調(diào)水引流工程對(duì)平原河網(wǎng)水動(dòng)力調(diào)控的效果*

于 珊，李一平**，程一鑫，施媛媛，程 月，黃亞男，朱 雅，潘泓哲，岳楨铻，鄭 可

(1：河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院，南京 210098)(2：河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210098)

隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化的不斷加快，河流形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，由此帶來(lái)水環(huán)境惡化、河網(wǎng)調(diào)蓄能力下降等一系列問題[1]. 水動(dòng)力是河湖生態(tài)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)變量[2]，為改善和維護(hù)區(qū)域水環(huán)境，增強(qiáng)水動(dòng)力條件成為治理水環(huán)境的措施之一，其中調(diào)水引流是較為常見且重要的一種手段. 東京1964年從利根川和荒川引入清水改善隅田川水質(zhì)從而開啟了引清調(diào)水的先河[3]，此外如德國(guó)魯爾河[4]、俄羅斯莫斯科河[3]、國(guó)內(nèi)的“引江濟(jì)淮”[5]、“引江濟(jì)太”[6]工程等都得到了很好的水環(huán)境改善效果，但相關(guān)研究多集中在大型河流和湖泊之中. 近幾年調(diào)水調(diào)控工作在平原河網(wǎng)地區(qū)逐漸開展，賈海峰等[7]通過蘇州市甪直鎮(zhèn)的水動(dòng)力-水質(zhì)模型，為區(qū)域提出水系結(jié)構(gòu)優(yōu)化和水利調(diào)度強(qiáng)化的改善方案，宋利祥等[8]通過二維水流-輸送耦合模型，模擬水閘調(diào)度影響下的感潮河網(wǎng)水流運(yùn)動(dòng)及污染物運(yùn)輸過程，田傳沖等[9]基于溫州市主城區(qū)河網(wǎng)水動(dòng)力模型，計(jì)算區(qū)域達(dá)到目標(biāo)流速所需的引水量，并指出水環(huán)境改善程度與調(diào)水量及換水周期密切相關(guān). 現(xiàn)有研究通常以數(shù)值模擬為研究手段，對(duì)河網(wǎng)水體交換的分析主要集中在交換時(shí)間方面，鑒于平原河網(wǎng)區(qū)多為網(wǎng)狀分流河道，河道具有分汊和再匯合的復(fù)雜形態(tài)，流量與流向變化不規(guī)則，相關(guān)研究缺少基于野外原型同步監(jiān)測(cè)，掌握河網(wǎng)及調(diào)水線路上的河道分流比、水量空間分布情況，系統(tǒng)探究調(diào)水對(duì)河網(wǎng)區(qū)水動(dòng)力的影響.

鄞東南平原屬典型的平原河網(wǎng)地區(qū)，區(qū)內(nèi)河網(wǎng)密布，水系發(fā)達(dá)，河流流速緩慢且流向多變，污染物難以擴(kuò)散、降解，因此本文以鄞東南平原河網(wǎng)區(qū)的寧波市海曙區(qū)為例開展研究具有代表性. 近年來(lái)海曙區(qū)河網(wǎng)結(jié)構(gòu)及連通性發(fā)生改變，河道自凈能力減弱，水環(huán)境形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，因此增強(qiáng)水力流動(dòng)性成為提高河網(wǎng)自凈能力的保障，亟需將野外原型同步監(jiān)測(cè)與實(shí)際調(diào)水方案密切結(jié)合以掌握河網(wǎng)區(qū)主要河道流量的變化情況，并以河道分流比、換水率為水動(dòng)力條件指標(biāo)，調(diào)水總量為經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)，槽蓄量變化率為約束條件，系統(tǒng)分析調(diào)水引流工程對(duì)河網(wǎng)水動(dòng)力的改善效果. 以期為輸水工程方案的實(shí)施管理提供科學(xué)依據(jù)，并為數(shù)值模擬提供數(shù)據(jù)支撐，推進(jìn)平原河網(wǎng)水動(dòng)力改善促進(jìn)水環(huán)境質(zhì)量提升的進(jìn)一步探究.

