水利論文發(fā)表河涌河網(wǎng)水量聯(lián)合調(diào)度的運(yùn)用

　　摘要：水是生命之源，水源地是為城市生存發(fā)展提供清潔、充足水源的生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)。而以往研究表明，國(guó)內(nèi)水源地水質(zhì)普遍堪憂，全國(guó)超過80%的地表水源因受污染而不能達(dá)標(biāo)，為更好的發(fā)揮水利工程對(duì)區(qū)域水環(huán)境改善、環(huán)境、生態(tài)等作用，結(jié)合我國(guó)目前水利工程生態(tài)與環(huán)境調(diào)度發(fā)展的現(xiàn)狀和實(shí)際調(diào)度工作中存在的問題，提出切實(shí)要加強(qiáng)的工作建議，為流域的可持續(xù)發(fā)展提供必要的決策依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：河網(wǎng),水閘,調(diào)度

　　1、水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)開發(fā)

　　為了滿足引江濟(jì)太調(diào)水過程中實(shí)時(shí)調(diào)度的需要。水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)在太湖流域現(xiàn)有水量水質(zhì)模型的基礎(chǔ)上開發(fā)了流域河網(wǎng)水量模型、河網(wǎng)水質(zhì)模型與湖區(qū)水質(zhì)模型等。為模擬流域河湖水量水質(zhì)的需要.各模型既能獨(dú)立運(yùn)行，又能相互耦合。

　　1.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　1.1.1響應(yīng)水質(zhì)型缺水問題的調(diào)水工程

　　當(dāng)前世界性的水資源危機(jī)正席卷全球，成為今天人類面臨的最嚴(yán)重問題之一，而各地對(duì)水的需求卻日益劇增，因此，針對(duì)水資源在時(shí)空分布上的不均衡問題，而采取科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和合理的跨流域調(diào)水措施是必要的。

　　1.1.2河網(wǎng)地區(qū)水量水質(zhì)模型

　　對(duì)平原感潮河網(wǎng)水動(dòng)力學(xué)的模擬研究主要始于六十年代，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，從七十年代開始至八十年代后期，該領(lǐng)域有大量研究成果問世。

　　2水量水質(zhì)耦合模型

　　水動(dòng)力模型一般采用圣維南方程組為控制方程，再根據(jù)水流算法特點(diǎn)，選擇相應(yīng)水質(zhì)數(shù)值模式及參數(shù)嵌入水流模型建立水量水質(zhì)耦合模型，并對(duì)其離散求解。由于地表水環(huán)境模型系統(tǒng)(SMS)軟件在河網(wǎng)地區(qū)具有較好的適用性，可靠性及可操作性較優(yōu)，且輸入?yún)?shù)相對(duì)較少，因此本文以SMS軟件中的RMA2模塊進(jìn)行流速場(chǎng)模擬，在RMA2基礎(chǔ)上運(yùn)用RMA4模塊進(jìn)行水質(zhì)場(chǎng)模擬。

　　2.1 生成網(wǎng)格

　　將北村水系TIFF格式圖像導(dǎo)人RMA2，采用“北京1954坐標(biāo)系”自定義圖像坐標(biāo)位置，勾勒出北村水系河涌的主要干流和支涌邊界，各河涌的長(zhǎng)寬將根據(jù)圖像坐標(biāo)在模型內(nèi)自動(dòng)生成。選擇填充多邊形的網(wǎng)格方式(四邊形或三角形)，生成網(wǎng)格，其中北村水閘河段網(wǎng)格示意圖見圖1。

　　2.2參數(shù)設(shè)置

　　①糙率。根據(jù)北村水系實(shí)際情況，參照各種材料的明渠糙率值c131，設(shè)置糙率為0.025。②紊流交換系數(shù)。通過設(shè)置Peclet數(shù)自動(dòng)調(diào)整紊流交換系數(shù)，Peclet數(shù)一般在15～50之間，本文取系統(tǒng)默認(rèn)值20。③擴(kuò)散系數(shù)。選取縱向擴(kuò)散系數(shù)D，為100 ID.2/s，橫向擴(kuò)散系數(shù)D，為20 m²/s。④降解系數(shù)。我國(guó)河流CODc,的衰減系數(shù)為0.009～O.470 d-1，NH3-N衰減系數(shù)為0.105～0.350 d_1。通過對(duì)研究區(qū)域的考察及估算，選取CODc，、NH。一N的衰減系數(shù)分別為0.05、0.14 d～。

