甌江引水工程取水口濁度變化分析

唐紅霞，田林江，趙 剛

（1·浙江省水利河口研究院（浙江省海洋規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院），浙江 杭州 310017；2·杭州市拱墅區(qū)市政園林工程有限公司，浙江 杭州 310006）

1 問題的提出

甌江引水工程是溫州市優(yōu)化流域水資源配置、提高優(yōu)質(zhì)水資源利用效率的重要手段，同時(shí)也是戰(zhàn)略備用水源工程，工程建成后將與溫州珊溪水利樞紐和澤雅水庫形成“多源供水、互為備用”的城市供水安全保障體系。引水工程的取水口擬布置在甌江上游駝灘南汊的渡船頭村，工程位置見圖1。

圖1 工程平面布置圖

濁度是水體最直觀的水質(zhì)指標(biāo)之一，濁度過高易引起引水渠道淤積，影響引水工程的正常安全運(yùn)行。甌江引水工程取水口區(qū)域位于甌江河口段，河口泥沙主要來自于海域來沙及流域來沙，根據(jù)以往水文測驗(yàn)資料，一次漲潮過程經(jīng)由七都南北兩港上溯的沙量可達(dá)100多萬t，可占流域全年來沙的40%左右，河口以海域來沙為主。河口水動(dòng)力及泥沙輸移過程復(fù)雜，懸沙濃度在不同的河床地形、潮汐和徑流條件下表現(xiàn)出不同的變化特征。近年來，隨著采砂等人類活動(dòng)的加劇，河流段江道刷深劇烈，潮水上溯，水體濁度加大，同時(shí)采砂作業(yè)對水體的干擾，造成水體濁度進(jìn)一步增加，因此為了保證引水工程取水口水質(zhì)安全，需掌握取水口濁度變化規(guī)律，為引水工程選址、設(shè)計(jì)方案、水質(zhì)預(yù)處理配套設(shè)施和泵站調(diào)度運(yùn)行提供基礎(chǔ)資料。

2 花巖頭濁度變化特征

2.1 年際變化

花巖頭監(jiān)測站位于取水口下游約800 m處，為此可用花巖頭監(jiān)測站濁度資料分析取水口濁度變化。

統(tǒng)計(jì)花巖頭站實(shí)測濁度及對應(yīng)徑流量數(shù)據(jù)見表1和圖2。由表1和圖2可知，取水口附近河段年平均濁度和各月多年平均濁度均在70 NTU以下，但多年平均最大濁度約為286 NTU，2017年最大濁度達(dá)到約460 NTU。年均濁度似與年均徑流量呈反向關(guān)系，徑流量大的年份，水體濁度低，徑流量小的年份，水體濁度高。

表1 花巖頭站歷年濁度統(tǒng)計(jì)表

圖2 年均濁度與徑流變化圖

根據(jù)花巖頭站的9 a實(shí)測濁度資料選取典型豐、平、枯水文年進(jìn)行濁度分析。分析花巖頭站有濁度資料的水文年可分別得到2009年為枯水年，2012年為豐水年，2013年為平水年。

對各水文年分梅汛期（4—6月）、臺風(fēng)期（7—9月）和枯水期（1—3月，10—12月）3個(gè)特征時(shí)段對濁度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)見表2。

表2 各種典型水文年取水口濁度變化表 單位：NTU

由表2可見，濁度的年均值枯水年最大，平水年次之，豐水年最?。豢菟诤团_風(fēng)期，無論是平均值還是最大值都是枯水年最大，平水年次之，豐水年最??；梅汛期，枯水年的平均值和最大值最大，平水年的最大值比豐水年的略大，平均值比豐水年的略小。

1.2 年內(nèi)變化

2017年花巖頭斷面各月特征濁度變化見圖3，月平均濁度基本跟雨汛季相對應(yīng)，臺風(fēng)雨季的10—11月及梅雨季6月濁度較大，其他月份較小，最大值也如此。

圖3 2017年花巖頭斷面各月特征濁度年內(nèi)變化圖

圖4 各月多年平均濁度變化圖

表3 花巖頭斷面濁度歷年逐月平均值表 單位：NTU

1.3 濁度保證率分析

為進(jìn)一步分析花巖頭濁度變化特征，對花巖頭站實(shí)測濁度分豐、平、枯水文年每天取1個(gè)濁度最大值作頻率分析，統(tǒng)計(jì)見圖5。由此可以得到表4中各保證率下的濁度統(tǒng)計(jì)值。

