廈門筼筜湖水動(dòng)力改善思路分析

曾華榮

(廈門市筼筜湖保護(hù)中心,福建廈門,361004)

0 引言

筼筜湖位于廈門島內(nèi)西部,湖區(qū)北、東、南三面環(huán)山,流域上游山地植被良好,山坡較陡;湖區(qū)通過(guò)西堤閘門與西海域聯(lián)通,湖區(qū)水域面積1.6km2,可劃分為天地湖、松柏湖、引水渠、干渠、筼筜湖內(nèi)湖、筼筜湖外湖5個(gè)區(qū)域,匯水面積37km2,排洪溝33條,是廈門市最重要和歷史最悠久的湖泊之一。二十世紀(jì)八十年代以來(lái),伴隨著廈門島的不斷發(fā)展,筼筜湖秉承“依法治湖、截污處理、清淤筑岸、搞活水體、美化環(huán)境”的理念,經(jīng)歷了四次大規(guī)模的治理[1],周邊已經(jīng)形成了相對(duì)完整的污水收集系統(tǒng),達(dá)到了旱天污水不入湖的目的,從而實(shí)現(xiàn)筼筜湖水環(huán)境總體得到改善,尤其是改善了旱天的水環(huán)境品質(zhì)。筼筜湖作為城市系統(tǒng)自然地理的一部分,汛期提供防洪、排澇及排水的水安全功能,非汛期為城市提供水源、綠地、濱水空間及市民文體娛樂場(chǎng)所等一系列的水生態(tài)、水景觀功能。

1 筼筜湖現(xiàn)狀

1.1 水體現(xiàn)狀

筼筜湖湖水的主要來(lái)源有兩項(xiàng),一是依靠納潮閘在高潮位時(shí)從西海域納入新鮮海水,沿引水渠進(jìn)入筼筜湖,低潮位時(shí)將湖水通過(guò)排潮閘排出;二是雨天的雨水通過(guò)排洪溝進(jìn)入筼筜湖,湖水通過(guò)排澇泵站抽排或排潮閘排出。經(jīng)過(guò)持續(xù)的治理,筼筜湖周邊已實(shí)施全截流,旱天污水不入湖,主要污染源為雨天污水截留設(shè)施溢流及初雨徑流[2-4]。目前,主要通過(guò)納潮入湖進(jìn)行水體交換,提高水動(dòng)力,改善筼筜湖水質(zhì)。

1.2 水動(dòng)力現(xiàn)狀

日常筼筜湖水動(dòng)力交換通過(guò)西堤閘進(jìn)行調(diào)控,控制湖區(qū)水位在黃海高程-0.70m～0.0m。納潮時(shí)海水通過(guò)西堤納潮閘由引水渠進(jìn)入內(nèi)湖東側(cè)及干渠西側(cè)后,沿導(dǎo)流堤拐彎進(jìn)入內(nèi)湖和外湖;排水時(shí),湖水通過(guò)西堤排潮閘排至西海域納潮排潮閘。引水渠中段海水泵站負(fù)責(zé)為上游天地湖、松柏湖和南18號(hào)排洪溝進(jìn)行補(bǔ)水,增加水動(dòng)力,補(bǔ)水在蓮岳路處匯入干渠東側(cè),進(jìn)而至內(nèi)湖。

1.3 在建項(xiàng)目影響

第二排澇泵站及西堤閘工程主要建設(shè)50m3/s泵站一座,提升筼筜湖防洪能力至50年一遇;重建西堤閘,增加納潮能力,通過(guò)邊納邊排方式調(diào)控,納潮能力最高可提升約1.5倍[5],對(duì)于湖東橋以西湖區(qū)水動(dòng)力改善明顯,但對(duì)干渠水動(dòng)力改善效果較小[6]。

“西水東調(diào)”生態(tài)補(bǔ)水工程主要建設(shè)內(nèi)容為新建海水補(bǔ)水管道并修復(fù)原有補(bǔ)水管道,形成互為備用,保障補(bǔ)水穩(wěn)定性;改造海水泵站,提升補(bǔ)水能力至最高27萬(wàn)m3/d,沿途增設(shè)5個(gè)補(bǔ)水點(diǎn),明顯改善天地湖、松柏湖等水體交換能力,水動(dòng)力明顯改善。

