江門市江海區(qū)人工湖水網(wǎng)優(yōu)化建設(shè)方案的探討

梁珍平，張家鳴

(1.江門市江新聯(lián)圍管理處，廣東 江門 529000; 2.江門市科禹水利規(guī)劃設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣東 江門 529000)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，區(qū)內(nèi)土地利用情況發(fā)生較大改變，原來的魚塘、農(nóng)田改為建設(shè)用地，地面蓄水調(diào)節(jié)能力大大減小，原來針對魚塘、農(nóng)田的排水系統(tǒng)排澇標(biāo)準(zhǔn)低，難以適應(yīng)區(qū)域發(fā)展的要求，內(nèi)澇頻繁發(fā)生。

江海區(qū)提出建設(shè)南、北湖工程以緩解區(qū)內(nèi)排澇壓力。有研究表明，人工湖的建設(shè)一方面能增加澇水調(diào)蓄容積，一定程度上有利于蓄澇排澇[1]；另一方面由于人工湖內(nèi)水體流動(dòng)性、自凈能力較排水河道差，處理不當(dāng)容易造成水體污染物沉淀、富營養(yǎng)化等水環(huán)境問題[2]。為了避免走“先污染后治理”的道路，充分發(fā)揮南、北湖容納水體、調(diào)節(jié)雨澇的作用，開展江海區(qū)南、北湖水網(wǎng)優(yōu)化方案的研究很有必要。

1 研究區(qū)域的排澇體系

江海區(qū)主要的排水河道有麻園河、馬鬃沙河等。本次研究對象主要位于江海區(qū)禮東圍東片及其附近區(qū)域。

禮東圍東片集雨面積為34.42km2，片區(qū)澇水承泄區(qū)為西江，圍內(nèi)因暴雨受澇多在汛期，恰逢西江洪水期間，外江水位一般高于圍內(nèi)地面高程，澇水難以自排，主要靠電排解決內(nèi)澇問題。東片目前已建成運(yùn)行石洲、橫海南和橫瀝3座電排站，電排站設(shè)計(jì)排水流量共41.55m3/s，總裝機(jī)2460kw。

2 人工湖建設(shè)對區(qū)域排澇形勢的影響分析

2.1 基礎(chǔ)資料

隨著城市化快速推進(jìn)，大部分農(nóng)田、魚塘都已經(jīng)改造為建設(shè)用地，根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)實(shí)際情況，排澇標(biāo)準(zhǔn)按20a一遇暴雨產(chǎn)生的徑流1d排干來考慮。根據(jù)人工湖規(guī)劃方案，南湖水面面積17hm2，湖底標(biāo)高-1.6m(珠基，以下同)，北湖水面32hm2，湖底高程為-1.636m。人工湖的建設(shè)將增加?xùn)|片的調(diào)蓄水面，增大河網(wǎng)水系的調(diào)蓄容積。

表1 禮東圍東片河道涌容-水位

由于圍內(nèi)沒有流量觀測資料，設(shè)計(jì)來水采用暴雨資料推求得到。區(qū)域位于珠江三角洲分區(qū)，根據(jù)其雨型、暴雨定點(diǎn)定面關(guān)系、24h暴雨時(shí)程分配及區(qū)內(nèi)地類分布情況，可計(jì)算得區(qū)域20a一遇24h暴雨產(chǎn)生徑流的來水過程。

表2 禮東圍東片設(shè)計(jì)來水過程

2.2 排澇計(jì)算

為了量化描述人工湖對緩解澇情的貢獻(xiàn)程度，本次研究引入等效裝機(jī)流量的概念。等效裝機(jī)流量，即人工湖工程實(shí)施后，區(qū)域所需新增裝機(jī)流量的削減量。即

Ceq=Cpre-Caft

(1)

式中：Ceq為等效裝機(jī)流量，m3/s；Cpre為工程建設(shè)前區(qū)域所需裝機(jī)流量，m3/s；Caft為工程建設(shè)后區(qū)域所需裝機(jī)流量，m3/s。

人工湖建設(shè)主要影響禮東圍東片的排澇，由于東片地勢平坦，排澇河道縱比降較小，可采用平湖法[3]進(jìn)行分析。平湖法的基本原理為水量平衡方程：

(2)

式中：Q1、Q2為時(shí)段初、末來水流量，m3/s；q1、q2為時(shí)段初、末泵站裝機(jī)流量，m3/s；V1、V2為時(shí)段初、末河道庫容，m3；Δt為計(jì)算時(shí)段，取Δt=3600s。

計(jì)算時(shí)以某一起調(diào)水位開始，根據(jù)水量平衡計(jì)算出的各時(shí)段末河道涌容V2，即可從涌容-水位曲線上查得相應(yīng)時(shí)段的水位，通過調(diào)整裝機(jī)流量使水位不超過區(qū)域最高控制水位，可得出區(qū)域排澇所需要的裝機(jī)流量。東片平均地面高程在2.0m以下，為使排澇期保護(hù)對象不受破壞，取最高控制水位1.4m，起調(diào)水位取泵站機(jī)組開機(jī)水位0.7m。

選取表2中的3種工況，分別分析人工湖建設(shè)前后禮東圍東片所需裝機(jī)流量的變化。

通過平湖法計(jì)算，可得出人工湖建設(shè)前后片區(qū)所需要的裝機(jī)流量。根據(jù)現(xiàn)有裝機(jī)流量，可進(jìn)一步得出片區(qū)需新增的抽排規(guī)模，以及人工湖工程的等效裝機(jī)流量。

