常熟市“暢流活水”工程溢流堰設(shè)置應(yīng)用分析

徐佳易

(常熟市水利工程建設(shè)管理處， 江蘇 常熟 215500)

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常熟市“暢流活水”工程溢流堰設(shè)置應(yīng)用分析

徐佳易

(常熟市水利工程建設(shè)管理處， 江蘇 常熟 215500)

常熟市遵循“河網(wǎng)溝通、水體流動(dòng)、科學(xué)引排、生態(tài)修復(fù)”的原則，通過實(shí)施“暢流活水”工程建設(shè)全市骨干水系連通調(diào)控體系，全面提升常熟市城區(qū)的防洪、除澇、排水能力，實(shí)現(xiàn)城區(qū)河網(wǎng)暢流活水、環(huán)境改善、水質(zhì)穩(wěn)定的目標(biāo)。本文以常滸河溢流堰工程為例，介紹了溢流堰的設(shè)置及在“暢流活水”工程中的具體應(yīng)用。

暢流活水； 水系； 溢流堰； 水環(huán)境

近年來，國內(nèi)許多著名學(xué)者對城市河道溢流堰設(shè)置和應(yīng)用開展了廣泛的研究。王錦旗[1-2]等通過物理模型實(shí)驗(yàn)的方式，比較溢流堰對河道水體溶解氧、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)等影響程度，分析研究了相關(guān)變化機(jī)理；張振興[3]從河流生態(tài)修復(fù)理念出發(fā)，模仿實(shí)驗(yàn)河道并結(jié)合河道溢流堰的方式，探討了北京中小河流的生態(tài)修復(fù)方法；陳浩[4]等針對蘇州古城區(qū)自流活水配水工程，采取溢流堰的方式，實(shí)現(xiàn)了古城區(qū)全面活水、改善水質(zhì)的目標(biāo)；金紅珍[5]通過分析蘇州吳江區(qū)水系現(xiàn)狀及問題，提出了吳江區(qū)暢流活水工程總體思路及相關(guān)規(guī)劃。

常熟市是典型的平原河網(wǎng)地區(qū)，河網(wǎng)水系發(fā)達(dá)，由于流域地勢平坦，河網(wǎng)密布，導(dǎo)致水系流速緩慢，水體自凈能力弱。因此，常熟市政府、水利局轉(zhuǎn)變治水思路，在整治境內(nèi)流域性骨干河道的同時(shí)，加大了對區(qū)域內(nèi)部水系的治理力度。為全面提升常熟市生態(tài)文明建設(shè)水平，常熟市從2015年起開始實(shí)施“暢流活水”工程，促進(jìn)建成全市骨干水系連通調(diào)控體系，其中規(guī)劃新建5座內(nèi)部配水工程，分別為常滸河、青墩塘、護(hù)城河、環(huán)城河、橫涇塘溢流堰。

本文以常滸河溢流堰工程為例，分析溢流堰對常熟市城市河道局部水域的影響。另外，貫徹河流生態(tài)修復(fù)理念，借鑒國家“水專項(xiàng)”的河流主題等，對城市河道水質(zhì)提升及生態(tài)修復(fù)做一些研究。

1 水系概況及水系主要問題

1.1 水系概況

常熟市境屬長江三角洲沖積平原，整個(gè)地勢由西北向東南傾斜。望虞河、鹽鐵塘縱橫貫穿全境，將全市分為虞西、陽澄和濱江3個(gè)水利分區(qū)。常熟市望虞河以東地區(qū)屬陽澄水系，依據(jù)《常熟市水資源規(guī)劃》，劃分為城區(qū)片水系和城外片水系，主要水系由城區(qū)的護(hù)城河、環(huán)城河、東環(huán)河3條環(huán)形河和向城外發(fā)射的常滸河、白茆塘、元和塘等11條河道組成，常滸河為常熟境內(nèi)8條區(qū)域性河道之一，常滸河溢流堰工程布置于常滸河上。

