澡港河南樞紐調(diào)水對區(qū)域水文情勢及水質(zhì)影響分析

潘 杰

（江蘇省水文水資源勘測局常州分局，江蘇常州 213000）

0 引言

常州市地處太湖流域湖西區(qū)，人口稠密，經(jīng)濟社會發(fā)達(dá)。但是，經(jīng)濟社會的快速發(fā)展也造成水環(huán)境的惡化，目前市區(qū)河道水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率僅為22.1%，水環(huán)境形勢不容樂觀，在枯水季節(jié)尤為明顯。在截污治污的同時，通過水利工程進(jìn)行調(diào)水引流成為水環(huán)境改善的有效途徑之一，地處太湖地區(qū)的上海、蘇州、常熟、杭州等城市均通過調(diào)引長江水改善區(qū)域水環(huán)境［1-4］；就常州地區(qū)而言，太湖流域管理局也于2011年和2013年開展了太湖流域常州地區(qū)、太湖流域湖西區(qū)調(diào)水試驗［5，6］。調(diào)水試驗結(jié)果表明，調(diào)水引流增加了受水區(qū)河道流速，改善了受水區(qū)水環(huán)境質(zhì)量。然而，上述調(diào)水試驗大都是基于流域水利分區(qū)或行政市域的尺度，重點分析調(diào)水對水環(huán)境改善的效果，對單個水利工程卻尚未進(jìn)行深入探討。因此，筆者以常州市運北片防洪節(jié)點工程—澡港河南樞紐試運行為契機，依據(jù)調(diào)水實測資料，對澡港河南樞紐調(diào)水影響范圍、水文情勢及水質(zhì)改善效果進(jìn)行評價，為當(dāng)?shù)厮姓鞴懿块T完善調(diào)度方案提供技術(shù)支撐。

1 澡港河南樞紐

澡港河南樞紐位于新、老澡港河交匯處下游1.1 km，是常州市運北片防洪節(jié)點工程的重要組成部分，于2013年12月建成投運。該樞紐由泵站和節(jié)制閘組成，其中，節(jié)制閘2孔，單孔凈寬10 m，泵站總設(shè)計流量50.0 m3/s，選用5臺雙向豎井貫流泵，單機流量10.0m3/s。工程兼具防洪、排澇、引水及改善城市水環(huán)境的功能。

2 調(diào)水試驗

2.1 調(diào)水水文情勢背景

2013年12月12日，澡港河南樞紐開展了為期1 d的試運行。試運行前（12月11日），區(qū)域無降水；長江潮位低于內(nèi)河水位，沿江魏村樞紐、小河水閘、澡港樞紐關(guān)閘；京杭運河常州段上游來水小，其代表站常州站水位約3.28m；市區(qū)主要河道澡港河、京杭運河及北塘河、關(guān)河等水質(zhì)普遍為Ⅳ～Ⅴ類，主要超標(biāo)項目為氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量。

2.2 水利工程調(diào)度方案

調(diào)水試驗于 12 日 9∶00～16∶00 開展，為期7 h。調(diào)水主要涉及沿江澡港河樞紐和南樞紐，其調(diào)度運行由常州市防汛防旱指揮辦公室組織實施。調(diào)度規(guī)則為：澡港樞紐利用長江潮差，在漲潮期間開閘引水，調(diào)引長江水入澡港河，增加南樞紐上游來水量，保證水源有效補充；南樞紐通過機泵調(diào)引上游來水，增加下游河道水量，調(diào)活水體。

2.3 方案設(shè)置

試驗共設(shè)置12個水量監(jiān)測斷面，5個水質(zhì)監(jiān)測斷面。水量監(jiān)測斷面每隔1 h監(jiān)測一次，監(jiān)測時間為9∶00～16∶00，水質(zhì)監(jiān)測斷面分別于9∶00、16∶00 與水量監(jiān)測斷面開展同步監(jiān)測。水量、水質(zhì)監(jiān)測站點分布見圖1。

2.4 評價方法

2.4.1 水量、分流比計算

（1）水量

根據(jù)實測流量，采用面積包圍法［6］計算斷面過水量，計算公式為：

式中：

W—水量，m3；

Δt1、Δt2…Δtn—監(jiān)測時距，h；

Q0、Q1…Qn—相應(yīng)時刻流量，m3/s。

（2）分流比

式中：

Wi—某一支流某時段內(nèi)的過水量，m3；

W總—干流某一時段總過水量，m3。

2.4.2 水質(zhì)評價因子

考慮常州地區(qū)水體污染的特點，結(jié)合江蘇省落實最嚴(yán)格水資源制度考核中對河道納污能力的考核要求，選擇化學(xué)需氧量、氨氮兩個指標(biāo)為水質(zhì)評價因子，調(diào)水前后代表監(jiān)測斷面水質(zhì)變化見圖2。

