林化莲 山东省临沂市石岚水库服务股

1.研究区概况

某平原河网的水面面积达22平方千米，是山东临沂境内比较关键的河道水系，总长逾1000km，流域的整体面积约740平方公里，年径流量在9×10m³。本次研究区为主城区河网，面积为387.65km。该流域水量年变化较大，4月～10月的降水量占全年近80%，大多为台风雨及锋面雨。

自2001年始，该流域即施行生态调水，且调水量在逐步增加，对当地的河道水质改善非常明显，大范围的黑臭水体现象得到有效治理和消除。与此同时，一些规划与建设也逐步得到开展，主要是针对生态调水的研究和控制性工程，以期能够较大程度地改善用水质量，提高调水效率。

2.水动力水质模型建立与验证

2.1 水动力模型建立

本次采用MIKEll软件进行模型建立工作，对于其它模块的建立来说，水动力模块是基础。MIKEll水动力（HD）模块建模时，图1指其所应用的文件信息结构。

在图1中，文件所表示的内容信息，具体为：

图1 MIKEll HD模型结构

（1）河网文件包括纸质图扫描结果图或GIS数值地图，指的是对河网流域的情况说明，河网文件对河网形状、可控水工建筑物以及水文测站的位置进行体现。

（2）断面文件主要指河网中河流相应位置的河床断面，随着相关河网的河道情况差别，河床断面间的距离也相应变化，但关键是要能对整条河流的大致河床形状进行反映，并能反映沿程的断面变化。

（3）边界文件、时间序列文件：边界文件包括时间序列文件，时间序列文件由上下游位置的水位与流量数据所构成，一般在有实测水文数据处设置边界，当无实测数据时，则必须对边界条件进行相应的估算。

（4）参数文件：主要是对河床糙率n以及模拟的初始条件等参数进行规定。

（5）模拟文件：将以上所有文件集中在一起，连接起来进行模拟。对模拟时间步长、结果输出文件等进行规定。

本文主要考虑外部边界条件，而内部边界条件则适当忽略。外部边界条件即指模型中不与其它河流相连的河流的自由端点，水流流出此自由端点就意味着流出了模型的模拟范围，或者从外界进入模型的入口，为推进模型的模拟计算，一些水文条件，比如流量或者水位实测值等，应当在相应的自由端点处提供。

2.2 水质模型建立

水质模型模拟时，应选择能反映研究流域的实际现状以及未来可能出现的水质问题的水质参数，参数指标考虑得过多，引入了太多不确定因素会降低模型的模拟精度。水质参数反映了污染物在水中的物理、化学和生物过程，参数之间影响复杂，其变化情况一般跟随河道情况、水文条件和气象条件的变化。

为使模型能够较为稳定的开始，应设置适当的初始条件。在设定时，对于初始的流量与水位，可与模拟开始时的河网水质情况尽量保持差不多。初始条件的设定与水动力学模型中的初始条件保持一致。为了模型能顺利起算，水动力模型中初始流量为0；由于初始水位的设定不能高于或低于河床，依据断面数据中河床高程的大小，选取初始水位为-0.01。

3.优化调控应用

3.1 流域生态调水现状

（1）部分市区河道截污工程未能完成，虽然水体流动性较好，调水一段时间后水质改善较快，但由于污水入河量较大河道水质在短时间内出现反弹。因此，截污工程是调水效果的前提保证。

（2）沿江河网虽有水闸调控，但仍然存在一些盲河、严重卡口或淤积的河道，流水不畅，水体基本没有与外界交换，加上不断有污水进入，经常出现黑臭现象。

（3）虽然相关规划已经有控制性工程，但这些规划更多是侧重于沿江片的河网，对于离沿江水闸较远区域的西南部河网，难以通过沿江水闸进行调控，但也需要一些控制性工程来促进其水体流动。

（4）生态调度技术手段落后：主要是缺少监控设施与科学的调度规则。

3.2 调度方案的情景设定

由于生态调水水源及调水量相对较为固定，在河网内无法大量布置控制工程的前提下，现有水闸调度在调度方式上显得尤为重要。在保证沿江水闸及时排出所在片区易黑臭河道污水的同时，研究如何通过对沿江水闸开闸顺序和开闸时间的控制，提高调水效率，进而扩大调水的影响范围。

各沿江水闸开闸排出所在片区易黑臭河道污水，通常根据黑臭河道水质现状决定开闸时间，一般开闸历时较短(1～2h可基本排出)，主要为应急排污调度和初雨排污调度，目前沿江水闸主要采用该方式进行调度。在调度时，沿江水闸开闸时间不宜过长也不宜过短。本次开闸时间控制原则为每天开闸的总下泄量接近于生态调水量。

沿江水闸关闸的条件有两个：从保证河网水量平衡角度考虑，累计出闸流量大于生态调水量时应关闸；从防止潮水倒灌的角度，外江潮位高于闸前水位时关闸。

根据确定的各沿江水闸的每天可开闸时间，拟定各闸的开闸顺序与开闸天数，对两种调水水源条件下，现状污染负荷水平的调水效果进行分析。本次选择了较大规模的控制闸进行了单闸方案分析，同时设立了以排水量较大的A闸、B闸以及C闸作为主控闸的联合方案，调度方案设置见表1。

表1 闸调度方案表

3.3 模型精度验证

本文中，研究区河网主要的可控水工建筑物是6个沿江水闸。运用本文建立的流域河网水量水质联合调度模型，在SO模块里面，通过改变水闸的调度，对不同调度方案下河网的参数NH+-N水质分布情况进行模拟。

（1）不同水闸的开启对附近河道水质均有一定程度的改善作用，但单开某一个水闸也会造成其他片区的污水进入该片区，反而会使该区的水质变差。

（2）A水闸和B水闸开启，对整个流域河网水质的改善效果最好，此说明离调水水源越远的水闸开启，对促进整个河网的流动有更好的作用，进而改善流域河网水质。由于河网较大，水体流动复杂，仅靠单闸控制，仍存在盲区。

（3）联合方案，以对河网流动影响较大的三个水闸为主控闸，持续每天开闸一次，其它水闸每5天开闸一次。在主控闸的带动下，其它水闸分别对其所在片区河流的水质改善作用有增强，水质效果明显比单闸方案提升。

4.结束语

针对研究区河网现有可控水工建筑物（水闸）以及河道现状，应用已建立的水量水质联合调度模型中SO模块进行方案模拟。结果表明：采用单闸控制方案时，河流的水质问题在局部得到了改善，因此较为适用于短期内的临时措施；为从整体宏观河网角度对水质进行改善，并考虑远期的调度优化，则联合调度优化措施是必需的；采取的联合控制方案中，将蒲州水闸设定为主控水闸进行模拟时，相应的水质效果最好，表明将与调水来源距离较远的水闸作为主控水闸具有更好的优势。