文章以柳江紅花樞紐至石龍三江口Ⅱ級(jí)航道工程為例，選取典型河段，利用MIKE21軟件建立河道流場(chǎng)模型，分析疏浚對(duì)水生生態(tài)、飲用水取水的影響，并對(duì)所采取的措施進(jìn)行闡述，為廣西的內(nèi)河航道建設(shè)施工提供參考和借鑒。

內(nèi)河航道；疏浚施工；MIKE21軟件

U616+.1A632153

基金項(xiàng)目：

廣西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“公路跨敏感水環(huán)境保護(hù)和風(fēng)險(xiǎn)防控關(guān)鍵技術(shù)研究”（自籌）（編號(hào)：桂科AB22080021）；廣西交科集團(tuán)有限公司自主立項(xiàng)科技計(jì)劃項(xiàng)目“新型仿生濕地在南方地區(qū)黑臭水體生態(tài)修復(fù)中的研究及應(yīng)用”［編號(hào)：KJ2019-ZXM（HB）-26］

作者簡(jiǎn)介：

林" 宇（1989—），工程師，研究方向：建設(shè)規(guī)劃與生態(tài)保護(hù)。

0" 引言

西江黃金水道促進(jìn)了珠江-西江經(jīng)濟(jì)帶的繁榮和發(fā)展，隨著西部陸海新通道重點(diǎn)工程平陸運(yùn)河項(xiàng)目的開(kāi)工建設(shè)，廣西將建設(shè)西南中南區(qū)域面向東盟、連接全球的北部灣國(guó)際樞紐海港。未來(lái)一段時(shí)間，廣西內(nèi)河航運(yùn)持續(xù)建設(shè)必將給西江多個(gè)支流帶來(lái)量級(jí)提升。在內(nèi)河航道施工過(guò)程中，疏浚所造成的環(huán)境影響、生態(tài)影響是最明顯和持久的［1-3］，因此本文以柳江紅花樞紐至石龍三江口Ⅱ級(jí)航道工程為例，選取典型河段，利用MIKE21軟件建立河道流場(chǎng)模型（圖1），分析疏浚對(duì)水生生態(tài)、飲用水取水的影響，就采取的措施進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述，并為廣西的內(nèi)河航道建設(shè)施工提供參考和借鑒。

1" 項(xiàng)目概況

柳江紅花樞紐至石龍三江口Ⅱ級(jí)航道工程整治河段為柳江、紅水河、黔江三江匯流口上溯至柳江紅花樞紐下引航道口門(mén)，航道長(zhǎng)度為101.2 km。其中小賴(lài)灘險(xiǎn)整治水域面積為150 008 m2、長(zhǎng)度為1 984 m、疏浚量為16 983 m3。小賴(lài)灘現(xiàn)有魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵場(chǎng)長(zhǎng)3 km，主要產(chǎn)卵魚(yú)類(lèi)為青魚(yú)、草魚(yú)、鰱魚(yú)、鳙魚(yú)四大家魚(yú)及赤眼鱒；同時(shí)下游2 195 m為柳州市魚(yú)峰區(qū)里雍鎮(zhèn)水源地取水口。

2" 二維水文動(dòng)力-懸浮物擴(kuò)散模型

2.1" 模型簡(jiǎn)介

利用MIKE21軟件的水動(dòng)力模塊（FM模塊）建立平面二維“二維水文動(dòng)力-懸浮物擴(kuò)散”模型，二維水動(dòng)力條件計(jì)算采用ADI法對(duì)水動(dòng)力方程組進(jìn)行離散求解。平面二維水流模型基本方程可表示成如式（1）所示通用微分方程式，即：

