利用青草沙水庫洪季換排水改善長興島水系水質(zhì)初探

謝東

摘 要：青草沙水庫的建設(shè)改變了長興島原有引調(diào)水的格局，從長興島北側(cè)引青草沙水庫洪季換排水，不僅能夠?qū)θ珝u的水動力起到補(bǔ)償作用，在加大長興島西部水系水動力的同時，可改善長興島水系水質(zhì)；而且增加了青草沙水庫排水口門寬度，換排水期間可加速青草沙水庫的水體流動，增強(qiáng)水動力，有利于提高青草沙水庫水體的自凈能力。

關(guān)鍵詞：青草沙 水庫 長興島 引水 改善水質(zhì)

中圖分類號：TV87 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

上海市長興島位于長江口，是僅次于崇明島的上海第二大島，四面臨江，有著優(yōu)越的地理條件和獨特的氣候環(huán)境。青草沙水庫建成后，封堵了長興島西北側(cè)和大部分北側(cè)的引、排水口門，改變了長興島的水資源調(diào)度方式，全島水動力減弱，不利于水質(zhì)的保持?？紤]到青草沙水庫水質(zhì)良好、含沙量小，在水庫需要排水或定期換水時，若能夠合理調(diào)引其下泄水體，則能夠?qū)θ珝u的水動力起到補(bǔ)償作用，在加大長興島西部水系水動力的同時，可改善長興島水系水質(zhì)。

1.青草沙水庫及長興島水系概況

青草沙水庫位于長江口南支下段南北港分流口水域，南靠上海崇明區(qū)長興島，由青草沙庫區(qū)和中央沙庫區(qū)兩部分組成，其功能是蓄淡避咸、蓄清避污。庫區(qū)總面積66.26km2，有效庫容4.82億m3，規(guī)模為目前國內(nèi)外同類之最。其取水泵站規(guī)模200m3/s；下游排水閘凈寬20m，是水庫唯一的排水口門。

長興島由東南向西北呈帶狀形態(tài)，東西長約31k m，南北寬僅2～4km，島域總面積約93.31km2。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全島均勻分布鄉(xiāng)鎮(zhèn)級河道約138條，村溝宅河約422條。青草沙水庫建設(shè)前，島內(nèi)水資源調(diào)度方式為西南引，東北排；受青草沙水庫建設(shè)的影響，靠青草沙水庫側(cè)長興島大堤上的泵站、涵閘等水利工程被封堵或廢棄，島內(nèi)的水系也進(jìn)行了重新梳理和規(guī)劃，東西向為規(guī)劃貫穿的骨干河道，目前水資源調(diào)度方案為：引長江口水體，西南引東排。

2.引青草沙水庫換排水的必要性分析

（1）補(bǔ)償長興島北沿引水口門的需要。青草沙水庫建設(shè)前，長興島可通過其西側(cè)、西北側(cè)和北側(cè)的口門引水，引入的水體能夠較為均勻地流經(jīng)全島；青草沙水庫建成后，封堵了長興島西北側(cè)和大部分北側(cè)的引、排水口門，打亂了長興島原有的引排水線路，長興島北沿受影響線路長度達(dá)到12km，僅余西側(cè)水閘和北側(cè)前衛(wèi)水閘引水，引水動力減弱。如能在青草沙水庫南側(cè)大堤處設(shè)置引水口門，在青草沙水庫需要排水或定期換水時，利用其外排水體，可加大長興島西部水體水動力，從而在一定程度上彌補(bǔ)青草沙水庫建設(shè)對長興島北沿水系的影響。

（2）增加青草沙水庫排水口門寬度的需要。青草沙水庫庫容大，根據(jù)運行情況，夏季溫度高時，水庫水質(zhì)變化較快，水庫在不換水的情況下保持較好水質(zhì)的時間約為7天。青草沙水庫排水主要依靠位于水庫東北端的排水閘排水（凈寬20m，排水控制流量約為155m3/s），在長江口潮位低于水庫內(nèi)水位時排水，每天可排水時間約為10～12h；同時，青草沙水庫日輸水量約為719萬m3。根據(jù)青草沙水庫2.00～4.00m的庫容和排、輸水流量，從4.00m排水至2.00m需8.3天，加上引水時間3.5天，總換排水時間為11.8天，超出了維持水質(zhì)較好時間4.8天。因此，引水工程的實施不僅有助于加快非汛期青草沙水庫的換排水速度，有利于青草沙水庫維持較好水質(zhì)；同時，引水工程可加速青草沙水庫的水體流動，增強(qiáng)水動力，從而有利于提高青草沙水庫水體的自凈能力。