1.2 水系主要問題

1.2.1 引排能力不足

由于河道規(guī)模的限制，部分引水河道引排功能受影響，如：鹽鐵塘河口寬20～40m，徐六涇河口寬25～35m，金涇河口寬18～30m，鹽鐵塘的分流作用將影響徐六涇、金涇引水進(jìn)入城區(qū)方向，且金涇引水量較小，現(xiàn)狀條件下引水作用十分有限。海虞鎮(zhèn)的曲塘涇及周邊河道主要從北福山塘引水排入走馬塘，但其規(guī)模較小，且因周邊為居民集聚區(qū)，影響該區(qū)的引排能力。又如：馬涇、項(xiàng)涇、魚連涇的部分河段河道規(guī)模小，汛期排水不暢。

1.2.2 局部水系格局有待恢復(fù)

隨著常熟市城市化進(jìn)程的加快，開發(fā)區(qū)、城鎮(zhèn)建設(shè)和農(nóng)村交通道路建設(shè)改變了原有水系格局，填埋河道、道路過河筑壩代橋現(xiàn)象十分普遍，導(dǎo)致水系空間萎縮、水面率減少、水流不暢、水質(zhì)惡化等問題，影響防洪排澇能力、水環(huán)境改善和水景觀建設(shè)。

1.2.3 城市擴(kuò)張與水生態(tài)環(huán)境之間的矛盾日益突出

常熟市覆蓋10個(gè)鎮(zhèn)區(qū)、多個(gè)集鎮(zhèn)和工業(yè)區(qū)(包括沿常滸河工業(yè)區(qū)、新橋工業(yè)園區(qū)、白茆工業(yè)區(qū)、辛莊鎮(zhèn)南部工業(yè)園區(qū)等)，這些重點(diǎn)集鎮(zhèn)和工業(yè)區(qū)污染源分布較散，沿河工廠污水排入河道的水量逐年增加，流經(jīng)集鎮(zhèn)和工業(yè)區(qū)河段的水環(huán)境普遍較差。水質(zhì)較差的河段有虞山鎮(zhèn)的四新河和五星河、海虞鎮(zhèn)(崔浦塘以東，望虞河以西部分片區(qū))的部分河道、梅李鎮(zhèn)內(nèi)沈村河、碧溪鎮(zhèn)內(nèi)里睦塘與徐六涇交匯段、寧塘南段(南塘以南)、朱堰塘中段(建新塘至北港塘段)、高浦塘南段(建新塘至揚(yáng)子江大道段)、北港塘中段(蘇嘉杭高速至金涇段)等。

2 溢流堰

2.1 溢流堰基本特征

溢流堰，一些研究中也稱溢流壩。溢流堰是水利設(shè)施中常用的水工泄水建筑物，其作用有攔洪、攔砂、調(diào)蓄水位等，并能將下泄水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成熱能以達(dá)到消能的目的。城市河道溢流堰主要作用是保持河道一定的水位，以滿足城市河道的生態(tài)用水和景觀用水。

2.2 城市河道溢流堰功能

2.2.1 維持城市河道水體連續(xù)性

河道溢流堰的透性結(jié)構(gòu)能夠增加降水在河流內(nèi)的停留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)自然降水向生態(tài)用水和景觀用水的轉(zhuǎn)換，同時(shí)又能形成高低落差水頭，營造水流活力，避免河道出現(xiàn)明顯斷流，保證城市河道連續(xù)性。

2.2.2 提高清理河道垃圾效率

河流內(nèi)經(jīng)常有大量垃圾是中國河流的國情之一，這就要求溢流堰的設(shè)計(jì)不僅能夠允許河流垃圾順利通過，不堵塞河流，還要能夠保證溢流堰將垃圾進(jìn)行有效的截留，以便開展后期垃圾清理工作，提高河流管理工作效率。