1 研究區(qū)域及方法

1.1 研究區(qū)域概況

寧波市地處我國(guó)海岸線中段，長(zhǎng)江三角洲南翼，海曙區(qū)(29°54′27″～29°49′26″N，120°29′30″～120°33′35″E)位于寧波市區(qū)中心區(qū)域，東臨奉化江，北瀕余姚江，西南與鄞州區(qū)接壤. 寧波城區(qū)內(nèi)河水系受余姚江、奉化江和甬江三江分隔，余姚江、奉化江在市區(qū)“三江口”匯成甬江，流向東北，經(jīng)招寶山入東海. 海曙區(qū)河網(wǎng)(圖1)位于三江口西側(cè)，河網(wǎng)水面率5.1%. 內(nèi)河補(bǔ)充水源主要來(lái)自于余姚江，余姚江現(xiàn)狀配水利用高橋(6.8 m3/s)、黃家河(1 m3/s)、屠家沿(1.5 m3/s)泵站引水入平原，區(qū)域內(nèi)共有3座沿江侯潮排水閘. 海曙區(qū)地處流域末端，受上游來(lái)水影響較大，同時(shí)內(nèi)河入江閘門經(jīng)常性關(guān)閉，河流基本凝滯，河網(wǎng)調(diào)蓄能力差，水質(zhì)也受到極大影響，對(duì)《2015年寧波市水資源公報(bào)》分析可知，參評(píng)的35個(gè)河網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面中，62.8%的水體呈Ⅴ類及劣Ⅴ類，超標(biāo)項(xiàng)目主要為總磷、氨氮、高錳酸鹽指數(shù).

圖1 研究區(qū)示意圖(1. 圖中灰色箭頭代表河流流向；2. 高橋泵站位于海曙區(qū)范圍外，該泵站引水對(duì)海曙區(qū)的貢獻(xiàn)水量以西部河道來(lái)水體現(xiàn))

1.2 研究方法

1.2.1 監(jiān)測(cè)方案 為了解調(diào)水期間河網(wǎng)及調(diào)水線路上的河道分流比、水量空間分布情況，本研究于2016年7月20-23日采用LS25-3A型旋槳式流速儀及水位計(jì)對(duì)海曙區(qū)引余姚江水改善水動(dòng)力進(jìn)行野外原型同步監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)斷面35個(gè)，監(jiān)測(cè)因子為流向、流速、水位. 根據(jù)現(xiàn)有閘站情況制定4種調(diào)水方案如表1，方案1和方案2分別為屠家沿、黃家河翻水站現(xiàn)狀聯(lián)合引水和兩翻水站與高橋泵站現(xiàn)狀聯(lián)合引水的調(diào)水工況；方案3仍采用方案2的引排水口并增加兩翻水站引水時(shí)長(zhǎng)；方案4在方案2的基礎(chǔ)上，新增兩個(gè)沿江閘排水口. 其中引水泵站引水期間的監(jiān)測(cè)頻率均為2 h/次，沿江閘排水期間的監(jiān)測(cè)頻率為0.5 h/次.

1.2.2 河道流量計(jì)算 采用流速面積法測(cè)流速，根據(jù)垂線上的流速分布模型(圖2)簡(jiǎn)化垂線上的測(cè)點(diǎn)[10]，本次監(jiān)測(cè)所有河流流速較小且水深<2 m，因此采用一點(diǎn)法和二點(diǎn)法. 計(jì)算過程如下：

表1 海曙區(qū)調(diào)水方案*

圖2 斷面垂線分布

1)垂線平均流速：垂線(測(cè)流線)處的水深<1.5 m時(shí)，采用一點(diǎn)法；水深為1.5～2.0 m時(shí)，采用二點(diǎn)法. 計(jì)算公式[11]為：

一點(diǎn)法：

vm=v0.6

(1)

二點(diǎn)法：

vm=0.5(v0.2+v0.8)

(2)

式中，vm為垂線平均流速(m/s)，v0.6、v0.2、v0.8分別為相對(duì)水深0.6、0.2、0.8處的測(cè)點(diǎn)流速(m/s).

