澡港河南枢纽调水对区域水文情势及水质影响分析

潘 杰

（江苏省水文水资源勘测局常州分局，江苏常州 213000）

0 引言

常州市地处太湖流域湖西区，人口稠密，经济社会发达。但是，经济社会的快速发展也造成水环境的恶化，目前市区河道水功能区达标率仅为22.1%，水环境形势不容乐观，在枯水季节尤为明显。在截污治污的同时，通过水利工程进行调水引流成为水环境改善的有效途径之一，地处太湖地区的上海、苏州、常熟、杭州等城市均通过调引长江水改善区域水环境［1-4］；就常州地区而言，太湖流域管理局也于2011年和2013年开展了太湖流域常州地区、太湖流域湖西区调水试验［5，6］。调水试验结果表明，调水引流增加了受水区河道流速，改善了受水区水环境质量。然而，上述调水试验大都是基于流域水利分区或行政市域的尺度，重点分析调水对水环境改善的效果，对单个水利工程却尚未进行深入探讨。因此，笔者以常州市运北片防洪节点工程—澡港河南枢纽试运行为契机，依据调水实测资料，对澡港河南枢纽调水影响范围、水文情势及水质改善效果进行评价，为当地水行政主管部门完善调度方案提供技术支撑。

1 澡港河南枢纽

澡港河南枢纽位于新、老澡港河交汇处下游1.1 km，是常州市运北片防洪节点工程的重要组成部分，于2013年12月建成投运。该枢纽由泵站和节制闸组成，其中，节制闸2孔，单孔净宽10 m，泵站总设计流量50.0 m3/s，选用5台双向竖井贯流泵，单机流量10.0m3/s。工程兼具防洪、排涝、引水及改善城市水环境的功能。

2 调水试验

2.1 调水水文情势背景

2013年12月12日，澡港河南枢纽开展了为期1 d的试运行。试运行前（12月11日），区域无降水；长江潮位低于内河水位，沿江魏村枢纽、小河水闸、澡港枢纽关闸；京杭运河常州段上游来水小，其代表站常州站水位约3.28m；市区主要河道澡港河、京杭运河及北塘河、关河等水质普遍为Ⅳ～Ⅴ类，主要超标项目为氨氮、高锰酸盐指数、化学需氧量。

2.2 水利工程调度方案

调水试验于 12 日 9∶00～16∶00 开展，为期7 h。调水主要涉及沿江澡港河枢纽和南枢纽，其调度运行由常州市防汛防旱指挥办公室组织实施。调度规则为：澡港枢纽利用长江潮差，在涨潮期间开闸引水，调引长江水入澡港河，增加南枢纽上游来水量，保证水源有效补充；南枢纽通过机泵调引上游来水，增加下游河道水量，调活水体。

2.3 方案设置

试验共设置12个水量监测断面，5个水质监测断面。水量监测断面每隔1 h监测一次，监测时间为9∶00～16∶00，水质监测断面分别于9∶00、16∶00 与水量监测断面开展同步监测。水量、水质监测站点分布见图1。

2.4 评价方法

2.4.1 水量、分流比计算

（1）水量

根据实测流量，采用面积包围法［6］计算断面过水量，计算公式为：

式中：

W—水量，m3；

Δt1、Δt2…Δtn—监测时距，h；

Q0、Q1…Qn—相应时刻流量，m3/s。

（2）分流比

式中：

Wi—某一支流某时段内的过水量，m3；

W总—干流某一时段总过水量，m3。

2.4.2 水质评价因子

考虑常州地区水体污染的特点，结合江苏省落实最严格水资源制度考核中对河道纳污能力的考核要求，选择化学需氧量、氨氮两个指标为水质评价因子，调水前后代表监测断面水质变化见图2。

3 调水试验影响分析

3.1 对区域河网水位的影响分析

选择调水水源所在河道澡港河及受水区代表河道京杭运河常州段为分析对象，调水过程受水区河道水位变化见图3。

（1）澡港河水位变化

图1 调水试验水量、水质监测断面分布图

图2 调水前后化学需氧量、氨氮变化图

图3 调水试验期间调水及受水河道水位变化图

澡港河为通江河道，其水位主要受沿江潮位及闸门启闭的影响。在调水期间，根据上游长江潮位，闸门启闭2次调引长江水。试验开始1.5 h内，因沿江低潮，澡港枢纽关闸挡水，水位维持在 3.20 m；10∶35～12∶30，澡港枢纽第一次开闸引水，在引水前段因沿江潮位低于澡港河，澡港河水位缓慢下降至2.97 m，此后水位随潮位上涨回升至关闸时的 3.20 m；13∶50～16∶55，澡港枢纽第二次开闸引水，此时潮位正由高潮向低潮回落，水位亦随之下降至关闸前的2.87m。调引长江水期间，澡港河水位主要受沿江潮位和闸门启闭的共同影响，最高水位3.19 m，最低水位2.87m，水位差0.32m。

（2）京杭运河常州段水位变化

受水河道京杭运河常州段距澡港河南枢纽约9.2 km，在调水后1 h内，水位变幅不大，维持在3.28m；随着调水时间的增加，来水增加致使水位缓慢抬升至3.31～3.33m，较调水前增加 3～5 cm。

3.2 对水量水质的影响分析

根据流量监测成果，南枢纽试运行期间调水量112.54万m3。调水进入受水区后，将会对受水区河道的流态、水量分布及水质产生不同程度的影响。为便于分析，将受水区域划为三个区域进行水量水质分析。

