利用青草沙水庫洪季換排水改善長興島水系水質初探

謝東

摘 要：青草沙水庫的建設改變了長興島原有引調水的格局，從長興島北側引青草沙水庫洪季換排水，不僅能夠對全島的水動力起到補償作用，在加大長興島西部水系水動力的同時，可改善長興島水系水質；而且增加了青草沙水庫排水口門寬度，換排水期間可加速青草沙水庫的水體流動，增強水動力，有利于提高青草沙水庫水體的自凈能力。

關鍵詞：青草沙 水庫 長興島 引水 改善水質

中圖分類號：TV87 文獻標識碼：A

上海市長興島位于長江口，是僅次于崇明島的上海第二大島，四面臨江，有著優越的地理條件和獨特的氣候環境。青草沙水庫建成后，封堵了長興島西北側和大部分北側的引、排水口門，改變了長興島的水資源調度方式，全島水動力減弱，不利于水質的保持。考慮到青草沙水庫水質良好、含沙量小，在水庫需要排水或定期換水時，若能夠合理調引其下泄水體，則能夠對全島的水動力起到補償作用，在加大長興島西部水系水動力的同時，可改善長興島水系水質。

1.青草沙水庫及長興島水系概況

青草沙水庫位于長江口南支下段南北港分流口水域，南靠上海崇明區長興島，由青草沙庫區和中央沙庫區兩部分組成，其功能是蓄淡避咸、蓄清避污。庫區總面積66.26km2，有效庫容4.82億m3，規模為目前國內外同類之最。其取水泵站規模200m3/s；下游排水閘凈寬20m，是水庫唯一的排水口門。

長興島由東南向西北呈帶狀形態，東西長約31k m，南北寬僅2～4km，島域總面積約93.31km2。根據統計數據，全島均勻分布鄉鎮級河道約138條，村溝宅河約422條。青草沙水庫建設前，島內水資源調度方式為西南引，東北排；受青草沙水庫建設的影響，靠青草沙水庫側長興島大堤上的泵站、涵閘等水利工程被封堵或廢棄，島內的水系也進行了重新梳理和規劃，東西向為規劃貫穿的骨干河道，目前水資源調度方案為：引長江口水體，西南引東排。

2.引青草沙水庫換排水的必要性分析

（1）補償長興島北沿引水口門的需要。青草沙水庫建設前，長興島可通過其西側、西北側和北側的口門引水，引入的水體能夠較為均勻地流經全島；青草沙水庫建成后，封堵了長興島西北側和大部分北側的引、排水口門，打亂了長興島原有的引排水線路，長興島北沿受影響線路長度達到12km，僅余西側水閘和北側前衛水閘引水，引水動力減弱。如能在青草沙水庫南側大堤處設置引水口門，在青草沙水庫需要排水或定期換水時，利用其外排水體，可加大長興島西部水體水動力，從而在一定程度上彌補青草沙水庫建設對長興島北沿水系的影響。

（2）增加青草沙水庫排水口門寬度的需要。青草沙水庫庫容大，根據運行情況，夏季溫度高時，水庫水質變化較快，水庫在不換水的情況下保持較好水質的時間約為7天。青草沙水庫排水主要依靠位于水庫東北端的排水閘排水（凈寬20m，排水控制流量約為155m3/s），在長江口潮位低于水庫內水位時排水，每天可排水時間約為10～12h；同時，青草沙水庫日輸水量約為719萬m3。根據青草沙水庫2.00～4.00m的庫容和排、輸水流量，從4.00m排水至2.00m需8.3天，加上引水時間3.5天，總換排水時間為11.8天，超出了維持水質較好時間4.8天。因此，引水工程的實施不僅有助于加快非汛期青草沙水庫的換排水速度，有利于青草沙水庫維持較好水質；同時，引水工程可加速青草沙水庫的水體流動，增強水動力，從而有利于提高青草沙水庫水體的自凈能力。

（3）長興島水資源調度的需要。長興島水資源調度方案為：引長江口水體，主要為西南引東北排。此方案優點是引水水源水質好、水量大；缺點是長江口含沙量較大，容易淤積河道。而青草沙水庫水質更好，泥沙含量少，利用其洪季換排水對長興島水體進行置換，對進一步改善島內河網水質具有重要意義，是引長江口水體非常有益的補充。

3.引水方案及效果分析

3.1 引水口門位置及規模初擬

為引青草沙水庫換排水，進一步改善長興島水系水質，通過水力數學模型計算，初擬了兩處引水口門位置：長興島西北端和長興島北沿中部附近。

引水口門規模可按調水2天置換全島水系的水體計算，并按照引水出口段河道水位不超過最高控制水位2.70m、斷面平均流速小于不沖流速0.6m/s雙重控制，試算引水流量Q，兩處引水口門寬度擬定為8m、泵站40m3/s，同時實施，共同引清調水。

3.2 引水調度方案

根據青草沙水庫的運行調度方式，咸潮期水庫不排水，非咸潮期頻繁換排水，則長興島水系僅在非咸潮期待機從庫內引水。引水時，若水庫水位高于長興島河道水位時，則通過水閘自流引水；當水庫水位低于長興島河道水位時，則通過泵站引水。

3.3 引水效果分析

青草沙水庫引水局限于青草沙水庫換排水時段，在水動力模型計算結果的基礎上，進行水質數學模型計算。在引調長江水前，長興島水系平均水質劣于地表水Ⅳ類標準，不符合旅游景觀島的水環境指標，見圖3；在洪季引調長江水1天后，水質能夠達到地表水Ⅳ類標準，符合旅游景觀島的水環境指標。青草沙水庫水體水質為地表水Ⅰ～Ⅱ類標準，調水1天后長興島水系水質能達到地表水Ⅲ～Ⅳ類標準；調水2天后的水質基本能達到地表水Ⅲ類標準，符合水源生態島的水環境指標，見圖4。

由此可以看出，在引調長江水的基礎上，再引調青草沙水庫水，長興島水系水質得到了進一步的改善，達到了水源生態島的水環境指標。加大流速和增加引排水頻次可以縮短水質點在青草沙水庫內的停留時間，增強水體的自凈能力，從而保證青草沙水庫的良好水質。

4.存在的問題及注意事項

在引水過程中，應采取工程措施保證青草沙水庫內的水體只出不進，防止外部水體進入青草沙水庫對庫內水質造成影響。工程運行受青草沙水庫與長興島河道管理部門雙重控制，只有得到雙方共同許可，才能開閘引水，建議設置兩套控制系統，確保水庫供水安全。為減小工程實施對青草沙大堤及供水的影響，引水工程建議采用內退式布置，以現有圍堤作為施工圍堰，主體結構施工將在長興島側進行。

5.結語

利用青草沙水庫洪季換排水對長興島水體進行置換，對進一步改善島內河網水質具有重要意義，可在一定程度上彌補青草沙水庫建設對長興島北沿水系的影響。同時，青草沙水庫將增加兩處排水口門，能有效帶動庫內水體流動，并縮短了水庫換排水的周期，有利于庫內水體的水質保持和改善。

參考文獻：

[1]李茂學，劉小梅，付新永，et al.青草沙水庫取水泵閘規模論證[J].給水排水，2009，35（2）.

[2]林衛青，顧玉亮，盧士強，et al.防止藻類過度繁殖的青草沙水庫合理水力停留時間初探[J].給水排水，2009，35（9）：60-62.

[3]申一塵，王紹祥，朱宜平，et al.青草沙水庫藻類防控與多水源調配示范研究成果[J].凈水技術，2017（6）.