嘉定區(qū)蕰南中部地區(qū)原型調(diào)水試驗(yàn)研究

楊 琪,李念斌

(1.同濟(jì)大學(xué),上海市 200092;2.上海嘉定水務(wù)工程設(shè)計(jì)有限公司,上海市 201800)

嘉定區(qū)蕰南中部地區(qū)原型調(diào)水試驗(yàn)研究

楊 琪1,李念斌2

(1.同濟(jì)大學(xué),上海市 200092;2.上海嘉定水務(wù)工程設(shè)計(jì)有限公司,上海市 201800)

結(jié)合上海市嘉定區(qū)蕰南中部地區(qū)原型調(diào)水試驗(yàn),分析了不同調(diào)水方案的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),得出現(xiàn)有調(diào)水方案存在的問(wèn)題,并提出解決問(wèn)題的思路。

調(diào)水試驗(yàn);水量;水質(zhì)

1 概述

1.1 區(qū)域概況

嘉定區(qū)位于上海市的西北部,市級(jí)河道蕰藻浜橫貫其南部,在穿越滬寧鐵路后折向西南與蘇州河交匯。由此,嘉定區(qū)水系形成了界線分明的南北兩片。其中,蕰藻浜以南地區(qū)的面積約為106.4 km2,其范圍是:東以嘉定行政區(qū)域?yàn)榻?西以蕰藻浜為界,南北兩側(cè)各以蘇州河和蕰藻浜為界,形成了一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域。這一區(qū)域俗稱嘉定的蕰南地區(qū)。

嘉定蕰南中部地區(qū)西起鹽鐵塘,東至新槎浦,北至蕰藻浜,南至蘇州河,總面積81.65 km2,屬長(zhǎng)江三角洲沖積平原,歷來(lái)受海洋性氣候影響,季風(fēng)盛行,四季分明。常年平均氣溫15.2℃,雨量充沛,但降雨量年內(nèi)、年際分布不均。多年平均降雨量為1 103.01 mm(黃渡水文站資料),其中6～9月份為汛期,多年平均汛期降雨量為577.43 mm,占全年降雨量的52.36%。由于受臺(tái)風(fēng)暴雨等災(zāi)害性氣候以及太湖洪水下泄的影響,洪澇災(zāi)害時(shí)有發(fā)生,是水環(huán)境問(wèn)題最嚴(yán)重、矛盾最突出的地區(qū)。

嘉定蕰南中部地區(qū)涉及南翔、江橋、黃渡三鎮(zhèn),這一地區(qū)是嘉定區(qū)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一,為改善這一地區(qū)的水環(huán)境,促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展,市、區(qū)、鎮(zhèn)三級(jí)政府近幾年在河道整治、治污截污方面投入了大量資金,水環(huán)境治理取得了一定成效,但由于區(qū)域河道缺乏必要的水動(dòng)力條件,導(dǎo)致水體在多數(shù)情況下處于“死水”狀態(tài),從整體上講這一區(qū)域的水環(huán)境質(zhì)量仍然較差。

1.2 水動(dòng)力情況

嘉定蕰南中部地區(qū)處于平原感潮河網(wǎng)地區(qū)，區(qū)域內(nèi)地形平坦，河道水力坡度十分平緩，水動(dòng)力條件極差。隨著區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,在建設(shè)過(guò)程中填堵了部分河道，使得河道過(guò)水能力進(jìn)一步削弱。區(qū)域中部有滬寧鐵路、滬寧高速公路等多條交通干線與河道相交,大量交叉建筑物形成了多處束水障礙,甚至斷流,嚴(yán)重影響了河網(wǎng)水體流動(dòng)。尤其是自蘇州河整治以后，限制了向蘇州河排水，使原來(lái)可以依靠蘇州河潮汐進(jìn)行水體自然交換的狀態(tài)受到了限制， 區(qū)域內(nèi)水體基本失去了依靠自然條件進(jìn)行的水體流動(dòng)能力。

1.3 河道及水利工程現(xiàn)狀

嘉定蕰南中部地區(qū)的河道以滬寧鐵路為界分割為南北兩部分，目前連通南北僅有封浜河一個(gè)口門。其中,滬寧鐵路南側(cè)的骨干河道有“二縱三橫”共計(jì)5條,為封浜、淺江、西虬江、南虬江和小虬江。滬寧鐵路北側(cè)的骨干河道呈“四縱四橫”共計(jì)8條,為橫瀝、花園江、封浜、淺江、吾尚塘、地司瀝、走馬塘、連浦。

