吴 芸，於家红

(昆山市水利设计院有限公司 昆山开发区水利(水务)站，江苏 昆山 215300)

城市河网为满足洪涝灾害、景观营造、文化传承等需求，经历了不同程度的人工干预，包括渠化改造、填埋侵占、闸泵工程控制等。实施人工干预首先直接改变了城市河网的形态和连通关系，导致河网水流流态发生变化，出现水流不畅的滞缓流区和死水区，水流滞流时间和置换周期显著增加，水环境容量显著降低。同时，由于污染排放重视不够，加上水环境保护措施建设滞后，河网汇入污染和内源污染严重，我国多个城市河网水体水质长时间处于Ⅴ类或劣Ⅴ类。控源截污是保护河道水质最关键、最根本的方法。在有条件的地区，采用水利工程引清水改善水环境是一种见效快、效果明显的方法。

昆山开发区地处阳澄淀泖区腹地，水力坡降较小，水流相对缓慢。防洪排涝采用“高低分开、筑堤建圩、洪涝分治”工程布局，形成西河圩、合兴圩、城南圩、包桥圩、孔巷圩、北大圩、南大圩7个主要联圩，圩内河道流速滞缓。经济持续快速发展，不可避免出现了水环境污染问题。昆山开发区拟采取“分圩治理、河岸一体、截污优先、同步活水”的治理思路，着力推进水环境治理工作。本文拟通过对昆山开发区7个联圩的活水调度方案的研究，为城市河网圩区活水调度和城市水环境综合治理提供决策依据。

1 研究方法

本文利用平原感潮河网水动力学模型预测分析不同控制条件下河网水位和流量、流速变化。本次概化模型包括了昆山开发区的7个圩区内部河道以及圩外河道，涉及区域面积113.8km2、总河长288.1km，共概化河段389条段、节点361个、水利构筑物75座。

2 调度方案及优化

2.1 初步方案

依据近些年水质监测资料，昆山开发区圩外骨干河道水质差异较大，其中小虞河、北环城河水质最优(达到Ⅲ类)，娄江、吴淞江水质次之(达到Ⅳ类)，夏驾河、太仓塘、郭石塘水质也能达到Ⅴ类。本方案引水水源为圩区外围水质较好的外河水源。

在服从昆山市引排格局和确保防汛安全的基础上，昆山开发区的活水调度坚持“引排分开、闸站结合、经济合理”的原则，充分发挥既有水利工程作用，分析论证提出满足圩内河道流速不低于5cm/s(参考苏州古城区、昆山城区活水畅流调度流速值)的活水调度方案。

由于夏驾河景观功能要求，两端闸控，内部封闭管理，所以夏驾河不能作为引排水通道。7个联圩活水调度引排初步方案见表1。调度效果统计见表2。可见利用现有水利工程，圩内河道完全改变了滞缓状况，70%以上河道能达到最低流速5cm/s标准。

表1 开发区7个联圩活水调度引排方式统计表

2.2 优化方案

7个联圩中，合兴圩、城南圩80%以上的河道流速能达到标准要求。其余5个联圩优化方案如下：

西河圩属引排不匹配、引多排少情况。优化方案为扩大东门塘站闸规模，增加排水动力，提高东门塘河水体流速。

南大圩属引排不匹配、引少排多情况。南大圩引水口门仅一处，若排水站闸全部开启，将造成排水站闸频繁启闭，河道零流速持续时间长，流速变化大，而平均流速较小。优化方案为排水站闸错时调度，即关闭沿郭石塘四座站闸中的两座站闸。模型计算结果显示，错时调度对维持南大圩河道流速作用较为明显，水体滞流时间缩短，河道平均流速由0.057m/s提升到0.084m/s。

北大圩属东西向骨干河道流速满足要求，南北向骨干河道流速不满足要求情况。北大圩东西向河道与外围站闸直接顺接，采用北引东排方式，东西向河道流速较大，南北向河道的流速较小。优化方案为北引东排、南排。南侧郭石塘沿线站闸为主调站闸，东侧沿东方河-尺泾的站闸为辅助站闸，南北向河道流动的同时也带动东西河道的流速。方案优化后，北大圩达5cm/s流速河道达23条，河道平均流速提升到0.011m/s。

包桥圩属骨干河道流速满足要求，支河流速很小情况。包桥圩骨干河道均较为顺畅，引排流速控制较好。南部区域小支流，骨干河道对其分流很小，流速很几乎为零。优化方案为，通过该区域的多处分级排涝泵闸的调度，减少骨干河道流量，增大支流流量，改善支流流速。

孔巷圩圩内绝大部分河道流速满足最低控制要求，但古春浜流速尚未达到最低控制要求，根据其自北向南的流向分析，初步认为南侧友谊河站闸同步引水造成顶托所致。优化方案为开展错时调度，即部分时段关闭友谊河站闸。

优化调度后开发区7个圩区调度示意如图1所示。

图1 开发区活水调度示意图

表2 开发区7个联圩活水调度初步方案效果统计表

3 调水时间研究

调水时间的研究采用质点示踪模拟法及库容换水周期分析法，综合两种方法的分析结果，得出本项目调度时间，具体见表3。推荐每日调水时间为6～10h，调水时段为7∶00～17∶00，达到既能改善区域水动力条件，也能给市民打造流水视觉效果的综合效益。

表3 开发区7个联圩活水调度时间安排统计表

4 水质改善效果

南大圩是开发区最先开始活水调度的圩区。该圩区引水水源为夏驾河(南段)，据监测资料显示，夏驾河氨氮0.8～1.8mg/L。2018年9月1—10日间，换水时间为3、4、7、8日，每日换水时间为8h，水质监测采样时间为上午10∶00左右。监测数据分析可知，6条河道氨氮最低值出现在9月4日及9月8日，如图2所示。换水期间水质改善幅度为20%～130%。整体水质差的河道改善效果明显。良好水动力条件是河流水体自净的前提和保障。水质较优的河道，由于水动力改善后，污染物得到一定程度的降解，水质也有所改善。在不换水期间，水质明显恶化。

图2 开发区南大圩活水期间氨氮变化示意图

5 结语

昆山开发区活水方案制定过程中可遵循以下原则：①引多排少情况下，可采用增加排水动力的优化方案；②引少排多情况下，可采用错时调度排水泵站的优化方案；③引排匹配，骨干河道流速往往可以得到保障，支河需通过水利设施改善水动力条件；④引排主方向可选择河道畅通性较差的方向，以达到全联圩水体流速改善的目的。

优化活水方案后，河道中大部分水体通过站闸的调度，水体流速由原来的滞流提高到平均5cm/s。断头浜或由管涵连接的河道较多，成为活水的“肠梗阻”，是活水盲区。

从水质改善效果看，水质差的河道换水前后受入河污染物的影响水质变化明显。水质较优的河道活水后也有所改善。