（1）澡港河及其支流。包括澡港河、柴支浜、三井河、大沟浜、大弯浜河等5条河道，水量水质监测断面为澡港河南枢纽、三井河三井西桥，水量监测断面为柴支浜小运河桥。调水自澡港河分别向两侧分流，大沟浜等澡港河以西河道水流发生倒灌，而柴之浜等以东河道流速加快，过水量增加。据统计，澡港河以东河道受水量约14.8万m3，占总引水量的13.1%，以西河道受水量14.06万m3，占总引水量的12.5%，可见调水对澡港河支流的水流影响较大。水质代表监测断面三井西桥处化学需氧量和氨氮调水前后变化各异，化学需氧量较调水前上升14.7%，氨氮较调水前下降38.0%，这与澡港河南枢纽处水质变化趋势一致，表明调水对该区域水质具有显著影响。

（2）京杭运河及其支流。包括京杭运河、关河、西市河、北市河及北塘河等5条河道，水量监测断面为京杭运河三堡街、关河新市桥、西市河西市河桥，水量水质监测断面为北塘河北塘桥，水质监测断面为关河小东门北桥。调水进入关河后，绝大部分水量入关河以西河段，分流率为91.6%，而关河以东河道分流率仅为8.4%。流量流向监测显示，调水1 h后新市桥、三堡街断面水流发生倒灌，关河受水量为76.6万m3，占总引水量的68.0%，而三堡街断面分流关河来水量为49.1万m3，分流率为64.0%。表明调水对关河及京杭运河上游段水量影响较大，对其下游及其支流影响较小。这点也反映在水质变化上，除小东门北桥化学需氧量略有降低外，其余监测断面处的化学需氧量和氨氮均较调水前有不同程度的升高，尤其是氨氮上升明显，其中，北塘桥、小东门北桥分别上升了98.0%、37.4%。表明调水不仅未能改善该区域的水质，反而因调水将上游污染物带入，且调水分流至本区域的水量不足，无法将污染物稀释，导致污染物积存于河道中，水质恶化明显。

（3）京杭运河以南。包括南运河、白荡河、龙游河等3条河道，水量监测断面为南运河南运河桥、白荡河兰陵桥、龙游河龙游河桥，水质监测断面为京杭运河同安桥。监测成果显示，除兰菱桥受水9.06万m3外，其余河道均处于停滞状态，表明该区域无清水到达；同安桥处化学需氧量和氨氮分别较调水前升高12.5%、43.2%，其原因在于调水时间不足导致清水分流少及上游污染物的带入。

3.3 结果讨论

（1）影响范围识别

南枢纽调水后，水流自澡港河向两侧分流，主流向南至关河分为两支：一支由关河向西入京杭运河上游，一支由关河向西至北塘河、西市河等，而对京杭运河以南的南运河、龙游河等影响甚微。由此可确定，本次调水影响范围主要为澡港河、老澡港河、京杭运河常州段及北塘河流围成的区域，面积约55.0 km2。

（2）水文情势变化分析

南枢纽调水后，对大沟浜、大湾浜等澡港河以西河道、关河—京杭运河上游段的水文情势产生了明显影响，致使其水流方向发生倒转。其中，澡港河西片区水流倒转发生在调水初始，而关河—京杭运河上游段则发生在调水1 h后。

（3）调度方案优化

南枢纽调水绝大部分进入澡港河及其支流、关河—京杭运河上游段，而关河东段及支流河道水质因受水不足及调水污染源的带入而呈恶化态势，这与南枢纽发挥改善水环境的功能不符。究其原因，除了本次调水时间不足导致引清水量偏少外，其主要的原因在于调水期间京杭运河上游段来水偏少，加上通江河道新孟河小河水闸、德胜河魏村水利枢纽关闸，未能进行同步引水，导致调水大部分清水分流至澡港河及关河以西区间，而其余河道则受水不足。因此，在南枢纽引清释污时，应该同时联合小河水闸或魏村水利枢纽开闸引水，增加上游来水，抬高京杭运河上游段水位，以阻止调水导致发生水流倒灌现象，增加澡港河及关河以东区域的分流量，达到改善该部分区域水环境的目的。除此之外，延长调水时间也是一种可行的方法。

4 结论

笔者以澡港河南枢纽试运行为契机，开展为期7 h的调水试验，依据实测水量水质资料，分析了南枢纽调水对区域水文情势及水质的影响。试验结果表明，调水对澡港河以西河道、关河—京杭运河上段的水文情势影响较为显著，对其水质改善有一定的效果。但其他区域因调水时间短、清水分流少，其水文情势变化不明显，水质甚至呈恶化的态势。为此，根据本次调水试验的结果，提出了南枢纽与小河水闸或魏村水利枢纽进行联合调度的方案，以更好地发挥南枢纽调水改善水环境的效果。虽然延长调水时间也是一种可行方法，但是其调水成本也不容忽视，因此，如何确定最经济、最有效的调水方案仍须作进一步研究。

［1］ 徐贵泉，褚君达.上海市引清调度改善水环境探讨［J］.水资源保护，2010，3：26-27.

［2］ 周怀东，彭文启.水污染与水环境修复［M］.北京：化学工业出版社，2005:187-191.

［3］ 黄娟，逄勇，崔广柏.调水改善常熟城区水环境方案研究［J］.江苏环境科技，2006，19（1）：34-36.

［4］ 颜秉龙，林荷娟.杭嘉湖区域改善水环境调水方案研究［J］.中国农村水利水电，2008，9:33-35.

［5］ 韦忠，王晓杰.调引长江水改善常州地区水环境效果分析［J］.人民长江，2013，44（5）：79-81.

［6］ 水文资料整编规范（SL247-2012）［M］.北京：中国水利水电出版社，2012：32-33.