　　2.3邊界條件的確立

　　(1)邊界人流。包括東風(fēng)水庫(kù)泄水和河網(wǎng)上游大欖涌引水。

　　(2)邊界出流。河網(wǎng)出流通過出口處的水閘及泵站控制邊界水量交換。根據(jù)潮位實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，漲落選取月平均潮水變化過程，設(shè)置河網(wǎng)初始水力條件為：開閘時(shí)水位與外江一致，水位、流量均為0;初始水質(zhì)條件為：內(nèi)河涌CODc，、NH。一N濃度分別為40、10 mg/L，外江CODc,、NH3-N濃度分別為30.0、1.5 mg/L。

　　3水利工程對(duì)北村水系水量水質(zhì)的影響分析

　　3.1 引水工程

　　在河涌上游引外江水以置換內(nèi)河涌污水，模擬水系閘門關(guān)閉情況下，以20 m3/s流量引水24 h后河涌水位水質(zhì)的變化見表1。由表可知：①引水使各河段水位均穩(wěn)步上升，斷面8可達(dá)Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。②斷面5、7水質(zhì)有一定程度改善，而引水使污水流向大坑涌、香基河、謝邊涌和雅瑤水道下游，導(dǎo)致污水聚積，因此引水并不能有決河道內(nèi)水污染問題。

　　3.2水庫(kù)泄水

　　東風(fēng)水庫(kù)水質(zhì)較好，據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，CODc，、NH3-N濃度分別為21.59、0.82 mg/L。

　　模擬關(guān)閉閘門同時(shí)，按現(xiàn)有水利工程下泄東風(fēng)水庫(kù)最大蓄水量193×104m3后，北村水系水位、水質(zhì)情況見表2。由表可知：①水庫(kù)泄水可使北村水系水位同步升高，明顯改變了北村水系上游河涌的水質(zhì)，其代表斷面(斷面7、6、5)水質(zhì)均達(dá)到Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。②受地形條件限制，大欖涌水質(zhì)改變效果較差。③水庫(kù)下泄使得污水向香基河、謝邊涌、雅瑤水道出口處聚集，水質(zhì)元明顯改善。

　　3.3潮水

　　當(dāng)外江處于漲潮期間時(shí)，模擬得出北村水系受潮水影響下的水量水質(zhì)的變化。可知，受潮水影響各斷面水位均和潮水位基本保持一致。納潮引水對(duì)靠近閘口的雅瑤水道和謝邊涌等斷面的水質(zhì)改善較好，但對(duì)河道納潮末端，如、大布涌、大坑涌、香基河等，由于潮水頂托影響，納潮引水對(duì)上游河段水質(zhì)基本無改善。在多種水利工程及潮水影響下，北村水系的水量水質(zhì)變化呈現(xiàn)為一個(gè)多因素影響的動(dòng)態(tài)過程。采用不同水利工程進(jìn)行水資源調(diào)度，可改善不同河段的水質(zhì);關(guān)閘引水或水庫(kù)泄水均會(huì)導(dǎo)致出口處污水聚集，因此調(diào)度過程中可考慮趁落潮時(shí)開啟閘門，以排出聚集在閘口的污水。

　　4閘、站、庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行方案及優(yōu)選

　　通過設(shè)計(jì)北村水系閘、站、庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行的不同情景方案，模擬計(jì)算不同情景下北村水系各關(guān)鍵控制斷面的水位、水質(zhì)變化過程，并遵循安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的原則建立了北村水系聯(lián)合運(yùn)行多目標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)，綜合評(píng)價(jià)比較得出北村水系閘、站、庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行最佳方案。

　　4.1 聯(lián)合運(yùn)行設(shè)計(jì)方案及效果

　　4.2聯(lián)合運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

　　針對(duì)北村水系水利工程復(fù)雜、水污染嚴(yán)重、河涌防洪排澇能力較弱等實(shí)際情況，閘、站、庫(kù)聯(lián)合調(diào)度目標(biāo)即在滿足內(nèi)河涌防洪排澇安全條件下，以最小的經(jīng)濟(jì)投入進(jìn)行調(diào)度，使得內(nèi)河涌水質(zhì)得到最大程度的改善，滿足內(nèi)河涌水環(huán)境修復(fù)目標(biāo)的需求。

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