2)部分面積：部分面積，即以測(cè)流線為分界，分為岸邊塊(距離岸邊的第一條測(cè)流線與河底及水面構(gòu)成)和中間塊(兩條測(cè)流線與河底及水面構(gòu)成). 岸邊塊面積(A1、An)按三角形計(jì)算，中間塊面積(A2～An-1)按梯形計(jì)算.

3)部分平均流量：部分平均流量分為岸邊塊和中間塊的平均流量，計(jì)算公式[10,12]為：

v′i=α·vi

(3)

(4)

qj=vj·Aj

(5)

式中，α為岸邊系數(shù)，與岸邊性質(zhì)有關(guān)，斜坡岸邊α=0.67～0.75，陡岸邊α=0.80～0.90，死水邊α=0.5～0.67[12]；vi為第i條測(cè)線的平均流速(m/s)；v′i為岸邊塊平均流速(m/s)；v″i為中間塊平均流速(m/s)；vj、Aj、qj分別為第j個(gè)部分的平均流速(m/s)、斷面面積(m2)、流量(m3/s).

4)斷面流量：部分平均流量累加即為斷面流量，計(jì)算公式[10]為：

(6)

(7)

河流平均水深一般采用各垂線流速所對(duì)應(yīng)的水位或平均以部分流量為權(quán)重加權(quán)平均得到[13].

1.2.3 河道分流比 河道分流比(Q*)，即各支流過水量與干流過水量之比，表示河汊的水量分配狀況[14-15]. 計(jì)算公式[14]為：

Q*=Qt/Qm

(8)

式中，Qm為干流過水量(m3/s)；Qt為支流過水量(m3/s).

1.2.4 河道換水率 河道換水率(γ)是指河道的過水量與存水量之比，表示河道的水流交換效率. 換水率越大，說明水體流動(dòng)情況越好[16]. 計(jì)算公式為：

γ=V1/V0

(9)

式中，V1為河道過水量(m3)；V0為河道存水量(m3).

1.2.5 槽蓄量變化率 槽蓄量變化率(φ)，即河網(wǎng)區(qū)河道槽蓄量變化值與初始槽蓄量之比. 計(jì)算公式[17]為：

(10)

(11)

式中，ΔS為河網(wǎng)區(qū)槽蓄量變化值(m3)(通過單條河道槽蓄量變化值累加得到)；S0為初始槽蓄量(m3)；ΔV為單條河道槽蓄量變化值(m3)；I1、O1為計(jì)算時(shí)段初的入、出流量(m3/s)；I2、O2為計(jì)算時(shí)段末的入、出流量(m3/s)；Δt為時(shí)段(d).

2 結(jié)果與分析

2.1 河道分流特性分析

2.1.1 河道過水量變化情況 分汊河道是平原河網(wǎng)區(qū)常見的河型，其過水流量反映了河道的分流能力[18]，根據(jù)公式(1)～(6)計(jì)算得到各方案調(diào)水期間的河道過水量以及總引、排水量(表2)并繪制河道過水流量圖(圖3). 結(jié)果表明：翻水站現(xiàn)狀引水時(shí)(方案1、2)，區(qū)域東北側(cè)河道過水量為0.2萬(wàn)～3萬(wàn)m3，高橋泵站引水僅對(duì)西側(cè)水系產(chǎn)生影響，其中大部分河道過水量為0.2萬(wàn)～3萬(wàn)m3. 相比翻水站現(xiàn)狀運(yùn)行，連續(xù)運(yùn)行(方案3)使區(qū)域河道過水量增加1～3倍，東北側(cè)部分河道過水量達(dá)2萬(wàn)～8萬(wàn)m3，西側(cè)部分河道過水量增至3萬(wàn)～8萬(wàn)m3，這與調(diào)水量有關(guān)，調(diào)水量增加不僅使河道過水量增加且影響范圍增大. 新增2個(gè)排水口時(shí)(方案4)，東北側(cè)部分河道過水量增至3萬(wàn)～25萬(wàn)m3，增加效果顯著(3～9倍)，西側(cè)河道過水量略有增加(0～1倍)，達(dá)0.2萬(wàn)～5萬(wàn)m3，說明受引排水口位置的影響使西、北部來(lái)水主要流經(jīng)東北側(cè)河道而東排，靠近東部排水口的河道過水流量較大.

