浅谈河涌河网水量联合调度的运用

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摘要：水是生命之源，水源地是为城市生存发展提供清洁、充足水源的生态环境基础。而以往研究表明，国内水源地水质普遍堪忧，全国超过80％的地表水源因受污染而不能达标，为更好的发挥水利工程对区域水环境改善、环境、生态等作用，结合我国目前水利工程生态与环境调度发展的现状和实际调度工作中存在的问题，提出切实要加强的工作建议，为流域的可持续发展提供必要的决策依据。

关键词：河网；水闸；调度

Abstract: water is the source of life, water is the ecological environment for the survival and development of city to provide clean, adequate water source. The previous study showed that, the water quality is generally poor, the National more than 80% of the surface water due to pollution and can not be reached, for better develop water conservancy projects, to improve regional water environment, ecological effects, combined with the present situation of ecological and environmental regulation of water conservancy development and the actual operation situation in China, put forward to strengthen the suggestions, to provide the necessary basis for the sustainable development of a river basin.

Keywords: network; sluice; scheduling

中图分类号：TV66 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

1、水量水质联合调度系统开发

为了满足引江济太调水过程中实时调度的需要。水量水质联合调度系统在太湖流域现有水量水质模型的基础上开发了流域河网水量模型、河网水质模型与湖区水质模型等。为模拟流域河湖水量水质的需要．各模型既能独立运行，又能相互耦合。

1．1国内外研究现状

1．1．1响应水质型缺水问题的调水工程

当前世界性的水资源危机正席卷全球，成为今天人类面临的最严重问题之一，而各地对水的需求却日益剧增，因此，针对水资源在时空分布上的不均衡问题，而采取科学、经济和合理的跨流域调水措施是必要的。

1．1．2河网地区水量水质模型

对平原感潮河网水动力学的模拟研究主要始于六十年代，随着计算机科学的发展，从七十年代开始至八十年代后期，该领域有大量研究成果问世。

2水量水质耦合模型

水动力模型一般采用圣维南方程组为控制方程，再根据水流算法特点，选择相应水质数值模式及参数嵌入水流模型建立水量水质耦合模型，并对其离散求解。由于地表水环境模型系统(SMS)软件在河网地区具有较好的适用性，可靠性及可操作性较优，且输入参数相对较少，因此本文以SMS软件中的RMA2模块进行流速场模拟，在RMA2基础上运用RMA4模块进行水质场模拟。

2．1 生成网格

将北村水系TIFF格式图像导人RMA2，采用“北京1954坐标系”自定义图像坐标位置，勾勒出北村水系河涌的主要干流和支涌边界，各河涌的长宽将根据图像坐标在模型内自动生成。选择填充多边形的网格方式(四边形或三角形)，生成网格，其中北村水闸河段网格示意图见图1。

图1 水闸河段网格示意图法插值得到整个研究区域的河床高程。

2．2参数设置

①糙率。根据北村水系实际情况，参照各种材料的明渠糙率值c131，设置糙率为0．025。②紊流交换系数。通过设置Peclet数自动调整紊流交换系数，Peclet数一般在15～50之间，本文取系统默认值20。③扩散系数。选取纵向扩散系数D，为100 ID．2／s，横向扩散系数D，为20 m²／s。④降解系数。我国河流CODc,的衰减系数为0．009～O．470 d-1，NH3-N衰减系数为0．105～0．350 d_1。通过对研究区域的考察及估算，选取CODc，、NH。一N的衰减系数分别为0．05、0．14 d～。

2．3边界条件的确立

(1)边界人流。包括东风水库泄水和河网上游大榄涌引水。

(2)边界出流。河网出流通过出口处的水闸及泵站控制边界水量交换。根据潮位实测数据，涨落选取月平均潮水变化过程，设置河网初始水力条件为：开闸时水位与外江一致，水位、流量均为0；初始水质条件为：内河涌CODc，、NH。一N浓度分别为40、10 mg／L，外江CODc,、NH3-N浓度分别为30．0、1．5 mg／L。

3水利工程对北村水系水量水质的影响分析

3．1 引水工程

在河涌上游引外江水以置换内河涌污水，模拟水系闸门关闭情况下，以20 m3／s流量引水24 h后河涌水位水质的变化见表1。由表可知：①引水使各河段水位均稳步上升，断面8可达Ⅳ类水质标准。②断面5、7水质有一定程度改善，而引水使污水流向大坑涌、香基河、谢边涌和雅瑶水道下游，导致污水聚积，因此引水并不能有决河道内水污染问题。

3．2水库泄水

东风水库水质较好，据水质监测结果，CODc，、NH3-N浓度分别为21．59、0．82 mg／L。

模拟关闭闸门同时，按现有水利工程下泄东风水库最大蓄水量193×104m3后，北村水系水位、水质情况见表2。由表可知：①水库泄水可使北村水系水位同步升高，明显改变了北村水系上游河涌的水质，其代表断面(断面7、6、5)水质均达到Ⅳ类水标准。②受地形条件限制，大榄涌水质改变效果较差。③水库下泄使得污水向香基河、谢边涌、雅瑶水道出口处聚集，水质元明显改善。

3．3潮水

当外江处于涨潮期间时，模拟得出北村水系受潮水影响下的水量水质的变化。可知，受潮水影响各断面水位均和潮水位基本保持一致。纳潮引水对靠近闸口的雅瑶水道和谢边涌等断面的水质改善较好，但对河道纳潮末端，如、大布涌、大坑涌、香基河等，由于潮水顶托影响，纳潮引水对上游河段水质基本无改善。在多种水利工程及潮水影响下，北村水系的水量水质变化呈现为一个多因素影响的动态过程。采用不同水利工程进行水资源调度，可改善不同河段的水质；关闸引水或水库泄水均会导致出口处污水聚集，因此调度过程中可考虑趁落潮时开启闸门，以排出聚集在闸口的污水。

4闸、站、库联合运行方案及优选

通过设计北村水系闸、站、库联合运行的不同情景方案，模拟计算不同情景下北村水系各关键控制断面的水位、水质变化过程，并遵循安全、环保、经济的原则建立了北村水系联合运行多目标评价指标，综合评价比较得出北村水系闸、站、库联合运行最佳方案。

4．1 联合运行设计方案及效果

4．2联合运行评价指标体系

针对北村水系水利工程复杂、水污染严重、河涌防洪排涝能力较弱等实际情况，闸、站、库联合调度目标即在满足内河涌防洪排涝安全条件下，以最小的经济投入进行调度，使得内河涌水质得到最大程度的改善，满足内河涌水环境修复目标的需求。