的污染物濃度均在120 h內(nèi)基本降低至25%以下，能較好維持鴨涌河的水質(zhì)狀況。

I=H·C（1）

式中：H為水體更新率達(dá)到75%所需的時(shí)間，h；C為泵站啟用所需電費(fèi)，萬(wàn)元；I為綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，h·萬(wàn)元。

為進(jìn)一步分析綜合評(píng)價(jià)指數(shù)與鴨涌河的不同典型斷面進(jìn)出水量之間的關(guān)系，選取方案4—15的河流源頭（斷面里程為0）、河流中段（斷面里程為1 200）和河口處（斷面里程為2 300）3個(gè)典型斷面的進(jìn)出水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)圖10可知：①不同典型斷面的進(jìn)出水量也呈正比關(guān)系，大小關(guān)系為河口處gt;河流中段gt;河流源頭，不同補(bǔ)水方案河口處、河流中段、河流源頭的進(jìn)出水量平均倍比關(guān)系為2.07∶1.75∶1.00，表明河流源頭進(jìn)出水量明顯低于河口處，水體更新動(dòng)力不足；②進(jìn)一步分析不同補(bǔ)水方案的進(jìn)出水量倍比關(guān)系，發(fā)現(xiàn)河流中段與河流源頭進(jìn)出水量比值、河口處與河流源頭進(jìn)出水量比值均與綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈反比關(guān)系；③不同補(bǔ)水方案的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)與典型斷面的進(jìn)出水量呈正比關(guān)系，表明斷面的進(jìn)出水量受到補(bǔ)水時(shí)間的正向影響，補(bǔ)水時(shí)間越長(zhǎng)，斷面的進(jìn)出水量越大，水體整體混合更充分，但各方案水體更新率均達(dá)到河道水質(zhì)目標(biāo)。

4結(jié)論

鴨涌河是位于粵港澳大灣區(qū)珠海市和澳門(mén)特別行政區(qū)的跨境河涌，其水環(huán)境狀況與兩岸人民的生活幸福感緊密相關(guān)，構(gòu)建科學(xué)的生態(tài)補(bǔ)水調(diào)度方案，是貫徹落實(shí)《粵港澳大灣區(qū)水安全保障規(guī)劃》、鞏固鴨涌河的水環(huán)境治理成效的重要舉措，對(duì)提高兩岸人民的幸福感具有重要的意義。

通過(guò)模擬鴨涌河在不同情景下天然狀態(tài)方案、現(xiàn)狀調(diào)度方案和聯(lián)合調(diào)度方案的污染物濃度變化情況，綜合考慮了水質(zhì)目標(biāo)和費(fèi)用情況，詳細(xì)地評(píng)估了鴨涌河生態(tài)補(bǔ)水調(diào)度方案改善水質(zhì)的效果，得到以下結(jié)論：①不補(bǔ)水情況下，僅通過(guò)河口水閘調(diào)度，鴨涌河上游段水動(dòng)力條件不佳，水體交換動(dòng)力不足，污染物濃度難以降低，水質(zhì)容易變差，因此，鴨涌河生態(tài)補(bǔ)水工程對(duì)改善水環(huán)境是十分必要的；②預(yù)報(bào)未來(lái)24 h降雨量超過(guò)293 mm時(shí)，可以停止補(bǔ)水；③通過(guò)生態(tài)補(bǔ)水，結(jié)合河口水閘調(diào)度，能有效加快河道水體更新，且前5 d補(bǔ)水2 h，水質(zhì)改善效果較好，所需電費(fèi)較低，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)最優(yōu)；④不同補(bǔ)水方案的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)與典型斷面的進(jìn)出水量呈正比關(guān)系，但河流中段與河流源頭進(jìn)出水量比值、河口處與河流源頭進(jìn)出水量比值均與綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈反比關(guān)系。

因此，鴨涌河現(xiàn)狀日常補(bǔ)水調(diào)度方案中，可結(jié)合河口水閘調(diào)度在枯水期月內(nèi)前5 d補(bǔ)水2 h，提升水環(huán)境，原則上可一周完成一次補(bǔ)水換水，具體可視水質(zhì)變化趨勢(shì)、氣象條件、工程運(yùn)行維護(hù)計(jì)劃等實(shí)際情況綜合確定并適時(shí)調(diào)整。

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（責(zé)任編輯：李燕珊）