本次調(diào)水試驗(yàn)將在現(xiàn)有已建水閘泵站工程的基礎(chǔ)上進(jìn)行,分別涉及橫瀝泵閘、封浜泵閘、走馬塘泵閘、封浜套閘共4座區(qū)管泵閘,蘇州河北岸一線的顧岡涇、北周涇、黃巢江、老封浜、小封浜以及蕰東水閘和沿新槎浦一線的市管水閘。其中橫瀝泵閘和封浜泵閘以排水為主,其余水閘泵站以引水為主,形成南引蘇州河水,向北排入蕰藻浜的調(diào)水方式［1］。主要水利控制工程如圖1。

2 方案選擇

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)驗(yàn)證已建橫瀝泵閘、封浜泵閘的實(shí)際調(diào)水效果(包括調(diào)水影響范圍、河道水質(zhì)改善程度)以及每次調(diào)水間隔周期，每次調(diào)水時(shí)間和運(yùn)行費(fèi)用等。

(2)通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)度和布設(shè)測(cè)站施測(cè)，驗(yàn)證前期專項(xiàng)規(guī)劃提出的調(diào)水方案的正確性以及存在的問(wèn)題，同時(shí)提出下一步完善的措施。

圖1 蕰南中部地區(qū)主要引調(diào)水控制工程分布圖

(3)通過(guò)不同組合的調(diào)水方案試驗(yàn)，找出改善蕰南中部地區(qū)水質(zhì)的最佳調(diào)水方案，以實(shí)現(xiàn)該地區(qū)水資源調(diào)度的科學(xué)化管理。

(4)進(jìn)一步驗(yàn)證打通滬寧鐵路下幾處瓶頸的必要性。

(5)找出蕰南片工程調(diào)水與江橋西片圩區(qū)引調(diào)水之間的最佳配合方案。

(6)了解已建調(diào)水工程主要設(shè)備的可靠性，為下階段建設(shè)整個(gè)調(diào)水工程自動(dòng)化系統(tǒng)做準(zhǔn)備。

2.2 方案設(shè)置

根據(jù)本次調(diào)水試驗(yàn)要達(dá)到的目的［2］,經(jīng)綜合比選,確定了如下3種試驗(yàn)方案:

(1)橫瀝泵閘單獨(dú)調(diào)水,打開走馬塘節(jié)制閘,敞開沿蘇州河一線所有節(jié)制閘和套閘;

(2)封浜泵閘單獨(dú)調(diào)水,走馬塘節(jié)制閘按預(yù)定時(shí)間段開閉,敞開沿蘇州河一線所有節(jié)制閘和套閘;

(3)封浜泵閘、橫瀝泵閘、走馬塘泵閘聯(lián)合調(diào)度,開啟所有水泵，關(guān)閉節(jié)制閘,沿蘇州河一線和沿新槎浦一線的所有節(jié)制閘、套閘也全部同時(shí)敞開。

3 試驗(yàn)前期工作及試驗(yàn)過(guò)程

3.1 最低控制水位的確定

考慮到航運(yùn)及市政建設(shè)情況,通過(guò)查詢歷史數(shù)據(jù)及計(jì)算試驗(yàn)區(qū)河道庫(kù)容量與最大排水量之間的差值,設(shè)定最低控制水位2.20 m,建立控制點(diǎn),并安排人員試驗(yàn)期24 h值班。

3.2 邊界條件控制

蕰南中部地區(qū)淺江泵閘、狗頸骨節(jié)制閘、花園江節(jié)制閘、西全河節(jié)制閘等控制性工程尚未全部建成,因此,為防止蕰藻浜河水從開放的口門向蕰南中部地區(qū)回流,事先封堵了沿蕰藻浜一線的口門。

為防止因蕰藻浜水位過(guò)高,造成通過(guò)遠(yuǎn)處的口門向該地區(qū)回流,以及對(duì)蕰藻浜以北地區(qū)造成防汛壓力,試驗(yàn)方案的實(shí)施在蕰東水閘排水實(shí)現(xiàn)預(yù)降水位后進(jìn)行。

3.3 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)方案于2013年8月啟動(dòng),由于兼顧汛期及蕰東閘預(yù)降水,至9月底完成3個(gè)方案的實(shí)驗(yàn),各方案連續(xù)運(yùn)行72 h。主要調(diào)水思路為“南引北排”,由封浜泵閘、橫瀝泵閘向蕰藻浜排水,走馬塘泵閘向試驗(yàn)區(qū)引水,蘇州河沿線市管水閘當(dāng)蘇州河水位高于內(nèi)河水位時(shí),開啟外圍工程閘門,否則關(guān)閉閘門,能引則引。

試驗(yàn)區(qū)在重要河道、汊點(diǎn)安排水量、水質(zhì)固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)6個(gè),單水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)5個(gè),每小時(shí)進(jìn)行一次測(cè)驗(yàn)及采樣,安排巡測(cè)組在試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行流動(dòng)測(cè)驗(yàn),并安排專人觀測(cè)河道流向。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 水位變化情況