3 調(diào)水試驗影響分析

3.1 對區(qū)域河網(wǎng)水位的影響分析

選擇調(diào)水水源所在河道澡港河及受水區(qū)代表河道京杭運河常州段為分析對象，調(diào)水過程受水區(qū)河道水位變化見圖3。

（1）澡港河水位變化

圖1 調(diào)水試驗水量、水質(zhì)監(jiān)測斷面分布圖

圖2 調(diào)水前后化學(xué)需氧量、氨氮變化圖

圖3 調(diào)水試驗期間調(diào)水及受水河道水位變化圖

澡港河為通江河道，其水位主要受沿江潮位及閘門啟閉的影響。在調(diào)水期間，根據(jù)上游長江潮位，閘門啟閉2次調(diào)引長江水。試驗開始1.5 h內(nèi)，因沿江低潮，澡港樞紐關(guān)閘擋水，水位維持在 3.20 m；10∶35～12∶30，澡港樞紐第一次開閘引水，在引水前段因沿江潮位低于澡港河，澡港河水位緩慢下降至2.97 m，此后水位隨潮位上漲回升至關(guān)閘時的 3.20 m；13∶50～16∶55，澡港樞紐第二次開閘引水，此時潮位正由高潮向低潮回落，水位亦隨之下降至關(guān)閘前的2.87m。調(diào)引長江水期間，澡港河水位主要受沿江潮位和閘門啟閉的共同影響，最高水位3.19 m，最低水位2.87m，水位差0.32m。

（2）京杭運河常州段水位變化

受水河道京杭運河常州段距澡港河南樞紐約9.2 km，在調(diào)水后1 h內(nèi)，水位變幅不大，維持在3.28m；隨著調(diào)水時間的增加，來水增加致使水位緩慢抬升至3.31～3.33m，較調(diào)水前增加 3～5 cm。

3.2 對水量水質(zhì)的影響分析

根據(jù)流量監(jiān)測成果，南樞紐試運行期間調(diào)水量112.54萬m3。調(diào)水進(jìn)入受水區(qū)后，將會對受水區(qū)河道的流態(tài)、水量分布及水質(zhì)產(chǎn)生不同程度的影響。為便于分析，將受水區(qū)域劃為三個區(qū)域進(jìn)行水量水質(zhì)分析。

（1）澡港河及其支流。包括澡港河、柴支浜、三井河、大溝浜、大彎浜河等5條河道，水量水質(zhì)監(jiān)測斷面為澡港河南樞紐、三井河三井西橋，水量監(jiān)測斷面為柴支浜小運河橋。調(diào)水自澡港河分別向兩側(cè)分流，大溝浜等澡港河以西河道水流發(fā)生倒灌，而柴之浜等以東河道流速加快，過水量增加。據(jù)統(tǒng)計，澡港河以東河道受水量約14.8萬m3，占總引水量的13.1%，以西河道受水量14.06萬m3，占總引水量的12.5%，可見調(diào)水對澡港河支流的水流影響較大。水質(zhì)代表監(jiān)測斷面三井西橋處化學(xué)需氧量和氨氮調(diào)水前后變化各異，化學(xué)需氧量較調(diào)水前上升14.7%，氨氮較調(diào)水前下降38.0%，這與澡港河南樞紐處水質(zhì)變化趨勢一致，表明調(diào)水對該區(qū)域水質(zhì)具有顯著影響。

（2）京杭運河及其支流。包括京杭運河、關(guān)河、西市河、北市河及北塘河等5條河道，水量監(jiān)測斷面為京杭運河三堡街、關(guān)河新市橋、西市河西市河橋，水量水質(zhì)監(jiān)測斷面為北塘河北塘橋，水質(zhì)監(jiān)測斷面為關(guān)河小東門北橋。調(diào)水進(jìn)入關(guān)河后，絕大部分水量入關(guān)河以西河段，分流率為91.6%，而關(guān)河以東河道分流率僅為8.4%。流量流向監(jiān)測顯示，調(diào)水1 h后新市橋、三堡街?jǐn)嗝嫠靼l(fā)生倒灌，關(guān)河受水量為76.6萬m3，占總引水量的68.0%，而三堡街?jǐn)嗝娣至麝P(guān)河來水量為49.1萬m3，分流率為64.0%。表明調(diào)水對關(guān)河及京杭運河上游段水量影響較大，對其下游及其支流影響較小。這點也反映在水質(zhì)變化上，除小東門北橋化學(xué)需氧量略有降低外，其余監(jiān)測斷面處的化學(xué)需氧量和氨氮均較調(diào)水前有不同程度的升高，尤其是氨氮上升明顯，其中，北塘橋、小東門北橋分別上升了98.0%、37.4%。表明調(diào)水不僅未能改善該區(qū)域的水質(zhì)，反而因調(diào)水將上游污染物帶入，且調(diào)水分流至本區(qū)域的水量不足，無法將污染物稀釋，導(dǎo)致污染物積存于河道中，水質(zhì)惡化明顯。

