昆山市張浦鎮唐村聯圩活水暢流方案研究

胡繼剛 ，蘇 晨 ，陳 晨 ，陸 建

(1．河海大學設計研究院有限公司，江蘇 南京 210098；2．太倉市人民政府陸渡街道辦事處，江蘇 蘇州 215412)

0 引 言

唐村聯圩位于昆山市張浦鎮西北部，圩內人口密集，工業企業聚集。近年來，隨著社會經濟的發展，生活、工業污水排放入河量逐漸增加，而圩區現狀河道淤積嚴重，縱橫河道溝通不足，河道水體流動不暢，河道自凈能力有限，水環境問題日益突出。針對這一問題，在加強鎮區污染源治理的同時，分析鎮內河道與骨干外河引排水勢，總結近年來鎮內調水經驗和存在的不足，研究加強聯圩現有水利工程聯合調度方案，發揮現有水利工程綜合效益，外引清水補給，內部加強水系暢通，增強圩內河道與外河的水力聯系，促進水體有序流動，通過水資源的優化調度，增加城區河道水環境容量，緩解水環境壓力，為改善水環境提供基礎條件，達到人與自然的和諧，保障經濟社會的可持續發展[1-3]。

1 水力計算模型

工程實施所在的張浦鎮唐村聯圩受周邊圩堤隔離，水系相對封閉，因此本次模型以唐村聯圩所在區域為概化范圍，總面積16.61km2。計算區域河網縱橫，水流互相連通，是典型的非恒定流，采用MIKE11水動力模塊(HD)建立一維水力學演進模型進行模擬[4-5]。

1.1 模型構建

根據區域水利工程現狀及規劃情況，模型計算共布置概化河道45條，計算斷面572個，閘、站等控制建筑物15個。河網及水利工程概化模型見圖1。

圖1 河網及水利工程概化模型圖

1.2 邊界條件及參數

1)初始條件：圩內初始水位采用常水位2.8m，流量為0；圩外河道水位采用2.8m，流量為0。

2)邊界條件：主要為閘、站，其中水閘按過流公式計算，泵站流量根據方案給出的實際流量。

3)計算參數：河道糙率參照項目區附近同類項目綜合確定糙率，取0.023；時間步長ds取1s。

2 活水暢流方案設計

2.1 方案一：“北引南排”方案

1)主要工程措施

結合鄉鎮水系規劃及河道現狀，對圩區河道進行清淤疏浚、水系聯通，提升圩內河網水力連通性，共計新開河道10.20km，疏浚河道15.25km。

工程總投資約5406萬元，年運行費用約689萬元。

2)具體調度方案

唐村聯圩活水方向為“北引南排”，從吳淞江引水，向南排入富麗塘，利用吳淞江沿線的防洪閘引水，利用富麗塘沿線排澇泵站向圩外排水。由于圩內河道縱橫交錯，擬錯開引排水時間，即先開啟南港閘站、糧厙閘站、東塘村閘站排澇泵站，泵站總流量為13.8m3/s，排水1h，抽排水量約4.97萬m3，圩內水位降低4cm，再開啟吳淞江沿線防洪閘引水，活水時間結束后，先關閉排水泵站，等水位平穩后，再關閉引水閘。每天開機時間為12h，即上午6點至下午18點，每天活水量約占聯圩總水量16%，活水周期約6.3d。

2.2 方案二：“北引東南雙向排水”方案

1)主要工程措施

結合鄉鎮水系規劃及河道現狀，對圩區河道進行清淤疏浚、水系聯通，提升圩內河網水力連通性，共計新開河道10.20km，疏浚河道15.25km；

在大直港與烏家江相交處設置烏家江閘站，閘站設計流量7m3/s，節制閘為2孔，單寬6m。工程主要功能為通過節制閘封閉圩區水域，通過泵站從東側的大直港引水，加強圩區南部河道活水。

新建工程總投資約6456萬元，年運行費用約864萬元。

2)具體調度方案

唐村聯圩活水方向為“北引東南雙向排水”，從北部吳淞江引水，向南排入富麗塘，向東排入大直港，利用吳淞江沿線的防洪閘引水，利用富麗塘沿線排澇泵站及大直港處烏家江閘站向圩外排水。由于圩內河道縱橫交錯，擬錯開引排水時間，即先開啟南港閘站、糧厙閘站、東塘村閘站、烏家江閘站排澇泵站，泵站總流量為17.3m3/s，排水1h，抽排水量約6.23萬m3，圩內水位降低5cm，再開啟吳淞江沿線防洪閘引水，活水時間結束后，先關閉排水泵站，等水位平穩后，再關閉引水閘。每天開機時間為12h，即上午6點至下午18點，每天活水量約占聯圩總水量19%，活水周期約5.3d。

