北海仔流域水系连通及活水补水实践研究.pdf

:/.:/第 卷 增 人民珠江 年 月 收稿日期:作者简介:杜河清()男博士教授级高级工程师主要从事水利水电工程和水环境治理工作 :.通信作者:龙晓飞()男硕士高级工程师主要从事水力学及河流动力学和水环境治理工作 :.北海仔流域水系连通及活水补水实践研究杜河清黄峻霖龙晓飞夏铁功(.珠江水利委员会珠江水利科学研究院广东 广州.广东华阳路桥建设有限公司广东 东莞)摘要:分析了感潮河网区北海仔流域水体黒臭的成因 通过对北海仔流域综合整治雨季合流制溢流污染已是北海仔流域水体污染的主要来源 研究了水系连通工程、活水补水工程改善了北海仔流域河网的连通性及水动力条件 通过工程的实施把双向流变成单向流改善水动力条件利用潮汐补水创造生态修复条件提高水体自净能力 水系连通、活水补水工程是实现水质稳定提升、水环境长效维护的重要措施关键词:感潮河网区水系连通活水补水智慧调度中图分类号:.文献标志码:文章编号:()研究背景北海仔河流域系北海仔河干流及其 条支流河长共.流域面积约.北海仔流域位于东莞市中堂镇潢新围围内地势平坦水系纵横交错水动力条件较弱是典型的感潮河网区 年以来以打造生态型流域的理念对其进行水环境综合治理 以全流域综合治理的思路提高流域精细化管理水平恢复河流水生态系统提升流域生态价值打造“水清、岸绿、河畅、景美”水生态景观整治工程包括九大项内容:控源截污工程、生态护岸工程、生态修复工程、内源治理工程、水系连通工程、活水补水工程、景观提升工程、在线监测工程、其他配套工程随着九大工程的实施北海仔流域内的老城区及城中村都已经完成了合流制排水系统的控源截污工程雨季合流制的溢流污染已是北海仔河流水体污染的主要来源 水系连通工程、活水补水工程是实现北海仔干流利用潮汐补水改善水动力条件创造复苏生态环境提高水体自净能力水质达到优于地表水 类水的目标这也是水环境长效维护的重要措施北海仔河流域受外江潮汐的影响水流为双向流易造成回流、淤积 且内河道由于泥沙淤积有人为侵占、填埋、形成了“断头”河涌 本次主要研究水系连通工程、活水补水工程的实施对水动力条件的改善及水质提升的效果国内对网河区群闸联控调水补水的工程主要有:通过常规群闸联控调水补水改善网河区河涌水质 在保证流域防洪抗旱安全之下引水调水改善水环境 而现有的研究也主要集中于网河区水动力数学模型、网河区水质数学模型等方面 但对于水质稳定提升方面在合流制系统中旱季污水和雨天合流污水都未经处理直接排放进入受纳水体 雨天合流制溢流对水体的污染依旧严重感潮网河区以水系连通工程为基础群闸联控智慧调度对河涌活水补水改善水环境的研究较少本次研究水系连通工程、活水补水工程利用潮汐补水改善水动力创造生态复苏条件 水质稳定提升的效果需要在工程的长期管理与维护中解决人民珠江 年增刊 北海仔水系连通工程概况水系连通性的重点在于水体连续性及流动性 水系联通工程在河道之间实现了水力联系通过以动制静、以清释污使得水流畅通、水质改善从而增强河道自循环更新能力和水生态自我修复能力是维持人水关系和谐、构建健康河湖关系和提高水生态文明水平的有效举措北海仔流域是典型的感潮河网区由于泥沙淤积严重河涌断面因人为侵占、填埋、堵塞等导致内河道行洪断面不断减少河道功能萎缩形成了多处“断头”河涌 河道内水流不畅水环境功能缺失水体易黑臭且区域易形成内涝水系连通工程系指打通“断头”河涌采用河道清淤、开挖渠道暗渠段盖板拆除敷设管道、拆除、拓宽现状灌溉渠道等方式打通河涌瓶颈恢复水系连通水系连通工程主要包括吴家涌村水系连通工程袁家涌村水系连通工程凤冲村水系连通工程湛翠村、三涌村水系连通工程和潢涌村水系连通工程 图 所示本工程共实施相关水系连通.