表2 不同調(diào)水情況下的引、排水量

圖3 不同調(diào)水情況下的河道過水量

2.1.2 河道分流特性 分汊河道的分流特性常用分流比表示，對(duì)防洪排澇、供水、保護(hù)河流水環(huán)境健康等有重要意義[19]. 比較各方案下河道過水量變化情況(圖3)，方案4的整體水流流向趨勢(shì)(趨勢(shì)2：由北向南，由西向東)有差異于前3種方案(趨勢(shì)1：由北向南，由東向西)，引起這2種水流流向趨勢(shì)的主要原因是閘控方式的不同，因此以河道分流比定量分析兩種水流流向趨勢(shì)下的河道分流特性(圖4).

1)趨勢(shì)1：方案3中，29.7%的來(lái)水從屠家沿翻水站入內(nèi)河，其中18.6%與10.3%的水流分別沿賣魚河與北斗河匯入護(hù)城河，隨后16.4%與4.5%的水流分別沿護(hù)城河和柳西河流入南塘河，6.0%的水流流入西塘河，相比于現(xiàn)狀引水(方案2)，賣魚河、北斗河及護(hù)城河分流比增加4%～8%，增加效果明顯，柳西河與西塘河分流比增量較小(1%～3%). 19.5%的來(lái)水從黃家河翻水站入內(nèi)河，大部分水流沿黃家河流入勝豐河，隨后12.6%和4.3%的水流分別流入勝豐河與西塘河附近支汊，后王河和勝豐河分流比分別增加5.1%和1.7%，附近支汊的蓄水量增大. 西塘河以南的支汊匯集了兩翻水站的部分來(lái)水與西北部河道來(lái)水，26.3%的水流沿廟前河流入南塘河，最終86.8%的水流從南塘河南排.

2)趨勢(shì)2：方案4中，流經(jīng)保豐碶閘的排水來(lái)自蔡江河與北斗河，兩翻水站的引水直匯入蔡江河，其水流擴(kuò)散范圍較小，此外蔡江河主要匯集了流經(jīng)黃家河南段9.5%的水流以及流經(jīng)賣魚河14.4%的水流，北斗河主要匯集了流經(jīng)西塘河34.5%的部分水流，這三股水流主要來(lái)自西北部河道來(lái)水. 相比于現(xiàn)狀引水，蔡江河、北斗河及西塘河分流比增加效果顯著(分別為53.2%、18.5%、30.9%). 流經(jīng)澄浪堰閘的排水主要來(lái)自西部河道來(lái)水，最終38%的水流從澄浪堰閘排出，9.1%的水流自南塘河南排，南塘河分流比縮小，來(lái)水大部分從東部排出，其附近河道的分流比增大.

方案4中北部來(lái)水幾乎全部從保豐碶閘東排，兩翻水站的引水服務(wù)范圍相比現(xiàn)狀明顯縮小，說明引-排水口距離短的格局制約了水流擴(kuò)散的態(tài)勢(shì). 另外在調(diào)水期間的不同水流流向趨勢(shì)下，河道分流情況存在差異性，河流交汊口會(huì)隨水流流向趨勢(shì)的不同變成交匯口或分汊口，從而影響河道分流比，其中翠柏河、賣魚河、北斗河、護(hù)城河、黃家河為輸水主干河道，區(qū)域多處存在的斷頭河[20]分流比很小.

圖4 兩種流向趨勢(shì)下的河道分流比(“趨勢(shì)1”圖中藍(lán)色數(shù)字為方案3的河道分流比，紅色數(shù)字代表方案2；“趨勢(shì)2”圖中藍(lán)色數(shù)字代表方案4)