（CηHuΦ）ζ+（CζHvΦ）η=ζΓΦＨCηΦCζη+

ηΓΦHCζΦCηη+SΦ（1）

疏浚產(chǎn)生的懸浮物對(duì)水環(huán)境影響預(yù)測(cè)采用上述水力數(shù)學(xué)模型計(jì)算成果，結(jié)合懸浮物擴(kuò)散方程耦合計(jì)算［4］，擴(kuò)散方程如下：

t（Hs）+x（Hvs）+y（Hvs）=Ex2x2（Hs）+Ey2y2（Hs）-αω（S-S*）（2）

式中：S——懸浮物濃度（g/m3）；

Ex、Ey——x、y方向的擴(kuò)散系數(shù)；Ex=5.93guH/C；Ey=5.93gvH/C；

α——系數(shù)；

ω——泥沙沉速（cm/s）；

S*——懸浮物本底值（mg/L）。

2.2" 水動(dòng)力計(jì)算條件

2.2.1" 范圍

根據(jù)評(píng)價(jià)河段已有的水文資料及整治工程施工時(shí)間（枯水期），采用二維模型，對(duì)擬整治航段按流場(chǎng)特征選擇整治工程量較大且涉及集中式飲用水取水口、魚(yú)類(lèi)“三場(chǎng)”等環(huán)境敏感保護(hù)目標(biāo)進(jìn)行水動(dòng)力條件計(jì)算，確定為柳江小賴(lài)灘-里雍航段（航程約7.5 km）。

2.2.2" 參數(shù)選取

2.2.2.1" 河道地形

河道地形采用2017年10～11月對(duì)項(xiàng)目航道地形的測(cè)量成果資料。

2.2.2.2" 模型預(yù)測(cè)參數(shù)的選定

中心部分網(wǎng)格邊長(zhǎng)為35～50 m，最大單元面積為1 500 m2，三角網(wǎng)格最小允許角度為26°，岸邊部分網(wǎng)格邊長(zhǎng)為15～30 m，最大單元面積為600 m2，三角網(wǎng)格最小允許角度為26°，時(shí)間步長(zhǎng)為30 s，河底糙率為0.02～0.055，不考慮風(fēng)速、潮汐、降雨、蒸發(fā)等影響。

在整治河道全段共布置了79個(gè)斷面，對(duì)枯水期水位、流量進(jìn)行實(shí)測(cè)，結(jié)合工程河段內(nèi)的象州水位站、上游柳江柳州（二）站有效歷史資料，根據(jù)流量水位來(lái)反推河段綜合糙率并進(jìn)行了驗(yàn)證。水文參數(shù)采用推演的各個(gè)航道段施工流量、水位以及河段糙率。各航段預(yù)測(cè)參數(shù)：流量528 m3/s，糙率0.025，起點(diǎn)水位60.37 m，終點(diǎn)水位59.21 m［5］。

2.2.2.3" 起懸泥沙參數(shù)

作業(yè)點(diǎn)源強(qiáng)與作業(yè)船功率及效率有關(guān)，由于起懸泥沙主要是工程廢棄物中較小比例的極細(xì)顆粒，計(jì)算中根據(jù)河道的實(shí)際情況確定擴(kuò)散系數(shù)（Diffusion Coefficient）為0.02～0.03。

航道工程疏浚影響研究及應(yīng)用/林" 宇，劉陳鴻，劉國(guó)亮

3" 對(duì)水文情勢(shì)的影響分析

3.1" 初始場(chǎng)和邊界的確定

為了確定初始水位場(chǎng)，在橫向比降影響的前提下，可以使用線(xiàn)性插值方法基于計(jì)算域上下游的水位和斷面間距，然后進(jìn)行分段插值推導(dǎo)出指定的某個(gè)斷面水位。對(duì)于初始速度場(chǎng)，垂直方向上的速度為0，而水平方向上的速度可通過(guò)曼寧公式進(jìn)行計(jì)算，并進(jìn)行斷面總流量的校正。

邊界確定的困難點(diǎn)在于河灘以及江心洲等易受水位變化而影響的區(qū)域?？蓪?duì)相關(guān)區(qū)域進(jìn)行縱向的調(diào)整，將河灘以及江心洲高出水面的部分調(diào)整至水面下，并將這部分區(qū)域增加至非常大的糙率，導(dǎo)致水位無(wú)法產(chǎn)生改變，以代替成為原有的河灘以及江心洲［6］。