2 局部水動(dòng)力不足問題分析

筼筜湖整體水動(dòng)力條件向好,但因歷史原因,仍存在局部本底條件相對(duì)不足,水質(zhì)亟待改善[7-8]。根據(jù)筼筜湖特點(diǎn),主要存在三類緩流點(diǎn):①交換不暢類,如干渠;②堵壩類,如湖濱中路南側(cè)引橋兩側(cè);③彎角死水類,如南6號(hào)溝溝口彎角。

2.1 交換不暢類

干渠屬于水體交換不暢類,總長(zhǎng)約1.2km,寬120m,庫(kù)容約38萬(wàn)m3,區(qū)位見圖1。干渠上游,松柏湖通過(guò)溢流或蓮岳閘門進(jìn)入干渠東側(cè)后向西流動(dòng),流量理論上為15萬(wàn)m3/d,但受制于該流量已消納上游污染源,水質(zhì)較差,其換水對(duì)干渠水質(zhì)改善不明顯;干渠下游,受納潮時(shí)引入海水頂托影響,水流存在短時(shí)間自西向東的現(xiàn)象,上游來(lái)水較難通過(guò)納潮、排潮進(jìn)行交換。因此,干渠承接上游污染源、下游納潮頂托,雖然總體水流自東向西,但干渠水體交換非常不暢,甚至局部時(shí)段有下降風(fēng)險(xiǎn),再加之干渠兩岸南17號(hào)、18號(hào)和北11號(hào)等3條大排洪溝污染源輸入,特別不利于降雨后水體改善。

圖1 筼筜湖湖區(qū)水動(dòng)力現(xiàn)狀

2.2 堵壩類

湖濱中路南岸引橋?qū)儆诙聣晤?現(xiàn)狀為長(zhǎng)約130m的堤岸,垂直水流方向伸入內(nèi)湖湖區(qū),區(qū)位見圖1。堵壩隔斷了兩岸水體流動(dòng),導(dǎo)致湖濱中路南岸引橋兩側(cè)存在較大面積的水體緩流區(qū),其中,西側(cè)緩流區(qū)呈條帶狀,長(zhǎng)約620m、寬30m～60m,東側(cè)緩流區(qū)呈三角狀,長(zhǎng)約110m、最寬約50m,是具有代表性的主要阻水點(diǎn)之一?，F(xiàn)狀水流沿北側(cè)橋下自東向西通過(guò),南岸引橋東、西側(cè)受緩流影響,水質(zhì)較差,尤其引橋西側(cè)存在南10號(hào)排洪溝出口,污染物易在此區(qū)域堆積,不利于雨后水環(huán)境快速恢復(fù)[9]。

2.3 彎角死水類

南6號(hào)溝排口所處凹岸屬于彎角死水類,位于外湖直角湖灣處,也是具有代表性的彎角死水點(diǎn)之一,區(qū)位見圖1。南6號(hào)溝口本身為規(guī)模較大的彎角死水區(qū),受地形影響,嚴(yán)重滯緩流,僅能通過(guò)日常湖區(qū)調(diào)度形成的漲落潮進(jìn)行稀釋,加之6號(hào)溝污水雨天溢流入湖,區(qū)域污染源無(wú)法快速擴(kuò)散,長(zhǎng)期集聚,水質(zhì)常年不佳。

3 局部水動(dòng)力改善思路

3.1 改善原則

(1)采取低影響工程措施,有效提升區(qū)域水動(dòng)力;

(2)科學(xué)導(dǎo)流,加強(qiáng)區(qū)域水動(dòng)力;

(3)合理打通,通暢過(guò)流,降低次生影響;

(4)科學(xué)改線,合理降低彎角水容量,提升換水效率。

3.2 交換不暢類改善思路

干渠改善重點(diǎn)為提升水體交換,干渠最佳水動(dòng)力來(lái)源為納潮。通過(guò)向東延伸導(dǎo)流堤至末端近蓮岳路處,納潮時(shí),計(jì)劃將納潮海水引入干渠,形成穩(wěn)定推流,使干渠水體快速交換。