2.2 河道換水率的變化

輸水主干河道的換水率可在一定程度上反映調(diào)水對(duì)區(qū)域水動(dòng)力的改善效果，換水率計(jì)算結(jié)果如圖5. 結(jié)果表明：翻水站現(xiàn)狀運(yùn)行時(shí)(方案1、2)，賣魚河換水率高達(dá)86%，北斗河換水率低至11%，其余河道換水率為31%～41%，這與河道分流特征有關(guān)，由于保豐碶閘關(guān)閉，賣魚河成為翠柏河主汊且河道短，北斗河為支汊，來(lái)水大部分流入主汊使其換水率遠(yuǎn)高于支汊. 相比翻水站現(xiàn)狀運(yùn)行(方案2)，連續(xù)運(yùn)行(方案3)時(shí)北斗河換水率(28%)依然最小但略有增加，其余河道換水率(78%～218%)顯著提高，這是因?yàn)閬?lái)水量增加使主汊換水率增大，但來(lái)水難以到達(dá)的個(gè)別支汊換水率較低. 同樣相比于方案2，方案4中所有河道換水率(57%～211%)均明顯提高，北斗河換水率(83%)相比于前3種方案增加效果顯著，這與引排水口分布有關(guān)，東部新增2個(gè)排水口使區(qū)域引-排水路線增多，水體之間的混摻作用增強(qiáng)，換水率增大，并且靠近排水口的河道換水率較大.

圖5 不同調(diào)水情況下的河道換水率

2.3 槽蓄量的變化

分析河道槽蓄量在流域開發(fā)、航道清淤、防洪減災(zāi)及河道整治等方面有重要意義[21]，調(diào)水過程通常會(huì)改變槽蓄量，因此在增大內(nèi)河徑流量，加快水體流動(dòng)性的同時(shí)，務(wù)必減少對(duì)槽蓄量的干擾，以保證航運(yùn)、防止漫灘、達(dá)到水位低波動(dòng). 各方案下的槽蓄量變化情況如表3，引水范圍及水量分布情況如圖6. 結(jié)果表明：在不開啟沿江閘的工況下(前3種方案)，河網(wǎng)區(qū)整體水位抬高，槽蓄量變化值表現(xiàn)為：方案1(1739 m3)<方案2(6689 m3)<方案3(7109 m3)，且前3種方案對(duì)槽蓄量的干擾較小，增加率均在0.2%左右，其中方案3引水服務(wù)范圍較大，方案2次之. 結(jié)合沿江閘聯(lián)合調(diào)度時(shí)(方案4)，引水服務(wù)范圍最大，但整體水位下降幅度較大，槽蓄量下降率達(dá)6.4%.

表3 不同調(diào)水情況下的槽蓄量變化值

圖6 不同調(diào)水情況下的引水服務(wù)范圍與水量(m3)分布情況(藍(lán)色箭頭代表進(jìn)水；紅色箭頭代表出水)

3 討論

3.1 探討最佳調(diào)水調(diào)控方案

根據(jù)不同引調(diào)水工況下水量分配及水動(dòng)力運(yùn)行結(jié)果，本研究中方案4的換水效果最佳，但槽蓄量變化率最大，前3種方案下的槽蓄量變化率較小且相差不大(0.23%～0.26%). 相比于方案2，方案3中輸水主干河道換水率的極差增大2.5倍，達(dá)190%，局部換水率提高現(xiàn)象顯著，且引水服務(wù)范圍與方案2相差不大，故綜合水動(dòng)力改善效果、槽蓄量變化以及投入產(chǎn)出率，方案2為當(dāng)前引調(diào)水最優(yōu)方案. 另外，引、排水閘門的閘控方式?jīng)Q定了水動(dòng)力明顯改善的區(qū)域，若考慮不同目標(biāo)區(qū)域的水動(dòng)力改善，引、排水閘門以及內(nèi)河節(jié)制閘不同的閘控方案對(duì)管理更有價(jià)值，因此方案1～4分別對(duì)應(yīng)不同區(qū)域水動(dòng)力提高的工況.

3.2 不同響應(yīng)目標(biāo)下調(diào)水引流工程改善平原河網(wǎng)水動(dòng)力效果辨析

平原河網(wǎng)地區(qū)在開展污染源治理的基礎(chǔ)上，依靠調(diào)水引流工程激活水流、改善水動(dòng)力成為水環(huán)境治理的關(guān)鍵，河道分流比與換水率是調(diào)水過程中兩個(gè)主要的水動(dòng)力條件指標(biāo)，在作為不同調(diào)水工況運(yùn)行效果的評(píng)價(jià)因子之外，研究結(jié)果亦是推進(jìn)了其他相關(guān)研究的開展，分別以河道分流比、換水率為響應(yīng)目標(biāo)展開討論.