3.2" 河段流量計(jì)算條件

河段流量主要受上游紅花樞紐、下游大藤峽樞紐運(yùn)行調(diào)度影響。因此設(shè)置了4種工況，如表1所示。

3.3" 水位變化分析

對(duì)評(píng)價(jià)河段水位影響較大的不利工況下工程前后沿程水位變化圖，如圖2所示，航道整治工程實(shí)施后，工況1、工況2、工況3、工況4條件下紅花樞紐壩下近壩段的小賴(lài)灘尾水位有較明顯的下降，分別下降3.52 m、2.96 m、2.47 m、1.71 m。

3.4" 比降變化分析

航道整治工程后，工況1、工況2、工況3、工況4條件下柳江至石龍三江口河段沿程比降如圖3所示。由圖3

可見(jiàn)航道整治工程后，4種工況條件下，該河段沿程比降變化特征基本一致。以工況1為例來(lái)看，小賴(lài)灘至石龍三江口全河段水位落差為8.21 m，平均比降0.086‰，流速最大減少0.22 m/s。

4" 疏浚對(duì)水環(huán)境的影響預(yù)測(cè)

疏浚產(chǎn)生的懸浮物對(duì)水環(huán)境影響預(yù)測(cè)采用上述水力數(shù)學(xué)模型計(jì)算成果，選用最不利情況的工況4，結(jié)合懸浮物擴(kuò)散方程耦合計(jì)算。疏浚作業(yè)地點(diǎn)由于水流速度不同及水深、河道走向的差異，疏浚作業(yè)中產(chǎn)生的懸浮物擴(kuò)散距離和范圍也各不相同。灘險(xiǎn)水急的河段懸浮物擴(kuò)散的范圍要大于水流平緩的河段。根據(jù)對(duì)柳江河道二維水動(dòng)力條件計(jì)算的結(jié)果：小賴(lài)灘、碧廖灘疏浚施工產(chǎn)生懸浮物影響范圍（濃度gt;30 mg/L）為400～450 m，從開(kāi)始疏浚作業(yè)大約經(jīng)過(guò)60 min，懸浮物擴(kuò)散達(dá)到最大范圍。小賴(lài)灘疏浚河段中弘線(xiàn)沿程懸沙濃度及擴(kuò)散影響范圍詳見(jiàn)圖4、圖5。

5" 結(jié)果分析

（1）疏浚、炸礁施工區(qū)面積占產(chǎn)卵場(chǎng)面積的11.53%，汛期典型流量情況下，工程實(shí)施后產(chǎn)卵場(chǎng)所在河段水位降低1.71～3.52 m，流速最大減少0.22 m/s。

四大家魚(yú)中，青魚(yú)、草魚(yú)屬于溫水性魚(yú)類(lèi)，鰱魚(yú)、鳙魚(yú)屬于冷水性魚(yú)類(lèi)，一般在春季或初夏產(chǎn)卵。鰱魚(yú)傾向于選擇水質(zhì)清澈、水流緩慢或停滯的湖泊、河流或池塘產(chǎn)卵，產(chǎn)卵方式是散卵。水位下降可能暴露更多的產(chǎn)卵場(chǎng)所，例如淺灘、巖石或沉積物上的洼地，這為家魚(yú)提供了更多的選擇。增加產(chǎn)卵場(chǎng)所的數(shù)量和多樣性可能有助于提高家魚(yú)的繁殖成功率；暴露更多的底棲生物、浮游生物和水生植物，這為家魚(yú)提供了更多的食物資源。另外，流速的略微下降為家魚(yú)提供了更為穩(wěn)定的產(chǎn)卵環(huán)境，減少卵子被沖走的風(fēng)險(xiǎn)；減少水流對(duì)卵子的沖擊和摩擦力，從而減少卵子被物理?yè)p害的風(fēng)險(xiǎn)。工程實(shí)施對(duì)產(chǎn)卵場(chǎng)的水文情勢(shì)影響不大，對(duì)產(chǎn)卵場(chǎng)功能影響不大。工程開(kāi)工建設(shè)前，應(yīng)盡量做好施工規(guī)劃前期工作，對(duì)魚(yú)類(lèi)資源影響大的炸礁、疏浚、拋填等施工行為應(yīng)避開(kāi)魚(yú)類(lèi)的繁殖高峰期，減輕工程建設(shè)對(duì)沿線(xiàn)魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵、索餌、棲息場(chǎng)所的影響。小賴(lài)灘整治施工應(yīng)避開(kāi)4～7月魚(yú)類(lèi)的集中繁殖季節(jié)。

