江门市江海区人工湖水网优化建设方案的探讨

梁珍平，张家鸣

(1.江门市江新联围管理处，广东 江门 529000; 2.江门市科禹水利规划设计咨询有限公司，广东 江门 529000)

0 引 言

随着经济的快速发展，区内土地利用情况发生较大改变，原来的鱼塘、农田改为建设用地，地面蓄水调节能力大大减小，原来针对鱼塘、农田的排水系统排涝标准低，难以适应区域发展的要求，内涝频繁发生。

江海区提出建设南、北湖工程以缓解区内排涝压力。有研究表明，人工湖的建设一方面能增加涝水调蓄容积，一定程度上有利于蓄涝排涝[1]；另一方面由于人工湖内水体流动性、自净能力较排水河道差，处理不当容易造成水体污染物沉淀、富营养化等水环境问题[2]。为了避免走“先污染后治理”的道路，充分发挥南、北湖容纳水体、调节雨涝的作用，开展江海区南、北湖水网优化方案的研究很有必要。

1 研究区域的排涝体系

江海区主要的排水河道有麻园河、马鬃沙河等。本次研究对象主要位于江海区礼东围东片及其附近区域。

礼东围东片集雨面积为34.42km2，片区涝水承泄区为西江，围内因暴雨受涝多在汛期，恰逢西江洪水期间，外江水位一般高于围内地面高程，涝水难以自排，主要靠电排解决内涝问题。东片目前已建成运行石洲、横海南和横沥3座电排站，电排站设计排水流量共41.55m3/s，总装机2460kw。

2 人工湖建设对区域排涝形势的影响分析

2.1 基础资料

随着城市化快速推进，大部分农田、鱼塘都已经改造为建设用地，根据当地建设实际情况，排涝标准按20a一遇暴雨产生的径流1d排干来考虑。根据人工湖规划方案，南湖水面面积17hm2，湖底标高-1.6m(珠基，以下同)，北湖水面32hm2，湖底高程为-1.636m。人工湖的建设将增加东片的调蓄水面，增大河网水系的调蓄容积。

表1 礼东围东片河道涌容-水位

由于围内没有流量观测资料，设计来水采用暴雨资料推求得到。区域位于珠江三角洲分区，根据其雨型、暴雨定点定面关系、24h暴雨时程分配及区内地类分布情况，可计算得区域20a一遇24h暴雨产生径流的来水过程。

表2 礼东围东片设计来水过程

2.2 排涝计算

为了量化描述人工湖对缓解涝情的贡献程度，本次研究引入等效装机流量的概念。等效装机流量，即人工湖工程实施后，区域所需新增装机流量的削减量。即

Ceq=Cpre-Caft

(1)

式中：Ceq为等效装机流量，m3/s；Cpre为工程建设前区域所需装机流量，m3/s；Caft为工程建设后区域所需装机流量，m3/s。

人工湖建设主要影响礼东围东片的排涝，由于东片地势平坦，排涝河道纵比降较小，可采用平湖法[3]进行分析。平湖法的基本原理为水量平衡方程：

(2)

式中：Q1、Q2为时段初、末来水流量，m3/s；q1、q2为时段初、末泵站装机流量，m3/s；V1、V2为时段初、末河道库容，m3；Δt为计算时段，取Δt=3600s。

计算时以某一起调水位开始，根据水量平衡计算出的各时段末河道涌容V2，即可从涌容-水位曲线上查得相应时段的水位，通过调整装机流量使水位不超过区域最高控制水位，可得出区域排涝所需要的装机流量。东片平均地面高程在2.0m以下，为使排涝期保护对象不受破坏，取最高控制水位1.4m，起调水位取泵站机组开机水位0.7m。