3.2.1 以分流比為響應(yīng)目標(biāo) 分流比是河道的連通指標(biāo)之一[19]，反映了河網(wǎng)區(qū)水系的連通性. 普遍存在個(gè)別小支汊及斷頭河的分流比較小，過水寬度大的支汊分流比較大的現(xiàn)象，分流比相對(duì)較小的河道制約了水力連通性. 在河道治理工程中，對(duì)河道進(jìn)行填埋、拓寬將會(huì)間接影響河道分流比，從提升河網(wǎng)區(qū)水系連通性的角度，對(duì)相關(guān)河道進(jìn)行拓寬疏浚，以增加河道的過流能力，同時(shí)結(jié)合區(qū)域調(diào)水引流工程，利于河網(wǎng)區(qū)水力流動(dòng)性的提高. 另外，在對(duì)河道進(jìn)行整治而改變河床邊界后，上下游的物質(zhì)能量傳遞發(fā)生改變，河流通過自身調(diào)整演變并遵循最小能耗率原理趨向于新的平衡狀態(tài)[22-23]. 從能量角度來(lái)看，分流比一般表征河汊具有的能量[15]，因此分流比的分析為進(jìn)一步探究河流系統(tǒng)能量耗散規(guī)律奠定基礎(chǔ)，為分汊河道的治理提供科學(xué)依據(jù).

河道分流比亦反映了河道的輸水能力，河網(wǎng)概化原則便是以河道輸水能力為依據(jù)，對(duì)不同輸水能力的河道采取不同的概化方式以反映實(shí)際河網(wǎng)的水力特性. 野外原型同步監(jiān)測(cè)結(jié)果為數(shù)值模擬中河網(wǎng)概化部分作指導(dǎo)，將輸水主干河道以及分流比較大的河道作為單一河道參與模型計(jì)算；分流比較小的小河道結(jié)合附近河道進(jìn)行合并，海曙區(qū)輸水主干河道主要為翠柏河、賣魚河、北斗河、護(hù)城河、黃家河，分流比較小的河道以斷頭河居多；對(duì)于分流比接近零的小河道、小湖泊，將其概化為調(diào)蓄水面，區(qū)域內(nèi)小規(guī)模的湖泊只有月湖. 由此得到的概化河網(wǎng)與天然河網(wǎng)輸水能力以及水面率相近，避免因次級(jí)河道資料不全而弱化河網(wǎng)概化密度，環(huán)境數(shù)值模型中河網(wǎng)概化密度是影響模擬精度的因素之一，為合理確定河網(wǎng)概化密度，縮小與自然狀態(tài)下河網(wǎng)結(jié)構(gòu)的偏離，對(duì)輸水能力小的河道予以并聯(lián)概化的同時(shí)，盡量減小被概化河道的數(shù)量[24]，因此掌握河道的輸水能力對(duì)優(yōu)化河網(wǎng)概化密度以進(jìn)一步減小模擬偏差有參考意義.

3.2.2 以換水率為響應(yīng)目標(biāo) 在湖泊水體交換評(píng)估中，通常以水齡來(lái)定量反映水體交換程度[25]，李一平[25]通過水齡的時(shí)空分布研究“引江濟(jì)太”調(diào)水工程對(duì)太湖水動(dòng)力的影響，發(fā)現(xiàn)湖水交換存在時(shí)空非均質(zhì)性. 在平原河網(wǎng)的調(diào)水過程中也出現(xiàn)類似的規(guī)律，引排水口單一的調(diào)水工況下，區(qū)域水動(dòng)力改善效果不明顯，河道水體循環(huán)程度不足；僅增加單一引水口的來(lái)水量使部分河道流動(dòng)性增強(qiáng)，其中輸水主干河道的流量劇增，但個(gè)別支汊過水量仍然偏小，河網(wǎng)區(qū)存在一些“死角”區(qū)域，其水動(dòng)力改善效果甚微；多個(gè)引、排水口聯(lián)合調(diào)度的工況下，河網(wǎng)區(qū)水動(dòng)力改善效果明顯的區(qū)域受到引排水口位置的影響，其中引水口與排水口距離較短的區(qū)域，水動(dòng)力改善效果顯著，但同時(shí)制約了來(lái)水水流擴(kuò)散的態(tài)勢(shì)，引-排水路線短的格局削弱了來(lái)水活水的作用，使調(diào)水服務(wù)范圍縮小. 可見調(diào)水過程中平原河網(wǎng)區(qū)存在局部區(qū)域換水率提高的現(xiàn)象，即換水率的空間異質(zhì)性，這種差異主要與平原河網(wǎng)斷頭河的存在、引排水口分布以及引水流量密切相關(guān)，因此在增加引水流量的同時(shí)，引排水口的連線應(yīng)盡可能貫通整個(gè)研究區(qū)域，該格局有助于整體換水率的提高而降低空間異質(zhì)性的影響.