（3）京杭運河以南。包括南運河、白蕩河、龍游河等3條河道，水量監(jiān)測斷面為南運河南運河橋、白蕩河蘭陵橋、龍游河龍游河橋，水質(zhì)監(jiān)測斷面為京杭運河同安橋。監(jiān)測成果顯示，除蘭菱橋受水9.06萬m3外，其余河道均處于停滯狀態(tài)，表明該區(qū)域無清水到達(dá)；同安橋處化學(xué)需氧量和氨氮分別較調(diào)水前升高12.5%、43.2%，其原因在于調(diào)水時間不足導(dǎo)致清水分流少及上游污染物的帶入。

3.3 結(jié)果討論

（1）影響范圍識別

南樞紐調(diào)水后，水流自澡港河向兩側(cè)分流，主流向南至關(guān)河分為兩支：一支由關(guān)河向西入京杭運河上游，一支由關(guān)河向西至北塘河、西市河等，而對京杭運河以南的南運河、龍游河等影響甚微。由此可確定，本次調(diào)水影響范圍主要為澡港河、老澡港河、京杭運河常州段及北塘河流圍成的區(qū)域，面積約55.0 km2。

（2）水文情勢變化分析

南樞紐調(diào)水后，對大溝浜、大灣浜等澡港河以西河道、關(guān)河—京杭運河上游段的水文情勢產(chǎn)生了明顯影響，致使其水流方向發(fā)生倒轉(zhuǎn)。其中，澡港河西片區(qū)水流倒轉(zhuǎn)發(fā)生在調(diào)水初始，而關(guān)河—京杭運河上游段則發(fā)生在調(diào)水1 h后。

（3）調(diào)度方案優(yōu)化

南樞紐調(diào)水絕大部分進(jìn)入澡港河及其支流、關(guān)河—京杭運河上游段，而關(guān)河?xùn)|段及支流河道水質(zhì)因受水不足及調(diào)水污染源的帶入而呈惡化態(tài)勢，這與南樞紐發(fā)揮改善水環(huán)境的功能不符。究其原因，除了本次調(diào)水時間不足導(dǎo)致引清水量偏少外，其主要的原因在于調(diào)水期間京杭運河上游段來水偏少，加上通江河道新孟河小河水閘、德勝河魏村水利樞紐關(guān)閘，未能進(jìn)行同步引水，導(dǎo)致調(diào)水大部分清水分流至澡港河及關(guān)河以西區(qū)間，而其余河道則受水不足。因此，在南樞紐引清釋污時，應(yīng)該同時聯(lián)合小河水閘或魏村水利樞紐開閘引水，增加上游來水，抬高京杭運河上游段水位，以阻止調(diào)水導(dǎo)致發(fā)生水流倒灌現(xiàn)象，增加澡港河及關(guān)河以東區(qū)域的分流量，達(dá)到改善該部分區(qū)域水環(huán)境的目的。除此之外，延長調(diào)水時間也是一種可行的方法。

4 結(jié)論

筆者以澡港河南樞紐試運行為契機，開展為期7 h的調(diào)水試驗，依據(jù)實測水量水質(zhì)資料，分析了南樞紐調(diào)水對區(qū)域水文情勢及水質(zhì)的影響。試驗結(jié)果表明，調(diào)水對澡港河以西河道、關(guān)河—京杭運河上段的水文情勢影響較為顯著，對其水質(zhì)改善有一定的效果。但其他區(qū)域因調(diào)水時間短、清水分流少，其水文情勢變化不明顯，水質(zhì)甚至呈惡化的態(tài)勢。為此，根據(jù)本次調(diào)水試驗的結(jié)果，提出了南樞紐與小河水閘或魏村水利樞紐進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度的方案，以更好地發(fā)揮南樞紐調(diào)水改善水環(huán)境的效果。雖然延長調(diào)水時間也是一種可行方法，但是其調(diào)水成本也不容忽視，因此，如何確定最經(jīng)濟、最有效的調(diào)水方案仍須作進(jìn)一步研究。

［1］ 徐貴泉，褚君達(dá).上海市引清調(diào)度改善水環(huán)境探討［J］.水資源保護(hù)，2010，3：26-27.

［2］ 周懷東，彭文啟.水污染與水環(huán)境修復(fù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005:187-191.

［3］ 黃娟，逄勇，崔廣柏.調(diào)水改善常熟城區(qū)水環(huán)境方案研究［J］.江蘇環(huán)境科技，2006，19（1）：34-36.

［4］ 顏秉龍，林荷娟.杭嘉湖區(qū)域改善水環(huán)境調(diào)水方案研究［J］.中國農(nóng)村水利水電，2008，9:33-35.

［5］ 韋忠，王曉杰.調(diào)引長江水改善常州地區(qū)水環(huán)境效果分析［J］.人民長江，2013，44（5）：79-81.

［6］ 水文資料整編規(guī)范（SL247-2012）［M］.北京：中國水利水電出版社，2012：32-33.