（2）采取本文同樣的方法進(jìn)行計(jì)算，在柳州市魚(yú)峰區(qū)里雍鎮(zhèn)水源地取水口上游約2.8 km對(duì)開(kāi)水域范圍內(nèi)的疏浚炸礁整治工程將導(dǎo)致取水水域附近懸浮物濃度值增加10～200 mg/L，同時(shí)導(dǎo)致取水口附近懸浮物濃度明顯增大。經(jīng)調(diào)研，水廠日均取水3～4次、每日取水時(shí)長(zhǎng)為1～2 h，凈水工藝為水源→水泵提水→絮凝→沉淀→過(guò)濾→消毒→高位水池→供水管網(wǎng)→用戶(hù)，通過(guò)絮凝沉淀可降低取水水源中的懸浮泥沙影響。整治作業(yè)期間應(yīng)在該取水口周邊設(shè)置防污屏，可有80%以上的懸沙去除率，同時(shí)在該取水口每日取水時(shí)段應(yīng)暫停施工。通過(guò)落實(shí)以上措施，可有效降低施工懸浮泥沙對(duì)取水口水質(zhì)的影響，施工產(chǎn)生的影響在可接受范圍。

6" 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)分析河道灘涂挖掘清理將在短時(shí)間內(nèi)對(duì)水質(zhì)造成不同程度的影響，浮游生物、底棲動(dòng)物等魚(yú)類(lèi)餌料生物量在短時(shí)間內(nèi)將出現(xiàn)一定程度的減少；疏浚和拋填改變了原有的地形條件，原有魚(yú)類(lèi)的生存、生長(zhǎng)和繁衍條件將會(huì)發(fā)生改變。根據(jù)預(yù)測(cè)，在汛期魚(yú)類(lèi)的集中繁殖期，航道整治后流速gt;1.50 m/s，能滿(mǎn)足四大家魚(yú)等繁殖所需的流速要求，未造成產(chǎn)卵場(chǎng)毀滅性的影響。在今后的類(lèi)似工程中可通過(guò)優(yōu)化施工方案，并采取人工增殖放流、生境修復(fù)等生態(tài)補(bǔ)償措施后，施工對(duì)評(píng)價(jià)河段魚(yú)類(lèi)種群的影響可接受。

（2）對(duì)于下游有飲用水取水口的疏浚點(diǎn)，應(yīng)充分調(diào)研水廠的工藝，采取設(shè)置防污屏可有效降低施工懸浮泥沙對(duì)取水口水質(zhì)的影響。

［1］鄭志華，徐碧華.航道疏浚中懸浮泥沙對(duì)海水水質(zhì)和海洋生物影響的數(shù)值研究［J］.上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào)，2008，31（2）：105-110.

［2］錢(qián)" 寧，萬(wàn)兆惠.泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，1983.

［3］謝森揚(yáng)，王金坑，王" 翠，等.九龍江口-廈門(mén)灣懸沙濃度及多岔口潮汐汊道泥沙輸運(yùn)的數(shù)值模擬［J］.水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展A輯，2016（2）：188-201.

［4］胡秋萍，曾" 武.航道疏浚工程影響水環(huán)境分析及應(yīng)急對(duì)策［J］.中國(guó)水運(yùn)（下半月），2014（14）：150-151.

［5］馮桃輝.長(zhǎng)江航道疏浚懸浮物擴(kuò)散數(shù)值模擬研究［J］.綠色科技，2017（8）：47-51.

［6］普曉剛，張" 明，馮小香.湘江長(zhǎng)沙綜合樞紐水庫(kù)淹沒(méi)范圍控制研究［J］.資源與水工程學(xué)報(bào)，2015，26（3）：165-168.

20240320