瓯江引水工程取水口浊度变化分析

唐红霞，田林江，赵 刚

（1·浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院），浙江 杭州 310017；2·杭州市拱墅区市政园林工程有限公司，浙江 杭州 310006）

1 问题的提出

瓯江引水工程是温州市优化流域水资源配置、提高优质水资源利用效率的重要手段，同时也是战略备用水源工程，工程建成后将与温州珊溪水利枢纽和泽雅水库形成“多源供水、互为备用”的城市供水安全保障体系。引水工程的取水口拟布置在瓯江上游驼滩南汊的渡船头村，工程位置见图1。

图1 工程平面布置图

浊度是水体最直观的水质指标之一，浊度过高易引起引水渠道淤积，影响引水工程的正常安全运行。瓯江引水工程取水口区域位于瓯江河口段，河口泥沙主要来自于海域来沙及流域来沙，根据以往水文测验资料，一次涨潮过程经由七都南北两港上溯的沙量可达100多万t，可占流域全年来沙的40%左右，河口以海域来沙为主。河口水动力及泥沙输移过程复杂，悬沙浓度在不同的河床地形、潮汐和径流条件下表现出不同的变化特征。近年来，随着采砂等人类活动的加剧，河流段江道刷深剧烈，潮水上溯，水体浊度加大，同时采砂作业对水体的干扰，造成水体浊度进一步增加，因此为了保证引水工程取水口水质安全，需掌握取水口浊度变化规律，为引水工程选址、设计方案、水质预处理配套设施和泵站调度运行提供基础资料。

2 花岩头浊度变化特征

2.1 年际变化

花岩头监测站位于取水口下游约800 m处，为此可用花岩头监测站浊度资料分析取水口浊度变化。

统计花岩头站实测浊度及对应径流量数据见表1和图2。由表1和图2可知，取水口附近河段年平均浊度和各月多年平均浊度均在70 NTU以下，但多年平均最大浊度约为286 NTU，2017年最大浊度达到约460 NTU。年均浊度似与年均径流量呈反向关系，径流量大的年份，水体浊度低，径流量小的年份，水体浊度高。

表1 花岩头站历年浊度统计表

图2 年均浊度与径流变化图

根据花岩头站的9 a实测浊度资料选取典型丰、平、枯水文年进行浊度分析。分析花岩头站有浊度资料的水文年可分别得到2009年为枯水年，2012年为丰水年，2013年为平水年。

对各水文年分梅汛期（4—6月）、台风期（7—9月）和枯水期（1—3月，10—12月）3个特征时段对浊度进行统计分析，数据见表2。

表2 各种典型水文年取水口浊度变化表 单位：NTU

由表2可见，浊度的年均值枯水年最大，平水年次之，丰水年最小；枯水期和台风期，无论是平均值还是最大值都是枯水年最大，平水年次之，丰水年最小；梅汛期，枯水年的平均值和最大值最大，平水年的最大值比丰水年的略大，平均值比丰水年的略小。

1.2 年内变化

2017年花岩头断面各月特征浊度变化见图3，月平均浊度基本跟雨汛季相对应，台风雨季的10—11月及梅雨季6月浊度较大，其他月份较小，最大值也如此。

图3 2017年花岩头断面各月特征浊度年内变化图

图4 各月多年平均浊度变化图

表3 花岩头断面浊度历年逐月平均值表 单位：NTU

1.3 浊度保证率分析

为进一步分析花岩头浊度变化特征，对花岩头站实测浊度分丰、平、枯水文年每天取1个浊度最大值作频率分析，统计见图5。由此可以得到表4中各保证率下的浊度统计值。

图5 花岩头站实测浊度保证率统计图

表4 花岩头站各保证率的浊度统计值表

由表4可知，丰水年、平水年、枯水年50%保证率的浊度分别为22.1，34.2，81.2 NTU，90%保证率的浊度分别为6.5，12.4，2.2 NTU。

2 取水口区域浊度变化原因分析

影响取水口河段的浊度变化主要有径流、潮汐及采砂等因素。

2.1 潮差对浊度的影响

图6为含沙量随潮位变化过程图。由图6可知，大潮期间含沙量与潮位具有较为一致的变化规律：含沙量峰值、谷值出现时间与潮位峰值、谷值出现时间接近。因取水河段主要为海域来沙，大潮动力强，潮流挟带上溯的泥沙多，含沙量（浊度）大，反之，含沙量（浊度）小。

2.2 径流对浊度的影响

含沙量与径流的关系比较复杂，一般而言，当流域径流清、挟沙较少时，一定量的径流量可以抵挡并稀释上溯潮流中的泥沙，使水体中含沙量减小、浊度降低，这时含沙量与径流流量呈反向关系；但当径流量足够大时，径流将会触发河床底沙悬浮，促使水体含沙量增大，这时含沙量与径流流量呈正向关系。如图6所示，2013年8月23日—24日大潮时日均径流量小于600 m3/s，含沙量与潮汐同步相应，关系较好；8月30日—31日小潮时日均径流量达到800 m3/s左右，最大含沙量0.225 kg/m3，大于大潮时的最大含沙量0.122 kg/m3。