2.3 影響分析

隨著江海區(qū)排澇標(biāo)準(zhǔn)的提高，區(qū)域原有的排澇設(shè)施未能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，遇暴雨易引發(fā)積澇問題。根據(jù)平湖法計(jì)算結(jié)果，可分析得出以下幾點(diǎn)：

2.3.1 在不建設(shè)人工湖的情況下，片區(qū)需將現(xiàn)有排澇能力擴(kuò)大約一倍方能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；

表3 平湖法排澇計(jì)算結(jié)果

2.3.2 建設(shè)人工湖可增加片區(qū)內(nèi)水系涌容，增大蓄納澇水的容積，可在一定程度上緩解排澇設(shè)施不足的問題，減小需新建排澇站的規(guī)模；

2.3.3 北湖建設(shè)對改善排澇形勢的貢獻(xiàn)程度大于南湖，這是由于北湖的建設(shè)規(guī)模大于南湖所致；

2.3.4 值得注意的是，工況④的等效裝機(jī)流量略小于工況②與工況③的等效裝機(jī)流量之和，這是由于水位、涌容之間并不是線性關(guān)系，從而導(dǎo)致等效裝機(jī)流量增量與涌容增量的非線性關(guān)系，隨著涌容的遞增，等效裝機(jī)流量的變化將越來越不明顯；

2.3.5 雖然人工湖建設(shè)能在一程度上削減裝機(jī)流量需求，然而僅靠人工湖調(diào)蓄來解決排澇問題還是不夠，新增排澇工程在所難免。

3 結(jié)合人工湖建設(shè)的區(qū)域水網(wǎng)優(yōu)化措施

3.1 人工湖對水網(wǎng)生態(tài)的影響

人工湖的建設(shè)能增加澇水調(diào)蓄容積，一定程度上有利于蓄澇排澇。另一方面，湖泊水體相對于河道水體而言，其流動(dòng)性較差，自凈能力較弱，水體污染物容易積聚沉淀。有研究表明[4]，人工湖成庫初期為TN、TP等營養(yǎng)鹽的累積高峰期，而磷為藻類生長的限制性因子，且人工湖水體基本處于準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，有利于藻類的生長，若管理不當(dāng)，容易導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化等的問題。另外，江海區(qū)位于市區(qū)，人類活動(dòng)頻繁，容易給人工湖帶來面源污染。事實(shí)上，某些已建的人工湖也已經(jīng)出現(xiàn)富營養(yǎng)化的現(xiàn)象[5]。由于人工湖與區(qū)域水網(wǎng)連通，若人工湖的水體受到污染，則會(huì)進(jìn)一步影響與其連通的區(qū)域水網(wǎng)的整體水質(zhì)。

3.2 人工湖水網(wǎng)優(yōu)化措施

為了確保湖內(nèi)水體的流動(dòng)，防止水質(zhì)惡化，在考慮建設(shè)人工湖以緩解排澇壓力的同時(shí)，還應(yīng)對人工湖周邊的水網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)合實(shí)際，對江海區(qū)河網(wǎng)優(yōu)化進(jìn)行如下布置：

3.2.1 建設(shè)上游污水收集處理系統(tǒng)。進(jìn)水水體的好壞直接影響湖水水質(zhì)，要從根本上改善湖水水質(zhì)，建設(shè)完善上游區(qū)域的污水收集處理系統(tǒng)，減少上游河道的污水排放。

3.2.2 疏浚河道。與人工湖連通的河道為水體出入的重要通道，保持這些河道過水流暢，才能確保水體進(jìn)出暢通無阻，保證湖內(nèi)水體具有足夠的流動(dòng)性。

3.2.3 增設(shè)泵站。圍內(nèi)水體需要經(jīng)常更新，這就要求引入外江水體及排出圍內(nèi)水體?？克l引排水要求內(nèi)外江具有一定正向水位落差，水體更新效率較低，增設(shè)引水泵站及排水泵站，可在反向水位落差時(shí)正常引水排水，可提高外江水體與圍內(nèi)水體的置換頻率。此外，排水泵站也可在排澇期發(fā)揮作用，減輕區(qū)域的排澇壓力。

3.2.4 生態(tài)工程。在湖內(nèi)種植高等植物、構(gòu)建生態(tài)浮床等，利用湖內(nèi)水生植物與藻類爭奪營養(yǎng)物質(zhì)，控制藻類繁殖，有效抑制水體營養(yǎng)化[6]。

3.2.5 綠化工程。在湖區(qū)周邊配套建設(shè)綠化工程，保持水土，改善周邊環(huán)境，可有效控制面源污染。

4 結(jié) 語

1)隨著城市化進(jìn)程的逐步推進(jìn)，建設(shè)用地的增多，排澇標(biāo)準(zhǔn)的提高，原有的排澇體系已經(jīng)難以滿足區(qū)域的排澇要求。

2)南、北湖的建設(shè)可增加區(qū)內(nèi)水系涌容，增大蓄納澇水的水系容積，可在一定程度上緩解排澇設(shè)施不足的問題，但也會(huì)使水體的流動(dòng)性降低，從而降低水體的自凈能力，留下水體水質(zhì)惡化的隱患。

3)預(yù)防人工湖水體污染關(guān)鍵在于周邊水網(wǎng)的建設(shè)，提高湖內(nèi)水體的置換頻率。根據(jù)江海區(qū)的實(shí)際情況，水網(wǎng)建設(shè)可與排澇工程相結(jié)合，具體措施包括河道疏浚、建設(shè)泵閘、生態(tài)綠化等，優(yōu)化水網(wǎng)的同時(shí)解決排澇問題。