各方案試驗(yàn)中,監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位基本與邊界河道呈同步變化趨勢(shì),除方案一外,方案二、三試驗(yàn)中監(jiān)測(cè)河道水位對(duì)比邊界河道水位有一定程度的下降,方案二試驗(yàn)區(qū)平均水位下降0.07 m,方案三試驗(yàn)區(qū)平均水位下降0.10 m,方案三水位下降較為明顯。

4.2 水量監(jiān)測(cè)情況

以試驗(yàn)方案三為例,分析鐵路北片南翔地區(qū)水量平衡情況,橫瀝泵閘排水245萬(wàn)m3、封浜泵閘排水218.8萬(wàn)m3。由于試驗(yàn)期間吳淞江水位較試驗(yàn)區(qū)域水位沒有明顯的高低差,且引水時(shí)間極短,可忽略對(duì)試驗(yàn)區(qū)域的作用,進(jìn)入試驗(yàn)區(qū)的水量主要由中槎浦提供,其中吾尚塘進(jìn)水265萬(wàn)m3、走馬塘59.4萬(wàn)m3、封浜河鐵路以南進(jìn)水量128萬(wàn)m3,引排水誤差2.46%,進(jìn)出水量基本平衡。水量平衡簡(jiǎn)圖如圖2。

圖2 3號(hào)方案水量平衡簡(jiǎn)圖

4.3 河道流向監(jiān)測(cè)情況

本次引調(diào)水試驗(yàn)3種方案根據(jù)不同的泵閘開啟,水流方向有一定的變化,但主要輸水河道的流向基本是一致的,即:鐵路以南地區(qū)向封浜河流動(dòng),匯入封浜河后向鐵路以北流動(dòng)。鐵路以北地區(qū),橫瀝河、封浜河由南向北流動(dòng),吾尚塘由東向西流動(dòng)。整體的流向趨勢(shì)是橫瀝、封浜泵閘向北排水,中槎浦由東向西對(duì)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行補(bǔ)給。河道流向如圖3。

圖3 河道流向圖

4.4 重要汊點(diǎn)分析

由于本次試驗(yàn)中封浜河封富橋監(jiān)測(cè)點(diǎn)(以下簡(jiǎn)稱封富橋測(cè)點(diǎn))位于試驗(yàn)區(qū)域正中,且是試驗(yàn)區(qū)域南北交界的唯一通道,對(duì)各試驗(yàn)方案是否能帶動(dòng)鐵路以南地區(qū)水體有重要的參考意義,因此有必要對(duì)該汊點(diǎn)在不同試驗(yàn)方案下的水動(dòng)力情況進(jìn)行分析。在引調(diào)水試驗(yàn)前對(duì)該點(diǎn)位進(jìn)行的踏勘顯示該點(diǎn)位水體基本沒有流動(dòng)的跡象,而在引調(diào)水3個(gè)方案中,該點(diǎn)不僅發(fā)生了水體流動(dòng),而且在不同方案中顯示了不同的水動(dòng)力特性。

方案一:封富橋監(jiān)測(cè)點(diǎn)過(guò)水量92.7萬(wàn)m3,占橫瀝泵閘總排水量的37.8%。試驗(yàn)期間平均流量3.58 m3/s，考慮到橫瀝泵閘9.45 m3/s的排水能力,本方案對(duì)鐵路以南地區(qū)水動(dòng)力有可觀的拉動(dòng)作用。

方案二:對(duì)封富橋測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè),實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)走馬塘泵閘的開閉對(duì)該監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本不造成影響。試驗(yàn)階段的平均流量為3.69 m3/s。從平均流量上來(lái)看,方案二對(duì)鐵路以南地區(qū)的河道拉動(dòng)能力優(yōu)于方案一。

同時(shí),由于封浜泵閘的排水能力低于方案一中的橫瀝泵閘,封富橋測(cè)點(diǎn)過(guò)水量占泵閘排水的43.8%,效率較方案一高。

方案三:封富橋測(cè)點(diǎn)過(guò)水量128萬(wàn)m3,占橫瀝泵閘和封浜泵閘總排水量的27.6%,平均流量為4.86 m3/s。由于吾尚塘強(qiáng)力的補(bǔ)給作用,該監(jiān)測(cè)點(diǎn)受到頂托作用,雖然平均流量較大,但總過(guò)水量與泵閘排水量的占比變小,對(duì)鐵路以南的拉動(dòng)作用較1號(hào)方案減少。

4.5 水質(zhì)監(jiān)測(cè)情況

由于本次試驗(yàn)時(shí)間跨度為2個(gè)月,各方案僅進(jìn)行24×3 h,蘇州河水位偏低,引水量及其有限,且蘇州河水質(zhì)未明顯優(yōu)于試驗(yàn)區(qū)水體,所以整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中,試驗(yàn)區(qū)水體水質(zhì)變化不明顯［3］。