图6 2013年8月含沙量随潮位变化过程图

2.3 采砂对浊度的影响

采砂对浊度的影响有直接影响和间接影响2个方面，直接影响是指采砂船只和采砂机械直接触及河床、扰动水体促使泥沙悬浮水体含沙量增加，尤其是采砂时的洗砂过程，会严重影响取水口浊度；间接影响是指采砂使河床下切沿程床面高程降低，水深变大，导致涨潮动力增强，随潮挟带泥沙增加，沿程含沙量系统性增大。

根据监测报告[4]，结合往年监测成果，历次瓯江翻水站进水口水体浊度变化范围及均值对比分析表汇总见表5。

表5 瓯江翻水站历次浊度监测数据对比分析表

根据以上分析，浊度变化规律一般应为大潮大于中潮，中潮大于小潮。但是该次浊度监测结果显示：2015年2月12日—13日（平水期小潮）最大，2015年2月20日—21日（平水期大潮）次之，2015年3月2日—3日（平水期中潮）最小。2015年2—3月3次人工监测的浊度平均值均比2009年11月3日—5日（枯水期大潮）、2014年10月27日—28日（枯水期中潮）显著减小。考虑原因是2015年2月瓯江开始实施采砂管理联合蹲点执法，再加上春节休假等双重影响，瓯江河道采砂显著减少。由此说明瓯江河道采砂对河道水体浊度影响较大，特别对枯水期、平水期的瓯江翻水站进水口水体浊度变化影响更大。

3 取水口典型年浊度特征值统计

表6为渡船头取水口历年浊度推算表。由表6可见，取水口年平均浊度和各月多年平均浊度均在60 NTU以下，但2016年最大浊度达到约220，可能与采砂扰动有关。年均浊度似与年均径流量呈反向关系，径流量大的年份，水体浊度低，径流量小的年份，水体浊度高。表7为渡船头断面浊度历年逐月平均值表。

表6 渡船头取水口历年浊度推算表

表7 渡船头断面浊度历年逐月平均值表 单位：NTU

对各水文年分梅汛期（4—6月）、台风期（7—9月）和枯水期（1—3月，10—12月）3个特征时段进行统计，数据见表8。

表8 各种典型水文年渡船头浊度变化表 单位：NTU

由表8可知，浊度的年均值枯水年最大，平水年次之，丰水年最小；枯水期和台风期，无论是平均值还是最大值都是枯水年最大，平水年次之，丰水年最小；梅汛期，枯水年的平均值和最大值最大，平水年的的最大值比丰水年的略大，而平均值比丰水年的略小。

2009—2017年间选择丰、平、枯水文年，按月统计得到渡船头处浊度年内变化过程（见图7）。枯水年从2月份开始月均浊度显著大于丰水年和平水年，丰水年与平水年大体相当，但丰水年台风期由于径流较大浊度较小。

图7 典型水文年渡船头取水口浊度年内变化图

4 结论及建议

4.1 结 论

（1）取水口枯水年月均浊度显著大于丰水年和平水年，丰水年与平水年大体相当，但丰水年台风期由于径流较大浊度较小。丰平枯典型水文年的年均浊度值分别为18.9，22.0，52.9 NTU。统计渡船头取水口年平均浊度和各月多年平均浊度均在70 NTU以下，多年平均最大浊度约286 NTU，2017年最大浊度达到约460 NTU。径流量大的年份，水体浊度低，径流量小的年份，水体浊度高。浊度的年均值枯水年最大，平水年次之，丰水年最小。

（2）对花岩头站实测浊度分丰平枯水文年按天最大浊度做保证率，得到丰、平、枯水文年20%取水保证率的浊度分别为102.6，56.6，160.9 NTU，50%保证率的浊度分别为22.1，34.2，81.2 NTU，90%保证率的浊度分别为6.5，12.4，2.2 NTU。

（3）含沙量的纵向分布：不同河段含沙量差异较大，越往下游含沙量越大。含沙量受大、小潮影响大，且越往下游受潮汐影响越大。

（4）取水断面测点最大含沙量为0.911 kg/m3，出现在小潮汛垂线落潮流，测点最小含沙量为0.003 kg/m3，出现在大潮汛垂线落潮流。

（5）大潮期间含沙量与潮位具有较为一致的变化规律：含沙量峰值、谷值出现时间与潮位峰值、谷值出现时间接近。

（6）含沙量与径流的关系比较复杂，一般而言，当流域径流挟沙较少时，一定量的径流量可以抵挡并稀释上溯潮流中的泥沙，使水体中含沙量减小、浊度降低，这时含沙量与径流流量呈反向关系；但当径流量足够大时，径流将会触发河床底沙悬浮，促使水体含沙量增大，这时含沙量与径流流量呈正向关系。

（7）采砂对浊度的影响有直接影响和间接影响两个方面，直接影响是采砂船只及采砂机械直接触及河床、扰动水体促使泥沙悬浮水体含沙量增加，尤其是采砂中的洗砂过程，更会严重影响取水口浊度；间接影响是采砂使河床下切沿程床面高程降低，水深变大，导致涨潮动力缓慢增强，随潮挟带泥沙增加，沿程含沙量系统性变大。

（8）据室内含沙量与浊度率定实验可知，两者完全相关，因此可用取水口含沙量（甚至涨潮潮差）估算水体浊度。

4.2 建 议

（1）引水时间应考虑避开涨潮阶段，特别是大潮的涨潮阶段，由于大潮期水体含沙量高，原水浊度大，尽量少引水。

（2）加强瓯江河口段采砂管理，严格依据采沙规划采砂。禁止在控制河段采砂，控制取水河段随意洗砂。