水系连通工程拓宽了河道行洪断面提升流域水动力条件保障河道行洪畅通 水系连通工程打通“断头”河涌改善了河网的连通性完善了河网水系的畅通也为引潮活源调度打下了基础图 北海仔水系联通 活水补水工程活水补水工程主要是利用网河潮汐动力、群闸联控、优化调度以达到改善河涌水环境的目的 通过群闸联控按照落潮排水涨潮引水的原则把河涌的双向流变为单向流增加河涌水体的流动性改善水环境北海仔流域治理的活水补水工程系新建、重建水闸 座提升流域内活水补水能力改善局部区域排涝现状 群闸联调系统有引潮闸门 座分别为潢涌北闸、下北沙水闸、袁家涌水闸排水闸门由 座组成各河涌与外江相连处均设有水闸北海仔流域活水补水系统系通过群闸联控利用潮汐动力以北部 座引水水闸从东江北干流引水退水至中堂水道入倒运海水道实现片区内水体单向流动与水体交换 同时利用北海仔河干流与一级支涌的节制闸对各支涌进行引水控制通过群闸联控纳潮冲污、调活水体、可置换引、退水主要通道各支涌的水体使水质得到改善并保持河涌景观水位.引潮活源调度的水文数据珠江河口系弱潮河口潮汐为不规则半日潮北海仔河属于东江流域本次采用的主要水文数据人民珠江 年增刊 如下 流量 东江下游及三角洲的水量主要来自东江干流博罗以上的流域 东江洪水和径流的计算和分析主要采用博罗站 年的流量资料潮位 东江北干流大盛站和东江南支流泗盛围站两测站断面距狮子洋汇入口都是.两站均受狮子洋潮汐控制涨落潮基本同步潮型相似 据泗盛围站实测潮位资料统计多年平均年最高潮位为.多年平均年最低潮位为.潮差 狮子洋属于弱潮型海域潮差不大多年平均涨潮最大潮差为.多年平均落潮最大潮差大于涨潮最大潮差为.引潮活源调度方案计算采用 建立北海仔河流域网河的一维水流数学模型对北海仔河流域内各河涌主要断面流态及流量情况进行模拟分析论证方案的可行性一维河网数学模型的控制方程由描述水体运动的一维明渠非恒定流 方程组及汊点连接方程构成 ()/()式中 流量/水位 水力半径 流速/旁侧入流/糙率系数 包括主河道泄流宽度和仅起槽蓄作用的附加宽度 过流 河 宽 过 水 面 积 重力加速度、空间、时间坐标方程离散利用 六点隐式格式该离散格式在每一个网格点并不同时计算水位和流量而是按顺序交替计算水位或流量分别称 点和 点计算网格布置为交叉网格方式(交替水位点和流量点)有断面数据的点设置为水位点流量点自动布置在相邻水位点的中间和水工建筑物点 单一河道变量布置见图 汊点变量布置见图 流量边界变量布置见图 差分格式见图 离散后的线性方程组用追赶法求解图 格式水位点、流量点交替布置图 河网汊点变量布置图 流量边界变量布置图 六点隐式格式模型范围:本次一维水流计算数学模型范围主要包括北海仔干流及 条一级支流部分对河流水系连通起重要作用的二级支流也一并纳入模型北海仔流域河网模型见图 图 北海仔流域河网模型人民珠江 年增刊 群闸联控调度方式:涨潮时关闭潢新围南侧(下游)的水闸打开北侧(上游)的水闸引潮入北海仔河流域退潮时关闭北侧(上游)水闸打开南侧(下游)水闸排出潮水使北海仔河流域水体从北向南成单向流动 同时利用北海仔河与一级支涌的节制闸对各支涌进行引水控制实现水体交换通过群闸联控调度为河涌调水补水、调活水体使河涌的水流动起来模拟计算条件:根据北海仔河流域设计断面进行模拟计算 水闸调度方式为:涨潮时当外江水位高于.时引潮闸开闸引水当内河水位达到.后关闸退潮时当外江水位退至.时开排水闸放水水位下降至.时关闸.引潮活源调度方案计算结果根据设计典型潮位资料北海仔河流域各个连接外江水闸处最高潮位为.最低潮位为.北海仔河流域内河涌景观补水最高控制水位为.最低控制水位为.流域内外江存在较为稳定的潮差时段可满足北海仔河流域的补水排水需要计算数据分析可知在“引潮活源调度”情况下当北部 座引水水闸(潢涌北闸、下北沙水闸、袁家涌水闸)全部开启时其他凤涌水闸、潢涌北水闸、三涌水闸也取同时间段的来水过程结合枯水期潮水位过程水体循环周期理论计算 自排引潮水闸日引水量.万 而北海仔河流域总涌容.万 北海仔河流域水体大约每.