林化蓮 山東省臨沂市石嵐水庫(kù)服務(wù)股

1.研究區(qū)概況

某平原河網(wǎng)的水面面積達(dá)22平方千米，是山東臨沂境內(nèi)比較關(guān)鍵的河道水系，總長(zhǎng)逾1000km，流域的整體面積約740平方公里，年徑流量在9×10m3。本次研究區(qū)為主城區(qū)河網(wǎng)，面積為387.65km。該流域水量年變化較大，4月～10月的降水量占全年近80%，大多為臺(tái)風(fēng)雨及鋒面雨。

自2001年始，該流域即施行生態(tài)調(diào)水，且調(diào)水量在逐步增加，對(duì)當(dāng)?shù)氐暮拥浪|(zhì)改善非常明顯，大范圍的黑臭水體現(xiàn)象得到有效治理和消除。與此同時(shí)，一些規(guī)劃與建設(shè)也逐步得到開(kāi)展，主要是針對(duì)生態(tài)調(diào)水的研究和控制性工程，以期能夠較大程度地改善用水質(zhì)量，提高調(diào)水效率。

2.水動(dòng)力水質(zhì)模型建立與驗(yàn)證

2.1 水動(dòng)力模型建立

本次采用MIKEll軟件進(jìn)行模型建立工作，對(duì)于其它模塊的建立來(lái)說(shuō)，水動(dòng)力模塊是基礎(chǔ)。MIKEll水動(dòng)力（HD）模塊建模時(shí)，圖1指其所應(yīng)用的文件信息結(jié)構(gòu)。

在圖1中，文件所表示的內(nèi)容信息，具體為：

圖1 MIKEll HD模型結(jié)構(gòu)

（1）河網(wǎng)文件包括紙質(zhì)圖掃描結(jié)果圖或GIS數(shù)值地圖，指的是對(duì)河網(wǎng)流域的情況說(shuō)明，河網(wǎng)文件對(duì)河網(wǎng)形狀、可控水工建筑物以及水文測(cè)站的位置進(jìn)行體現(xiàn)。

（2）斷面文件主要指河網(wǎng)中河流相應(yīng)位置的河床斷面，隨著相關(guān)河網(wǎng)的河道情況差別，河床斷面間的距離也相應(yīng)變化，但關(guān)鍵是要能對(duì)整條河流的大致河床形狀進(jìn)行反映，并能反映沿程的斷面變化。

（3）邊界文件、時(shí)間序列文件：邊界文件包括時(shí)間序列文件，時(shí)間序列文件由上下游位置的水位與流量數(shù)據(jù)所構(gòu)成，一般在有實(shí)測(cè)水文數(shù)據(jù)處設(shè)置邊界，當(dāng)無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，則必須對(duì)邊界條件進(jìn)行相應(yīng)的估算。

（4）參數(shù)文件：主要是對(duì)河床糙率n以及模擬的初始條件等參數(shù)進(jìn)行規(guī)定。

（5）模擬文件：將以上所有文件集中在一起，連接起來(lái)進(jìn)行模擬。對(duì)模擬時(shí)間步長(zhǎng)、結(jié)果輸出文件等進(jìn)行規(guī)定。

本文主要考慮外部邊界條件，而內(nèi)部邊界條件則適當(dāng)忽略。外部邊界條件即指模型中不與其它河流相連的河流的自由端點(diǎn)，水流流出此自由端點(diǎn)就意味著流出了模型的模擬范圍，或者從外界進(jìn)入模型的入口，為推進(jìn)模型的模擬計(jì)算，一些水文條件，比如流量或者水位實(shí)測(cè)值等，應(yīng)當(dāng)在相應(yīng)的自由端點(diǎn)處提供。

2.2 水質(zhì)模型建立

水質(zhì)模型模擬時(shí)，應(yīng)選擇能反映研究流域的實(shí)際現(xiàn)狀以及未來(lái)可能出現(xiàn)的水質(zhì)問(wèn)題的水質(zhì)參數(shù)，參數(shù)指標(biāo)考慮得過(guò)多，引入了太多不確定因素會(huì)降低模型的模擬精度。水質(zhì)參數(shù)反映了污染物在水中的物理、化學(xué)和生物過(guò)程，參數(shù)之間影響復(fù)雜，其變化情況一般跟隨河道情況、水文條件和氣象條件的變化。

為使模型能夠較為穩(wěn)定的開(kāi)始，應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)某跏紬l件。在設(shè)定時(shí)，對(duì)于初始的流量與水位，可與模擬開(kāi)始時(shí)的河網(wǎng)水質(zhì)情況盡量保持差不多。初始條件的設(shè)定與水動(dòng)力學(xué)模型中的初始條件保持一致。為了模型能順利起算，水動(dòng)力模型中初始流量為0；由于初始水位的設(shè)定不能高于或低于河床，依據(jù)斷面數(shù)據(jù)中河床高程的大小，選取初始水位為-0.01。

3.優(yōu)化調(diào)控應(yīng)用

3.1 流域生態(tài)調(diào)水現(xiàn)狀

（1）部分市區(qū)河道截污工程未能完成，雖然水體流動(dòng)性較好，調(diào)水一段時(shí)間后水質(zhì)改善較快，但由于污水入河量較大河道水質(zhì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)反彈。因此，截污工程是調(diào)水效果的前提保證。

（2）沿江河網(wǎng)雖有水閘調(diào)控，但仍然存在一些盲河、嚴(yán)重卡口或淤積的河道，流水不暢，水體基本沒(méi)有與外界交換，加上不斷有污水進(jìn)入，經(jīng)常出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象。