圖5 花巖頭站實(shí)測濁度保證率統(tǒng)計(jì)圖

表4 花巖頭站各保證率的濁度統(tǒng)計(jì)值表

由表4可知，豐水年、平水年、枯水年50%保證率的濁度分別為22.1，34.2，81.2 NTU，90%保證率的濁度分別為6.5，12.4，2.2 NTU。

2 取水口區(qū)域濁度變化原因分析

影響取水口河段的濁度變化主要有徑流、潮汐及采砂等因素。

2.1 潮差對濁度的影響

圖6為含沙量隨潮位變化過程圖。由圖6可知，大潮期間含沙量與潮位具有較為一致的變化規(guī)律：含沙量峰值、谷值出現(xiàn)時(shí)間與潮位峰值、谷值出現(xiàn)時(shí)間接近。因取水河段主要為海域來沙，大潮動(dòng)力強(qiáng)，潮流挾帶上溯的泥沙多，含沙量（濁度）大，反之，含沙量（濁度）小。

2.2 徑流對濁度的影響

含沙量與徑流的關(guān)系比較復(fù)雜，一般而言，當(dāng)流域徑流清、挾沙較少時(shí)，一定量的徑流量可以抵擋并稀釋上溯潮流中的泥沙，使水體中含沙量減小、濁度降低，這時(shí)含沙量與徑流流量呈反向關(guān)系；但當(dāng)徑流量足夠大時(shí)，徑流將會(huì)觸發(fā)河床底沙懸浮，促使水體含沙量增大，這時(shí)含沙量與徑流流量呈正向關(guān)系。如圖6所示，2013年8月23日—24日大潮時(shí)日均徑流量小于600 m3/s，含沙量與潮汐同步相應(yīng)，關(guān)系較好；8月30日—31日小潮時(shí)日均徑流量達(dá)到800 m3/s左右，最大含沙量0.225 kg/m3，大于大潮時(shí)的最大含沙量0.122 kg/m3。

圖6 2013年8月含沙量隨潮位變化過程圖

2.3 采砂對濁度的影響

采砂對濁度的影響有直接影響和間接影響2個(gè)方面，直接影響是指采砂船只和采砂機(jī)械直接觸及河床、擾動(dòng)水體促使泥沙懸浮水體含沙量增加，尤其是采砂時(shí)的洗砂過程，會(huì)嚴(yán)重影響取水口濁度；間接影響是指采砂使河床下切沿程床面高程降低，水深變大，導(dǎo)致漲潮動(dòng)力增強(qiáng)，隨潮挾帶泥沙增加，沿程含沙量系統(tǒng)性增大。

根據(jù)監(jiān)測報(bào)告[4]，結(jié)合往年監(jiān)測成果，歷次甌江翻水站進(jìn)水口水體濁度變化范圍及均值對比分析表匯總見表5。

表5 甌江翻水站歷次濁度監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析表

根據(jù)以上分析，濁度變化規(guī)律一般應(yīng)為大潮大于中潮，中潮大于小潮。但是該次濁度監(jiān)測結(jié)果顯示：2015年2月12日—13日（平水期小潮）最大，2015年2月20日—21日（平水期大潮）次之，2015年3月2日—3日（平水期中潮）最小。2015年2—3月3次人工監(jiān)測的濁度平均值均比2009年11月3日—5日（枯水期大潮）、2014年10月27日—28日（枯水期中潮）顯著減小?？紤]原因是2015年2月甌江開始實(shí)施采砂管理聯(lián)合蹲點(diǎn)執(zhí)法，再加上春節(jié)休假等雙重影響，甌江河道采砂顯著減少。由此說明甌江河道采砂對河道水體濁度影響較大，特別對枯水期、平水期的甌江翻水站進(jìn)水口水體濁度變化影響更大。

3 取水口典型年濁度特征值統(tǒng)計(jì)

表6為渡船頭取水口歷年濁度推算表。由表6可見，取水口年平均濁度和各月多年平均濁度均在60 NTU以下，但2016年最大濁度達(dá)到約220，可能與采砂擾動(dòng)有關(guān)。年均濁度似與年均徑流量呈反向關(guān)系，徑流量大的年份，水體濁度低，徑流量小的年份，水體濁度高。表7為渡船頭斷面濁度歷年逐月平均值表。