可以实现一次水体交换起到增加水动力、改善水环境的目的.智慧调度系统研究智慧调度系统是通过闸站联调系统调度运行本次建立数学模型模拟研究了闸站调度对北海仔河流域引潮活水效果影响 并结合北海仔河流域综合整治智慧平台建设利用其综合管理平台和闸站群远控体系与调度系统进行闸站群防洪排涝、引潮活源联合调度保障潢新围遇设计标准洪水不受灾、遇设计暴雨不内涝、晴天有补水实现保障居民生命财产安全基础上改善流域水环境 治理效果分析北海仔河流域综合整治工程实施过程中对河道水质进行了长期跟踪监测采样其中北海仔干流河道共布置有 个监测断面在北海仔流域的 条支涌中共布置有 个监测断面笔者从 年 月 年 月对北海仔干流河道的水质进行了长时段的跟踪监测 在 年 月干流 个监测断面的 与总磷的平均值分别为.、./之后随着水环境综合整治各项措施的落实北海仔河流域水质明显好转 水质跟踪监测已经进行了两年多时间至 年 月干流 个监测断面的、总磷平均值分别为.、./项指标均已优于地表 类水的指标要求从图 也可得知自 年 月水质监测以来过程中特别是在汛期水质指标有较大波动 表明北海仔流域内是以合流制排水系统为主雨季合流制溢流污染已是北海仔河流水体污染的主要来源 而水系连通工程与活水补水工程是水质稳定提升的重要措施图 北海仔河干流 数值变化趋势水系连通工程改善了河网的连通性完善了河网水系的畅通 活水补水工程改善了水动力条件在高潮时引入东江北干流的水低潮时开闸放水把双向流变成单向流不断循环换水使水质得到稳定提升自 年 月以来干流河道 指标已连续优于地表 类水的标准要求水系连通工程与活水补水工程的实施也使北海仔流域 条支流的 从./下降到./由于支涌的防洪标准不统一下一步还人民珠江 年增刊 要通过分区换水使支涌水质得到进一步提升 结论)水系连通工程的实施拓宽了河道行洪断面提升流域水动力条件保障河道行洪畅通 增加了河道的调蓄空间降低了区域的内涝风险)水系连通工程也打通“断头”河涌改善了河网的连通性完善了河网水系的畅通也提高了引潮活源的换水率)活水补水工程的实施改善了水动力条件把双向流变成单向流不断循环换水使水质得到提升 在“引潮活源调度”下当北部 座引水水闸全部开启时北海仔河流域水体大约每.可以实现一次水体交换)通过 的综合治理与跟踪监测至 年 月北海仔干流 个监测断面的、总磷平均值分别为.、./项指标均优于地表 类水的标准要求)水质明显改善的主要原因为:在落实了北海仔河流域综合整治工程的控源截污、内源治理工程等措施基础上水系连通工程、活水补水工程利用潮汐补水改善水动力条件创造复苏生态环境提高水体自净能力是水环境长效维护的重要措施参考文献:杨聪辉王宝华.网河区河涌群闸联控调水补水的研究.广东水利水电():.李卫民房晓玲周亮.引江调水工程在外秦淮河水环境整治中的应用.江苏水利():.李晓唐洪武王玲玲等.平原河网地区闸泵群联合调度水环境模拟.河海大学学报(自然科学版)():.尚钊仪张亚洲戴晶晶等.昆山主城及周边区域活水畅流改善水环境方案研究.水资源保护():.晁夫奎.南京市石碛河水环境综合整治经验探讨.吉林水利():.段青梅陈小丹.生态护岸技术在北海仔河堤岸整治工程中的应用.广东水利水电():.史秀芳卢亚静潘兴瑶等.合流制溢流污染控制技术、管理与政策研究进展.给水排水():.窦明宋孙娟石亚欣等.结构 功能耦合下的城市水系连通方案两阶段优化.水科学进展():.王中根李宗礼刘昌明等.河湖水系连通的理论探讨.自然资源学报():.(责任编辑:向 飞)(上接第 页)参考文献:水文基本术语和符号标准规范:/.北京:中国计划出版社.水文资料整编规范:/.北京:中国水利水电出版社.水面蒸发观测规范:.北京:中国水利水电出版社.降水量观测规范:.北京:中国水利水电出版社.卫捷马柱国.干旱指数、地表湿润与降水距平比较.地理学报():.(责任编辑:李燕珊)