5 試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及解決思路

5.1 發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

5.1.1 蘇州河引水問(wèn)題

本次引調(diào)水試驗(yàn)由于邊界條件的限制,原計(jì)劃從蘇州河一線引水的條件不充分,沒有引入活水,試驗(yàn)很大程度上是在原水體內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié),水質(zhì)變化較小。同時(shí),試驗(yàn)期間,蘇州河水質(zhì)未明顯優(yōu)于試驗(yàn)區(qū)水體,沒有達(dá)到引清的目的。

5.1.2 吾尚塘補(bǔ)給作用

對(duì)吾尚塘、橫瀝河汊點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè),結(jié)合吾尚塘監(jiān)測(cè)情況,吾尚塘流入265萬(wàn)m3,橫瀝泵閘排出245萬(wàn)m3,多出水量合并橫瀝河吾尚塘南段水量經(jīng)吾尚塘全部往封浜河方向流動(dòng)。橫瀝泵閘的全部排水量由中槎浦經(jīng)吾尚塘補(bǔ)給,形成中槎浦→吾尚塘→橫瀝河→蕰藻浜→中槎浦的小循環(huán),一定程度上抵消了本次方案的泵閘排水能力。

5.1.3 泵閘組合的問(wèn)題

試驗(yàn)的各個(gè)方案在不同的泵閘組合下會(huì)產(chǎn)生不同的引調(diào)水效果,如:在橫瀝泵閘和封浜泵閘全開的情況下,開啟走馬塘泵閘反而使封富橋監(jiān)測(cè)點(diǎn)流量減小。

5.2 問(wèn)題解決的方法

5.2.1 納入全市水環(huán)境治理方案

蕰南片引調(diào)水主要目的是引入蘇州河水體,然而現(xiàn)在的情況是蘇州河的水體水質(zhì)與試驗(yàn)區(qū)的水體水質(zhì)沒有明顯區(qū)別,即使沒引入足夠的水量,也對(duì)試驗(yàn)區(qū)的水環(huán)境起不到改善作用。這個(gè)問(wèn)題需待上海市對(duì)蘇州河綜合整治的推進(jìn),蘇州河水質(zhì)好轉(zhuǎn)后解決［4］。

5.2.2 建立水利控制工程

從試驗(yàn)過(guò)程來(lái)看,吾尚塘的強(qiáng)力補(bǔ)給作用大大稀釋了泵閘的調(diào)度能力,因此有必要在吾尚塘河道上建立控制工程,減弱小循環(huán)對(duì)整片區(qū)域引調(diào)水的削弱作用。

5.2.3 利用各種方式進(jìn)行泵閘組合優(yōu)化

本次試驗(yàn)僅采用了有限的幾種泵閘組合方案,而蕰南中部地區(qū)含已經(jīng)建立的和規(guī)劃建設(shè)的泵閘等水利控制工程多達(dá)二十幾座?？梢允褂脭?shù)值模型等多種方法對(duì)這些控制工程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度的研究,尋找最優(yōu)調(diào)度方案。

6 結(jié)論

利用蕰南地區(qū)已有的水利控制工程能夠?qū)κ暷系貐^(qū)進(jìn)行一定的水利調(diào)度,使該地區(qū)的水體進(jìn)行流動(dòng),但水體流動(dòng)效果未及預(yù)期,水質(zhì)好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)不明顯。

通過(guò)本次調(diào)水試驗(yàn),驗(yàn)證了已建水利控制工程的作用,但對(duì)整個(gè)蕰南中部地區(qū)來(lái)說(shuō),水環(huán)境的改善非一朝一夕的事,需要從全市水環(huán)境綜合整治的部署、技術(shù)措施、水資源管理、水污染治理等方面,多層面、多角度入手,才能最大限度地改善該地區(qū)的水環(huán)境。

［1］ 匡翠萍，李行偉，劉曙光.大規(guī)模圍墾對(duì)香港維多利亞港水動(dòng)力環(huán)流的影響［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版.2009,(2):176-181.

［2］ 陳江,崔廣柏.原型調(diào)水試驗(yàn)研究在江陰東、南部水系改造中的應(yīng)用［DB/OL］［2007-03-21］. http://.www.paper.edu.cn.

［3］ 郜會(huì)彩，李義天，何用，等. 改善漢陽(yáng)湖群水環(huán)境的調(diào)水方案研究［J］.水資源保護(hù),2006(9):41-44.

［4］ 黃偉，何用，李榮，等.感潮地區(qū)引清調(diào)水方案研究［J］.水電能源科學(xué)，2004(6):19-22.

TV68

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1009-7716(2015)03-0080-03

2014-12-18

楊琪(1982-)，男，上海人，工程師，從事水文水資源調(diào)查研究工作。