河網(wǎng)區(qū)換水率低的河道可能成為水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)比較大的區(qū)域，可基于換水率識(shí)別出河網(wǎng)區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化高發(fā)區(qū)，為區(qū)域水域健康情況提出預(yù)警，對(duì)進(jìn)一步探究平原河網(wǎng)水動(dòng)力改善促進(jìn)水環(huán)境質(zhì)量提升提供基礎(chǔ). 鑒于河網(wǎng)區(qū)換水率的空間異質(zhì)性，斷頭河一般為引調(diào)水工程難以覆蓋到的區(qū)域，易出現(xiàn)發(fā)黑發(fā)臭現(xiàn)象[20]，可統(tǒng)籌局部與整體的關(guān)系，推進(jìn)斷頭河水環(huán)境治理研究的開展，利于特殊水動(dòng)力特征河道治理和區(qū)域水環(huán)境管控. 另外，數(shù)值模擬中水動(dòng)力模塊是其他模塊的基礎(chǔ)，野外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及研究結(jié)果亦是為數(shù)值模擬提供數(shù)據(jù)支撐.

4 結(jié)論

1)平原河網(wǎng)水動(dòng)力改善效果與引排水口分布、引水流量密切相關(guān). 引水口與排水口距離短的格局對(duì)水流擴(kuò)散不能起到積極作用，為保證河網(wǎng)區(qū)水體交換良好，在增加引水流量的同時(shí)，引排水口的連線應(yīng)盡可能貫通整個(gè)區(qū)域.

2)平原河網(wǎng)水動(dòng)力改善效果可通過河道換水率來(lái)反映，換水率具有空間異質(zhì)性，這種差異主要與斷頭河的存在、引排水口分布以及引水流量有關(guān). 引調(diào)水工程能夠改善分流能力大的支汊的水動(dòng)力特征，而對(duì)分流能力小的支汊及斷頭河的水動(dòng)力狀況幫助不大.

3)河網(wǎng)換水率提高、槽蓄量變化率減小是區(qū)域水動(dòng)力改善的必要條件，故北部、西部引水與南部排水的調(diào)水方式(方案2)為當(dāng)前引調(diào)水最優(yōu)方案，若考慮不同的局部區(qū)域水動(dòng)力改善，引、排水閘門以及內(nèi)河節(jié)制閘不同的閘控方案對(duì)管理更有價(jià)值. 另外在引水時(shí)要保證入流水質(zhì)優(yōu)于受納水體. 跟以往只用換水率評(píng)價(jià)調(diào)水對(duì)區(qū)域水動(dòng)力影響的做法相比，以槽蓄量變化率作為約束條件，使評(píng)價(jià)結(jié)果更合理.

4)河道分流比反映河道的輸水能力，對(duì)優(yōu)化河網(wǎng)概化密度以減小模擬偏差有參考意義，并為河流系統(tǒng)能量耗散規(guī)律的研究奠定基礎(chǔ). 基于換水率可識(shí)別出河網(wǎng)區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化高發(fā)區(qū)，為進(jìn)一步探究平原河網(wǎng)水動(dòng)力改善促進(jìn)水環(huán)境質(zhì)量提升提供基礎(chǔ).