选取表2中的3种工况，分别分析人工湖建设前后礼东围东片所需装机流量的变化。

通过平湖法计算，可得出人工湖建设前后片区所需要的装机流量。根据现有装机流量，可进一步得出片区需新增的抽排规模，以及人工湖工程的等效装机流量。

2.3 影响分析

随着江海区排涝标准的提高，区域原有的排涝设施未能满足标准要求，遇暴雨易引发积涝问题。根据平湖法计算结果，可分析得出以下几点：

2.3.1 在不建设人工湖的情况下，片区需将现有排涝能力扩大约一倍方能满足标准要求；

表3 平湖法排涝计算结果

2.3.2 建设人工湖可增加片区内水系涌容，增大蓄纳涝水的容积，可在一定程度上缓解排涝设施不足的问题，减小需新建排涝站的规模；

2.3.3 北湖建设对改善排涝形势的贡献程度大于南湖，这是由于北湖的建设规模大于南湖所致；

2.3.4 值得注意的是，工况④的等效装机流量略小于工况②与工况③的等效装机流量之和，这是由于水位、涌容之间并不是线性关系，从而导致等效装机流量增量与涌容增量的非线性关系，随着涌容的递增，等效装机流量的变化将越来越不明显；

2.3.5 虽然人工湖建设能在一程度上削减装机流量需求，然而仅靠人工湖调蓄来解决排涝问题还是不够，新增排涝工程在所难免。

3 结合人工湖建设的区域水网优化措施

3.1 人工湖对水网生态的影响

人工湖的建设能增加涝水调蓄容积，一定程度上有利于蓄涝排涝。另一方面，湖泊水体相对于河道水体而言，其流动性较差，自净能力较弱，水体污染物容易积聚沉淀。有研究表明[4]，人工湖成库初期为TN、TP等营养盐的累积高峰期，而磷为藻类生长的限制性因子，且人工湖水体基本处于准静止状态，有利于藻类的生长，若管理不当，容易导致水体富营养化等的问题。另外，江海区位于市区，人类活动频繁，容易给人工湖带来面源污染。事实上，某些已建的人工湖也已经出现富营养化的现象[5]。由于人工湖与区域水网连通，若人工湖的水体受到污染，则会进一步影响与其连通的区域水网的整体水质。

3.2 人工湖水网优化措施

为了确保湖内水体的流动，防止水质恶化，在考虑建设人工湖以缓解排涝压力的同时，还应对人工湖周边的水网进行优化,结合实际，对江海区河网优化进行如下布置：

3.2.1 建设上游污水收集处理系统。进水水体的好坏直接影响湖水水质，要从根本上改善湖水水质，建设完善上游区域的污水收集处理系统，减少上游河道的污水排放。

3.2.2 疏浚河道。与人工湖连通的河道为水体出入的重要通道，保持这些河道过水流畅，才能确保水体进出畅通无阻，保证湖内水体具有足够的流动性。

3.2.3 增设泵站。围内水体需要经常更新，这就要求引入外江水体及排出围内水体。靠水闸引排水要求内外江具有一定正向水位落差，水体更新效率较低，增设引水泵站及排水泵站，可在反向水位落差时正常引水排水，可提高外江水体与围内水体的置换频率。此外，排水泵站也可在排涝期发挥作用，减轻区域的排涝压力。

3.2.4 生态工程。在湖内种植高等植物、构建生态浮床等，利用湖内水生植物与藻类争夺营养物质，控制藻类繁殖，有效抑制水体营养化[6]。

3.2.5 绿化工程。在湖区周边配套建设绿化工程，保持水土，改善周边环境，可有效控制面源污染。

4 结 语

1)随着城市化进程的逐步推进，建设用地的增多，排涝标准的提高，原有的排涝体系已经难以满足区域的排涝要求。

2)南、北湖的建设可增加区内水系涌容，增大蓄纳涝水的水系容积，可在一定程度上缓解排涝设施不足的问题，但也会使水体的流动性降低，从而降低水体的自净能力，留下水体水质恶化的隐患。

3)预防人工湖水体污染关键在于周边水网的建设，提高湖内水体的置换频率。根据江海区的实际情况，水网建设可与排涝工程相结合，具体措施包括河道疏浚、建设泵闸、生态绿化等，优化水网的同时解决排涝问题。