表6 渡船頭取水口歷年濁度推算表

表7 渡船頭斷面濁度歷年逐月平均值表 單位：NTU

對各水文年分梅汛期（4—6月）、臺風(fēng)期（7—9月）和枯水期（1—3月，10—12月）3個(gè)特征時(shí)段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)見表8。

表8 各種典型水文年渡船頭濁度變化表 單位：NTU

由表8可知，濁度的年均值枯水年最大，平水年次之，豐水年最小；枯水期和臺風(fēng)期，無論是平均值還是最大值都是枯水年最大，平水年次之，豐水年最?。幻费雌?，枯水年的平均值和最大值最大，平水年的的最大值比豐水年的略大，而平均值比豐水年的略小。

2009—2017年間選擇豐、平、枯水文年，按月統(tǒng)計(jì)得到渡船頭處濁度年內(nèi)變化過程（見圖7）。枯水年從2月份開始月均濁度顯著大于豐水年和平水年，豐水年與平水年大體相當(dāng)，但豐水年臺風(fēng)期由于徑流較大濁度較小。

圖7 典型水文年渡船頭取水口濁度年內(nèi)變化圖

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié) 論

（1）取水口枯水年月均濁度顯著大于豐水年和平水年，豐水年與平水年大體相當(dāng)，但豐水年臺風(fēng)期由于徑流較大濁度較小。豐平枯典型水文年的年均濁度值分別為18.9，22.0，52.9 NTU。統(tǒng)計(jì)渡船頭取水口年平均濁度和各月多年平均濁度均在70 NTU以下，多年平均最大濁度約286 NTU，2017年最大濁度達(dá)到約460 NTU。徑流量大的年份，水體濁度低，徑流量小的年份，水體濁度高。濁度的年均值枯水年最大，平水年次之，豐水年最小。

（2）對花巖頭站實(shí)測濁度分豐平枯水文年按天最大濁度做保證率，得到豐、平、枯水文年20%取水保證率的濁度分別為102.6，56.6，160.9 NTU，50%保證率的濁度分別為22.1，34.2，81.2 NTU，90%保證率的濁度分別為6.5，12.4，2.2 NTU。

（3）含沙量的縱向分布：不同河段含沙量差異較大，越往下游含沙量越大。含沙量受大、小潮影響大，且越往下游受潮汐影響越大。

（4）取水?dāng)嗝鏈y點(diǎn)最大含沙量為0.911 kg/m3，出現(xiàn)在小潮汛垂線落潮流，測點(diǎn)最小含沙量為0.003 kg/m3，出現(xiàn)在大潮汛垂線落潮流。

（5）大潮期間含沙量與潮位具有較為一致的變化規(guī)律：含沙量峰值、谷值出現(xiàn)時(shí)間與潮位峰值、谷值出現(xiàn)時(shí)間接近。

（6）含沙量與徑流的關(guān)系比較復(fù)雜，一般而言，當(dāng)流域徑流挾沙較少時(shí)，一定量的徑流量可以抵擋并稀釋上溯潮流中的泥沙，使水體中含沙量減小、濁度降低，這時(shí)含沙量與徑流流量呈反向關(guān)系；但當(dāng)徑流量足夠大時(shí)，徑流將會(huì)觸發(fā)河床底沙懸浮，促使水體含沙量增大，這時(shí)含沙量與徑流流量呈正向關(guān)系。

（7）采砂對濁度的影響有直接影響和間接影響兩個(gè)方面，直接影響是采砂船只及采砂機(jī)械直接觸及河床、擾動(dòng)水體促使泥沙懸浮水體含沙量增加，尤其是采砂中的洗砂過程，更會(huì)嚴(yán)重影響取水口濁度；間接影響是采砂使河床下切沿程床面高程降低，水深變大，導(dǎo)致漲潮動(dòng)力緩慢增強(qiáng)，隨潮挾帶泥沙增加，沿程含沙量系統(tǒng)性變大。

（8）據(jù)室內(nèi)含沙量與濁度率定實(shí)驗(yàn)可知，兩者完全相關(guān)，因此可用取水口含沙量（甚至漲潮潮差）估算水體濁度。

4.2 建 議

（1）引水時(shí)間應(yīng)考慮避開漲潮階段，特別是大潮的漲潮階段，由于大潮期水體含沙量高，原水濁度大，盡量少引水。

（2）加強(qiáng)甌江河口段采砂管理，嚴(yán)格依據(jù)采沙規(guī)劃采砂。禁止在控制河段采砂，控制取水河段隨意洗砂。