2.3 方案三：“北西雙向引水南排”方案

1)主要工程措施

結合鄉鎮水系規劃及河道現狀，對圩區河道進行清淤疏浚、水系聯通，提升圩內河網水力連通性，共計新開河道10.20km，疏浚河道15.25km；

在吳淞江沿岸設置梅家庫、一號中心河、北港閘活水泵站，在西側界浦港設置安村河活水泵站，共計設計流量16m3/s。工程主要功能為通過泵站向圩區補充清水。

在富麗塘沿岸設置陶家庫閘、豎頭江南閘，水閘規模均為3m×6m.工程主要功能為通過節制閘封閉圩區水域，換水時排水圩內流動不暢水體。

新建工程總投資約8306萬元，年運行費用約799萬元。

2)具體調度方案

唐村聯圩活水方向為“北西雙向引水南排”，從北部吳淞江、西部界浦港引水，向南排入富麗塘，利用吳淞江、界浦港沿線設置的活水泵站引水，利用富麗塘沿線水閘向圩外排水。由于圩內河道縱橫交錯，擬錯開引排水時間，即梅家庫、一號中心河、北港閘、安村河活水泵站，泵站總流量為16m3/s，引水1h，引水量約5.76萬m3，圩內水位升高約4.2cm，再開啟富麗塘沿線水閘排水，活水時間結束后，先關閉引水泵站，等水位平穩后，再關閉拍水閘。每天開機時間為12h，即上午6點至下午18點，每天活水量約占聯圩總水量17%，活水周期約5.9d。

圖2 活水方案1示意圖

圖3 活水方案2示意圖

圖4 活水方案3示意圖

3 方案效果分析

利用MIKE11模型對唐村聯圩活水暢流方案進行模擬分析，不同方案流速成果見表1。

現狀工況：由于存在較多斷頭河浜，圩內河道流速分布雜亂。在骨干河道，如一號中心河、二號中心河等，河道聯通性較好或布置排澇泵站活水河段，河道流速較快，但斷頭河浜、流通性差的河段流速很小，基本不流動。現狀工況下，流速<1cm/s河段占比45%，流速在1-5cm/s河段占23%，流速在5-20cm/s河段占32%。

表1 不同方案流速成果統計表

規劃方案一：通過圩內清淤疏浚、水系聯通，圩內河道流速有所改善。南北向河道流速分布較優，但是橫向河道流速較差，如烏家江、管家厙河等，河道流速較小；方案一中，流速<1cm/s河段占比26%，流速在1-5cm/s河段占55%，流速在5-20cm/s河段占19%。

規劃方案二：內部水系暢通后，通過布置烏家江閘站，進一步增加圩內橫向河道流動性，骨干河道流速顯著增加，烏家江、管家厙等河道流速可達到3cm/s左右。方案二中，流速<1cm/s河段占比19%，流速在1-5cm/s河段占47%，流速在5-20cm/s河段占34%。

規劃方案三：采用規劃活水泵站補水工況下，河道流速進一步增加，一號中心河、二號中心河等骨干河道流速基本達到10cm/s左右，流速<1cm/s河段占比16%，流速在1-5cm/s河段占33%，流速在5-20cm/s河段占51%。

4 活水方案選取

從流速計算成果看，方案一水系暢通后，采用現狀活水方案，河道流動性較現狀有所提高，但東西向河道水動力不足，河道流速增加不明顯；方案二通過增加烏家江閘站，向東排入大直港，縱橫向河道流速分布優于方案一，死水區河段比方案一少；方案三北部采用規劃活水泵站補水，南部增加水閘排水，河道流動性顯著增加，縱向骨干河道流速基本可達到10cm/s左右，河道死水區最少。

從活水周期看，三種方案活水周期在5-6d，方案一引排流量較小，活水周期稍長；方案二引排流量最大，活水周期最短；方案三引排流量和活水周期均居中。

從工程投資和運行成本看，方案一僅進行河道疏浚、水系連通，工程投資最省，且利用現有閘、站運行成本不高，但河道流速提升不明顯；方案二在河道疏浚、連通基礎上，東側大直港布置排水閘站，工程投資和運行成本有所提高，但河道流動性提升顯著；方案三通過新建活水泵站、排水閘等工程措施，活水效果最好，但工程投資最高，工程量大，工期較長。

綜上所述，推薦方案二作為本工程活水暢流方案。

5 結 語

1)采用張浦鎮唐村聯圩一維河網水動力模型，模擬了三種不同活水暢流方案下唐村聯圩河網流速分布，根據河道流速、活水周期、工程投資、運行費用等因素比選確定“北引東南雙向排水”的最優活水暢流方案，為唐村聯圩水環境治理與保護提供了科學依據。

2)通過河道清淤疏浚、水系連通，局部增加引排泵站等工程措施能夠有效促進水體有序流動，提高區域水體流速，增加區域水環境容量，緩解水環境壓力。

3)發揮現有水利工程綜合效益，局部增加引排工程，減少大規模工程建設投資，在經濟合理的基礎上完成區域活水暢流效果。