2.2.3 提高水體自凈能力

評價(jià)水環(huán)境污染情況有溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷等多個(gè)指標(biāo)，其中溶解氧的高低影響水體中好氧生物的生長，降低水環(huán)境中有機(jī)污染物降解能力，進(jìn)一步對氮、磷等污染指標(biāo)有間接影響，可以說，溶解氧的高低決定了水環(huán)境自我凈化的效果。水流經(jīng)過溢流堰發(fā)生曝氣是一種提高水體溶解氧非常經(jīng)濟(jì)的手段，可以促進(jìn)河道水體中好氧生物的生長，進(jìn)一步使有機(jī)污染物降解及營養(yǎng)鹽轉(zhuǎn)化，最終有效提高水體自凈能力。

2.3 溢流堰工程建設(shè)必要性

為切實(shí)改善常熟市城鄉(xiāng)水環(huán)境，保障人民生活品質(zhì)，提高生態(tài)文明建設(shè)水平，近年來常熟市開展了以暢通活水、截污治污、生態(tài)修復(fù)為重點(diǎn)的水環(huán)境治理工作，其中“暢流活水”工程的實(shí)施將促進(jìn)全市骨干水系連通調(diào)控體系的建設(shè)。“暢流活水”項(xiàng)目系統(tǒng)優(yōu)化了常熟市老城區(qū)和城區(qū)河網(wǎng)水系、工程布局和閘泵工程運(yùn)行調(diào)度，提高區(qū)域水資源和水環(huán)境承載能力，促進(jìn)河流生態(tài)修復(fù)，可實(shí)現(xiàn)“水清、流暢、岸綠、景美”的綜合目標(biāo)。

常滸河溢流堰工程為常熟市“暢流活水”工程項(xiàng)目的組成部分，該溢流堰工程能有效控制相關(guān)河網(wǎng)水位，提高城區(qū)水體容積，通過后期運(yùn)行，能有效實(shí)現(xiàn)對各相關(guān)河道分退水能力的控制。

3 工程概況

常滸河溢流堰工程布置在常熟市鎖瀾南路與泰安街交叉口，規(guī)模為16m活動(dòng)溢流堰1座，閘門底檻高程為1.00m，閘孔居河道中線布置，閘孔南側(cè)布置液壓啟閉機(jī)室，閘門頂高程為3.60m。閘室采用開敞式鋼筋混凝土塢式結(jié)構(gòu)，閘室底板垂直水流總寬21.80m，順?biāo)飨蜷L度為12.00m，工作閘門采用底軸驅(qū)動(dòng)翻板門型式，通過液壓啟閉機(jī)進(jìn)行控制。液壓啟閉系統(tǒng)、電控設(shè)備及沖淤系統(tǒng)的高壓水泵等均布置在南側(cè)的空箱內(nèi)，空箱頂高程為5.00m，采用現(xiàn)澆板結(jié)合活動(dòng)蓋板進(jìn)行封閉。常滸河溢流堰工程位置見下圖。

常滸河溢流堰工程位置圖

3.1 門型比選

平原地區(qū)常見溢流堰有固定堰、橡膠壩、底軸驅(qū)動(dòng)翻板門(鋼壩)，三種閘壩上部均無建筑物，但固定堰

不可調(diào)節(jié)堰頂高度，達(dá)不到調(diào)節(jié)水位、調(diào)控分水流量的功能要求，故對橡膠壩、底軸驅(qū)動(dòng)翻板門兩種結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行比選。

橡膠壩投資相對節(jié)省，壩體為柔性，能抵抗地震、波浪等沖擊，但充水緩慢，易受損傷，如：漏水面積較大、修復(fù)困難、使用壽命短等，升壩或塌壩后各種殘留物滯流在壩袋上給景觀帶來負(fù)面影響。而底軸驅(qū)動(dòng)翻板門雖然投資相對較大，但設(shè)備運(yùn)行可靠，當(dāng)塌壩、升壩和調(diào)節(jié)水位時(shí)任意角度都可鎖定；內(nèi)外河水位差允許值大，可以長時(shí)間完成壩頂溢流，形成瀑布美景，使用壽命長，不易受損傷破壞。綜合比較，該溢流堰工程閘門采用鋼壩結(jié)構(gòu)型式。

