理论教育 平原河网地区水资源调度:实践引清改善水质

平原河网地区水资源调度:实践引清改善水质

时间:2023-10-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:表6.11984以来上海市引清调度试验情况表续表注资料取自历年来上海市和各区县的调水报告。

平原河网地区水资源调度:实践引清改善水质

本书对上海市自1984年开展水资源调度以来,主要的调水试验资料进行了整理和分析(见表6.1),表明本市引清调度已有近20年的历史,有记载的不下20多次,并逐步由单片调度向联合调度发展,调度周期从一周、半月向几个月,甚至日常调度方向发展;调度目的从改善效果向机理探讨方向发展,并取得了许多丰富的资料。同时,自20世纪80年代中期起,松江、闵行、嘉定、宝山、崇明、杨浦、浦东新区等区县水利部门在原市水利局和当地政府的支持下,也多次进行了改善水质的应急调水,取得了一定的效果。实践证明,在污染源没有完全控制的情况下,利用水利工程进行有序的调度,不失为改善区域水质的一项良策。目前,许多区县已将引清调度作为常规的水质改善措施来实施,在一般条件下,在上海地区,乘潮引进清水,落潮抢排污水,定期置换水体,每调度一次,可降低污染物浓度10%~20%,局部地区甚至改善一个等级,并维持3~6天。

表6.1 1984以来上海市引清调度试验情况表

续表

注 资料取自历年来上海市和各区县的调水报告。

在上述的引清调度试验中,提出了许多调度方案,各片基本上对各类调度方案进行了一比一的原型观测,为开展引清调度研究提供了宝贵的资料,许多成果对于推动上海引清调度的研究和实践具有十分重要的意义。本书拟对部分调度工作作一介绍。

1.3.1 浦东调水

浦东片为上海市最大的一个水利控制片,总面积1976.6km2,可调水面率11%,境内有川杨河、大治河、金汇港、浦东运河等骨干河道,沿黄浦江建有21座水闸,沿长江和东海建有7座挡潮闸。随着浦东地区工农业生产的发展和居民的大量迁入,区域工业废水生活污水排放量急剧增加。据调查,区域内CODCr年排放量达57490t,BOD5达14036t,NH3—N达2042t,而污染治理措施严重滞后,导致河道水质污染逐年加剧。为此,自1984年起陆续进行了六次较大规模的引清调度试验。调度方式分别采用“南引北排”,即在涨潮时从黄浦江上游的大治河西闸和金汇港北闸开闸引水,待落潮时开启白莲泾、洋泾和高桥港三闸排水;“东引西排”,即在涨潮时从东部长江口的三甲港闸和五好沟闸开闸引水,待落潮时开启西部的白莲泾闸、张家浜闸、洋泾闸、西沟闸、高桥闸排水。从几次调水试验的结果来看,主要有以下几点结论:

(1)南引北排因区域范围较大,引水量要远远大于排水量,引排水比率达9∶1,东引西排的引排水比率仅为4∶1。

(2)通过调水河网水质明显好转,黑臭现象基本消除,并可提高一个类别的水质标准,且东引西排比南引北排见效快、效果明显。

(3)东引西排因长江水源含沙量大,在1992年调水试验期间(一周)导致河网普遍淤积0.24mm。

(4)调水周期东引西排约3天,南引北排约6天。

1.3.2 黄浦江上游苏南调水

黄浦江干流是上海市的骨干河道,其上游的松浦大桥江段为本市主要供水水源地(日供水规模500万m3),在潮汐的作用下,黄浦江下游形成了长达几十公里的污染回荡带。1990年、1992年和1994年汛期的干旱少雨阶段,太湖流域水位普遍下降,其水位频率为75%,属偏枯情况。黄浦江水质污染带从下游向上游移动,回荡中心位于临江至长桥一带,污水上溯可达80余km,到达米市渡以上,黄浦江全江段水质严重恶化。为确保黄浦江主要水源地的安全,采取从长江沿苏南各闸引水,以遏制和缓解黄浦江污水上溯。引水期间干旱少雨,其间断降水的降雨量在30~100mm,沿江各闸引水量每天在1000万~4000万m3,总引水天数为15~25天。苏南引水入浦措施,输入方式不是单一河道,而是平原河网地区的扩散型,通过众多干支流敞开式输送,在10000余km2范围内,流经120km,沿途的蒸发、填洼、渗漏、湖荡调蓄,农田灌溉、城镇用水等支出繁多,尤其在缺水季节引水,其水量的耗用是不可低估的。这种在平原河网地区大范围长距离开敞式的调水方式,对于水质的改善作用争议很大。其主要有三个方面:

(1)这种引水方式,它输送到黄浦江干流究竟有多少水量?