導(dǎo)流堤延伸主要受位置、長(zhǎng)度、堤頂高度等影響。根據(jù)數(shù)模分析,為避免湖濱東路兩側(cè)出現(xiàn)過(guò)高雍水,導(dǎo)流堤宜設(shè)置在干渠中間位置[10];為了更好提升排洪溝出口的水動(dòng)力,導(dǎo)流堤宜延伸至北11號(hào)、南18號(hào)處,延伸約1km;為了降低導(dǎo)流堤延伸對(duì)行洪的影響,便于與周邊景觀協(xié)調(diào),導(dǎo)流堤宜設(shè)置為潛堤,暫定比平均潮位略低。

3.3 堵壩類改善思路

湖濱中路南岸堵壩兩側(cè)改善重點(diǎn)為打通堵壩,連通水系,有效改善兩側(cè)緩流區(qū)水動(dòng)力。

湖濱中路南岸堵壩兩側(cè)打通主要受打通范圍、位置等影響。根據(jù)數(shù)模分析,為了改善兩側(cè)水動(dòng)力,堵壩打通效果明顯,且打通范圍越大,堵壩范圍水動(dòng)力改善越明顯,但到一定值后由于過(guò)流面積增大流速隨之下降;為了更好地改善兩側(cè)水動(dòng)力,且不帶來(lái)次生影響,堵壩宜局部打通,利用局部水動(dòng)力改善兩側(cè)水環(huán)境,使工程建設(shè)方案具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

3.4 彎角死水類改善思路

南6號(hào)溝排口彎角重點(diǎn)為溝口改線、彎角水量降低,快速擴(kuò)散污染源,提高換水速度。

南6號(hào)溝彎角死水主要受溝口改線位置、彎角水量等影響。根據(jù)數(shù)模分析,為了改善彎角污染總量,溝口改線至主流位置,可使入湖污染物隨排潮加速擴(kuò)散,彎角基本無(wú)污染源輸入;為了提高彎角換水速度,對(duì)彎角及上游直角進(jìn)行修圓處理,并且進(jìn)行地形塑造,在不占水面面積和庫(kù)容的情況下,降低彎角蓄水量。

3.5 總體效果驗(yàn)證

為了更好地驗(yàn)證上述三類水動(dòng)力改善措施,采用現(xiàn)有的筼筜湖物模進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證,采用恒定流、非恒定流分別進(jìn)行驗(yàn)證,總體結(jié)論與數(shù)?；颈３忠恢?因此,三類水動(dòng)力改善措施均切實(shí)有效。

干渠導(dǎo)流堤延伸后,對(duì)改善干渠水動(dòng)力效果明顯,納潮時(shí)從基本不動(dòng)提升至平均0.5m/s;延伸長(zhǎng)度直接影響改善范圍;堤頂高程越低對(duì)納潮、排洪影響越小;但受精度影響,雍水高度物模無(wú)法給出結(jié)論。

湖濱中路南岸堵壩打通壩根部及中間各10m以上,即可滿足兩側(cè)水動(dòng)力改善需求,流速?gòu)?.01m/s提升至0.12m/s;打通區(qū)并非越寬越好,打通超60m,能改善堵壩兩側(cè)水動(dòng)力,但會(huì)造成北岸形成新的滯緩流,流速?gòu)?.36m/s降低至0.06m/s。

南6號(hào)溝排口改線后,出水快速擴(kuò)散,基本不入彎角;彎角內(nèi)流速基本不變,如圖2所示。

圖2 湖區(qū)水流動(dòng)改善后特征

4 結(jié)語(yǔ)

筼筜湖經(jīng)過(guò)多次綜合治理,目標(biāo)從“湖水基本不臭”到“晴天污水不入湖”,再到“水更清、景更美、魂更強(qiáng)”。湖區(qū)水動(dòng)力受天然環(huán)境限制,通過(guò)改造湖區(qū)邊界與地形,加強(qiáng)局部水動(dòng)力是改善環(huán)境的一種方式。導(dǎo)流堤延伸可有效改善干渠水動(dòng)力;打通湖濱中路堵壩一定寬度可有效改善堵壩兩側(cè)緩流區(qū)水動(dòng)力;南6號(hào)溝排口改線可有效減少?gòu)澖俏廴驹摧斎?間接提升水質(zhì)。通過(guò)各類點(diǎn)狀針對(duì)性措施,可使筼筜湖局部水環(huán)境得到較大提升。