3.2 水質(zhì)指標(biāo)分析

江蘇省水文水資源勘測局蘇州分局監(jiān)測點(diǎn)位于常滸河溢流堰下游，位置在常滸河與新世紀(jì)大道交叉口，監(jiān)測頻率為1次/月。溢流堰施工期為2015年12月至2016年4月，監(jiān)測數(shù)據(jù)為施工前3個(gè)月即2015年10—12月和完工后5個(gè)月即2016年5—9月，具體監(jiān)測數(shù)據(jù)見下表。

常滸河水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)表

由上表分析可得：?水體溶解氧含量單從月份比較，變化規(guī)律不是很明顯，而從均值而言，溶解氧含量從4.52mg/L增加至5.17mg/L，增加了近14%，表明水體經(jīng)過溢流堰后溶解氧有所增加；?完工后高錳酸鹽指數(shù)較施工前有明顯下降，由均值7.93mg/L降為5.50mg/L，下降近30%。而氨氮含量變化更加明顯，由均值2.90mg/L降為0.75mg/L，下降了近74%，表明水體經(jīng)過溢流堰曝氣后，高錳酸鹽指數(shù)和氨氮含量降低幅度較大。

4 總 結(jié)

溶解氧含量、高錳酸鹽指數(shù)和氨氮均為衡量水體中有機(jī)污染和還原性物質(zhì)污染程度的重要指標(biāo)。數(shù)據(jù)表明，溢流堰能有效增加水體中溶解氧、降低高錳酸鹽及氨氮含量，對水體起到一定凈化作用。

常滸河溢流堰是常熟市內(nèi)部配水控制堰之一，是常熟市“暢流活水”工程組成部分，通過該工程項(xiàng)目的建設(shè)能有效改善片區(qū)生態(tài)環(huán)境，對維護(hù)工程所在區(qū)域的社會(huì)穩(wěn)定和改善人民生活條件有重要意義，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)及生態(tài)文明城市建設(shè)創(chuàng)造良好的條件。

[1] 王錦旗,王國祥.城市河道溢流堰對水體溶解氧及氮和磷的影響[J].水利水電技術(shù),2006(10):11-13.

[2] 王錦旗,王國祥.溢流堰影響下溶解氧與氨氮及COD_(Mn)的關(guān)系[J].人民黃河,2007(9):52-53.

[3] 張振興.北方中小河流生態(tài)修復(fù)方法及案例研究[D].長春：東北師范大學(xué),2012.

[4] 陳浩,王飛,施巍巍.蘇州古城區(qū)水環(huán)境改善方案研究——自流活水之配水工程[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2015(7):86-89.

[5] 金紅珍.吳江區(qū)暢流活水提升水環(huán)境實(shí)施方案的探索研究[J].中國水利,2014(22):33-34.

Analysis on the application of ‘Smooth-running water’ Project downflow weir setup in Changshu

XU Jiayi

(ChangshuWaterConservancyProjectConstructionManagementOffice,Changshu215500,China)

Changshu abides by the principles of ‘river network communication, water flow, scientific drainage and ecological restoration’. Backbone water system communication regulation system is constructed in the whole city through implementing ‘Smooth-running water’ Project. Flood control, flood removal and drainage ability in Changshu district areas are comprehensively improved. The objectives of smooth-running water, environment improvement and water quality stabilization in city river network are realized. In the paper, Changhu River Downflow Weir Project is adopted as an example for introducing setup of overflow weir and concrete application in ‘smooth-running water’ project.

smooth-running water; water system; downflow weir; water environment

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.01.018

TV65

A

1005-4774(2017)01- 0066- 04