(2)它流经沿程水量分配如何?

(3)若不从长江苏南引水,它对黄浦江水情的影响如何?

通过1990年、1992年和1994年的引水实况的剖析,并采用径流系数法、水量平衡法、水文径流模型等多种水文学方法研究,得出长江苏南引水对黄浦江水情效果的初步结论如下:

(1)经水量平衡的对照估算,从长江苏南引水输送到黄浦江干流的引水率在0~10%。

(2)经亏水模数估算,近似地得出阳澄淀泖区约占60%~67%,杭嘉湖区约占30%~36%,黄浦江区间仅占3%~5%。

(3)经引水量与水位差值的双累积曲线分析,减少引水量按苏南当地引水要求,黄浦江干流米市渡站日最大泄量减少不超过10%,对水情影响有限。(www.daowen.com)

(4)引水后对于改善松浦大桥的水质,防止大量的污水上溯有一定作用。

1.3.3 苏州河调水试验

为实现苏州河在2000年前基本消除黑臭,在2010年河水变清的环境综合整治战略目标,对苏州河流域进行长期有效的水资源综合调度是一项十分重要的措施。为验证综合调水对改善苏州河水质的效果,为综合调水工程决策提供科学依据,苏州河环境综合整治领导小组办公室和上海市水务局进行了多次调水试验。

苏州河综合调水方案,为“西引东排”和“东引北排”相结合的东西两头灵活的、实时的调水运行方式。“西引东排”方案主要利用吴淞路桥闸调度来加强苏州河上游水体的下泄力量,冲刷、稀释、置换苏州河市区段回荡污水,向黄浦江排出。要求吴淞路桥闸在涨潮时关闸挡水,落潮时开闸排水,改变潮汐河流自然的涨落潮规律,变双向流为单向流,增大苏州河的下泄流量,自然吸引苏州河上游河网、湖群地区的蓄水。“东引北排”方案则相反,要求吴淞路桥闸在落潮时关闸蓄水,涨潮时开闸引水,直接引黄浦江水入苏州河,并向上游推移,通过彭越浦—东茭泾、木渎港—桃浦河分流,北排入蕴藻浜,排入长江大水体。在调度过程中,根据潮汐作用和上游来水的大小,形成间隙性向西和连续向北的水体流动。由于当时的河口闸为单向水闸,故进行的两次调水试验,均为“西引东排”方案。

苏州河第一次调水试验:是在控制苏州河沿线污染源排放条件下实施的,经过吴淞路桥闸4天8潮的调度运行,基本消除了苏州河的黑臭,但苏州河河口段水质改善不显著,尚需辅之以“东引北排”,调水对黄浦江水质影响不大。

苏州河第二次调水试验:苏州河支流均按日常调度方式运行,即不因调水试验而对排污加以控制,试验结果表明,不能消除黑臭,水质改善不明显。

从两次调水试验表明:

(1)水资源引清调度能够改善苏州河干流的水质,但不同的调度方式对水质改善的效果差异很大。从苏州河二次调水前后的污染指数变化分析,第一次调水结束时,断面平均污染指数为4.9,比背景值下降13.7,第二次调水结束时,污染指数为8.1,比背景值只下降4。从感观分析,第一次调水结束时苏州河水色为青黄色,基本达到消除黑臭的治理目标,第二次调水结束时,北新泾以下河段水色为灰色,没有达到预期的目标。

(2)单一采用苏州河桥闸进行调水,不采取其他水利工程措施进行调控,由于两岸来污量较大,难以达到消除苏州河水体黑臭的目的,因此污染源控制的程度是水资源引清调度的一项重要的影响因素。

(3)通过苏州河桥闸的调度,可以明显增大排水量,以达到多排污的目的。调水试验期间,在苏州河上游黄渡控制水文站平均净泄流量为26.5m3/s,是多年平均净泄流量的4.67倍,下游浙江路桥控制水文站平均净泄流量为42.4m3/s,是多年平均流量的1.93倍。

苏州河第三次调水试验:第三次调水试验分两个阶段进行,主要研究苏州河支流水闸不同调度方式下,苏州河由潮汐往复流变为单向流后的水位、流量、水质变化情况,寻找干流水量、水质改善的平衡点,并为水动力水质模型的建立提供数据。试验结果表明:

(1)苏州河调水试验是靠调度现有水闸进行的,主要通过吴淞路桥闸合理调度,使苏州河由潮汐往复流变为单向流,增加苏州河的净泄流量,使长期回荡的污水,能及时排出,达到改善河道水质的目的。调水后水质均有不同程度改善,苏州河干流段水质基本消除黑臭。

(2)浙江路桥流量与上下游水位有关,上下游水位差与河口潮汐密切相关。调水后因没有涨潮过程,下游平均水位降低,使得上下游平均水位差增大,同时使浙江路桥流量增加达31.0 m3/s。具体表现在:调水条件下,大汛时,水位差大,流量也大;小汛时,水位差小,流量相对减小。

(3)河道水位高低直接影响浙江路桥流量。上游水位高,则可加大流量。调水期间,黄渡平均水位每变化0.10m,可影响浙江路桥净泄流量约1.9m3/s。本次调水浙江路桥平均流量41.4m3/s,由于黄渡平均水位比正常水位高0.3m,经推算浙江路桥流量增加6m3/s左右。如遇最枯水位2.30m,浙江路桥流量经推算减少6m3/s左右。

(4)苏州河干流黑臭的主要原因是市区多条支流(新槎浦、新泾港、木渎港、彭越浦)和城市泵站排放污水的影响。经推算,当浙江路桥流量为55~62m3/s左右,或减少支流排出黑色水体流量50%左右时,可减轻对苏州河的污染影响。泵站大量排放污水对苏州河市区段CODCr指标增加明显,一般可增加3~23mg/L,严重时使苏州河水体黑臭。

(5)干流水质基本消除黑臭的水质指标为DO 0.5~0.7mg/L,BOD510.0~15.0mg/L,CODCr30~40mg/L,NH3—N 6.0~7.0mg/L。

(6)蕴藻浜水质,在蕴东水闸不开启的情况下,桃浦河、东茭泾向蕴藻浜排水,对闸下段水质有较明显影响。为了消除桃浦河和东茭泾排水影响,使蕴东水闸保持开一孔落潮排水,可改善蕴藻浜水质。

(7)上游赵屯和黄渡水质介于Ⅳ~Ⅴ类水质标准,优于下游苏州河河口处水质基本为Ⅴ类水。苏州河调水试验对黄浦江水质影响不明显。

(8)通过这次调水试验,认为调水工作应长期进行,这是一项非常重要又行之有效的辅助措施。为了有利于调水工作顺利进行,应建立苏州河流域的水资源调度和监测中心。

1.3.4 嘉宝、青松和淀北三片联合调水

嘉宝北片采用“北引南排,先排后引”方案,先通过荻泾水闸、杨盛河水闸、蕴藻浜东闸落潮向蕴藻浜下游排水,新槎浦、盐铁塘、封浜水闸落潮向苏州河中游排水,再利用嘉定墅沟和宝山新川沙水闸北引长江清水。青松片采用“西引东排,西引北排”方案,通过朱泖河、华田泾、油墩港、大涨泾等水闸引黄浦江上游清水;通过淀浦河东闸东排污水,当所排水质优于苏州河水时,再通过苏州河沿线华新、西大盈、东大盈闸北排。淀北片采用“南北引、东南排,先排后引,大引大排”方案,通过苏州河沿线北横沥、华漕、北新泾水闸北引苏州河上游来水,中横沥北闸南引淀浦河水,开启龙华港泵闸东排,南新泾、梅陇港水闸南排。在调度中对各片的引排时间进行调整,防止相互影响。为确保在调水期间控制片内的工农业用水和内河航运、防汛等安全,确定了各片控制水位并设置水位控制点,作为调水期间的水闸调度控制条件。通过调水,有目的地改变水体的流动方向,嘉宝北片主要通过蕴藻浜排水,青松、淀北片主要通过淀浦河或直接向黄浦江排水,改善了苏州河两翼水体,符合苏州河整治总体目标,有利于改善苏州河水质。经调水,河网水色普遍变淡,其中嘉宝北片由灰、灰黑向青黄、灰色转变;青松片由青黄、浅灰向黄色、青黄色转变;淀北片水色间或出现灰黑、黑臭、青黄以及灰色。从水质指标看,嘉宝北片水质改善20%~30%,青松片水质综合指标提高一个类别,淀北片在调水期间改善效果明显,但终未能消除黑臭。

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