（3）雖然相關(guān)規(guī)劃已經(jīng)有控制性工程，但這些規(guī)劃更多是側(cè)重于沿江片的河網(wǎng)，對(duì)于離沿江水閘較遠(yuǎn)區(qū)域的西南部河網(wǎng)，難以通過(guò)沿江水閘進(jìn)行調(diào)控，但也需要一些控制性工程來(lái)促進(jìn)其水體流動(dòng)。

（4）生態(tài)調(diào)度技術(shù)手段落后：主要是缺少監(jiān)控設(shè)施與科學(xué)的調(diào)度規(guī)則。

3.2 調(diào)度方案的情景設(shè)定

由于生態(tài)調(diào)水水源及調(diào)水量相對(duì)較為固定，在河網(wǎng)內(nèi)無(wú)法大量布置控制工程的前提下，現(xiàn)有水閘調(diào)度在調(diào)度方式上顯得尤為重要。在保證沿江水閘及時(shí)排出所在片區(qū)易黑臭河道污水的同時(shí)，研究如何通過(guò)對(duì)沿江水閘開(kāi)閘順序和開(kāi)閘時(shí)間的控制，提高調(diào)水效率，進(jìn)而擴(kuò)大調(diào)水的影響范圍。

各沿江水閘開(kāi)閘排出所在片區(qū)易黑臭河道污水，通常根據(jù)黑臭河道水質(zhì)現(xiàn)狀決定開(kāi)閘時(shí)間，一般開(kāi)閘歷時(shí)較短(1～2h可基本排出)，主要為應(yīng)急排污調(diào)度和初雨排污調(diào)度，目前沿江水閘主要采用該方式進(jìn)行調(diào)度。在調(diào)度時(shí)，沿江水閘開(kāi)閘時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)也不宜過(guò)短。本次開(kāi)閘時(shí)間控制原則為每天開(kāi)閘的總下泄量接近于生態(tài)調(diào)水量。

沿江水閘關(guān)閘的條件有兩個(gè)：從保證河網(wǎng)水量平衡角度考慮，累計(jì)出閘流量大于生態(tài)調(diào)水量時(shí)應(yīng)關(guān)閘；從防止潮水倒灌的角度，外江潮位高于閘前水位時(shí)關(guān)閘。

根據(jù)確定的各沿江水閘的每天可開(kāi)閘時(shí)間，擬定各閘的開(kāi)閘順序與開(kāi)閘天數(shù)，對(duì)兩種調(diào)水水源條件下，現(xiàn)狀污染負(fù)荷水平的調(diào)水效果進(jìn)行分析。本次選擇了較大規(guī)模的控制閘進(jìn)行了單閘方案分析，同時(shí)設(shè)立了以排水量較大的A閘、B閘以及C閘作為主控閘的聯(lián)合方案，調(diào)度方案設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 閘調(diào)度方案表

3.3 模型精度驗(yàn)證

本文中，研究區(qū)河網(wǎng)主要的可控水工建筑物是6個(gè)沿江水閘。運(yùn)用本文建立的流域河網(wǎng)水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)度模型，在SO模塊里面，通過(guò)改變水閘的調(diào)度，對(duì)不同調(diào)度方案下河網(wǎng)的參數(shù)NH+-N水質(zhì)分布情況進(jìn)行模擬。

（1）不同水閘的開(kāi)啟對(duì)附近河道水質(zhì)均有一定程度的改善作用，但單開(kāi)某一個(gè)水閘也會(huì)造成其他片區(qū)的污水進(jìn)入該片區(qū)，反而會(huì)使該區(qū)的水質(zhì)變差。

（2）A水閘和B水閘開(kāi)啟，對(duì)整個(gè)流域河網(wǎng)水質(zhì)的改善效果最好，此說(shuō)明離調(diào)水水源越遠(yuǎn)的水閘開(kāi)啟，對(duì)促進(jìn)整個(gè)河網(wǎng)的流動(dòng)有更好的作用，進(jìn)而改善流域河網(wǎng)水質(zhì)。由于河網(wǎng)較大，水體流動(dòng)復(fù)雜，僅靠單閘控制，仍存在盲區(qū)。

（3）聯(lián)合方案，以對(duì)河網(wǎng)流動(dòng)影響較大的三個(gè)水閘為主控閘，持續(xù)每天開(kāi)閘一次，其它水閘每5天開(kāi)閘一次。在主控閘的帶動(dòng)下，其它水閘分別對(duì)其所在片區(qū)河流的水質(zhì)改善作用有增強(qiáng)，水質(zhì)效果明顯比單閘方案提升。

4.結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)研究區(qū)河網(wǎng)現(xiàn)有可控水工建筑物（水閘）以及河道現(xiàn)狀，應(yīng)用已建立的水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)度模型中SO模塊進(jìn)行方案模擬。結(jié)果表明：采用單閘控制方案時(shí)，河流的水質(zhì)問(wèn)題在局部得到了改善，因此較為適用于短期內(nèi)的臨時(shí)措施；為從整體宏觀河網(wǎng)角度對(duì)水質(zhì)進(jìn)行改善，并考慮遠(yuǎn)期的調(diào)度優(yōu)化，則聯(lián)合調(diào)度優(yōu)化措施是必需的；采取的聯(lián)合控制方案中，將蒲州水閘設(shè)定為主控水閘進(jìn)行模擬時(shí)，相應(yīng)的水質(zhì)效果最好，表明將與調(diào)水來(lái)源距離較遠(yuǎn)的水閘作為主控水閘具有更好的優(yōu)勢(shì)。