（3）長興島水資源調(diào)度的需要。長興島水資源調(diào)度方案為：引長江口水體，主要為西南引東北排。此方案優(yōu)點是引水水源水質(zhì)好、水量大；缺點是長江口含沙量較大，容易淤積河道。而青草沙水庫水質(zhì)更好，泥沙含量少，利用其洪季換排水對長興島水體進(jìn)行置換，對進(jìn)一步改善島內(nèi)河網(wǎng)水質(zhì)具有重要意義，是引長江口水體非常有益的補(bǔ)充。

3.引水方案及效果分析

3.1 引水口門位置及規(guī)模初擬

為引青草沙水庫換排水，進(jìn)一步改善長興島水系水質(zhì)，通過水力數(shù)學(xué)模型計算，初擬了兩處引水口門位置：長興島西北端和長興島北沿中部附近。

引水口門規(guī)?？砂凑{(diào)水2天置換全島水系的水體計算，并按照引水出口段河道水位不超過最高控制水位2.70m、斷面平均流速小于不沖流速0.6m/s雙重控制，試算引水流量Q，兩處引水口門寬度擬定為8m、泵站40m3/s，同時實施，共同引清調(diào)水。

3.2 引水調(diào)度方案

根據(jù)青草沙水庫的運行調(diào)度方式，咸潮期水庫不排水，非咸潮期頻繁換排水，則長興島水系僅在非咸潮期待機(jī)從庫內(nèi)引水。引水時，若水庫水位高于長興島河道水位時，則通過水閘自流引水；當(dāng)水庫水位低于長興島河道水位時，則通過泵站引水。

3.3 引水效果分析

青草沙水庫引水局限于青草沙水庫換排水時段，在水動力模型計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行水質(zhì)數(shù)學(xué)模型計算。在引調(diào)長江水前，長興島水系平均水質(zhì)劣于地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，不符合旅游景觀島的水環(huán)境指標(biāo)，見圖3；在洪季引調(diào)長江水1天后，水質(zhì)能夠達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，符合旅游景觀島的水環(huán)境指標(biāo)。青草沙水庫水體水質(zhì)為地表水Ⅰ～Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)水1天后長興島水系水質(zhì)能達(dá)到地表水Ⅲ～Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；調(diào)水2天后的水質(zhì)基本能達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，符合水源生態(tài)島的水環(huán)境指標(biāo)，見圖4。

由此可以看出，在引調(diào)長江水的基礎(chǔ)上，再引調(diào)青草沙水庫水，長興島水系水質(zhì)得到了進(jìn)一步的改善，達(dá)到了水源生態(tài)島的水環(huán)境指標(biāo)。加大流速和增加引排水頻次可以縮短水質(zhì)點在青草沙水庫內(nèi)的停留時間，增強(qiáng)水體的自凈能力，從而保證青草沙水庫的良好水質(zhì)。

4.存在的問題及注意事項

在引水過程中，應(yīng)采取工程措施保證青草沙水庫內(nèi)的水體只出不進(jìn)，防止外部水體進(jìn)入青草沙水庫對庫內(nèi)水質(zhì)造成影響。工程運行受青草沙水庫與長興島河道管理部門雙重控制，只有得到雙方共同許可，才能開閘引水，建議設(shè)置兩套控制系統(tǒng)，確保水庫供水安全。為減小工程實施對青草沙大堤及供水的影響，引水工程建議采用內(nèi)退式布置，以現(xiàn)有圍堤作為施工圍堰，主體結(jié)構(gòu)施工將在長興島側(cè)進(jìn)行。

5.結(jié)語

利用青草沙水庫洪季換排水對長興島水體進(jìn)行置換，對進(jìn)一步改善島內(nèi)河網(wǎng)水質(zhì)具有重要意義，可在一定程度上彌補(bǔ)青草沙水庫建設(shè)對長興島北沿水系的影響。同時，青草沙水庫將增加兩處排水口門，能有效帶動庫內(nèi)水體流動，并縮短了水庫換排水的周期，有利于庫內(nèi)水體的水質(zhì)保持和改善。

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