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user: 3. 水环境整治方案分析 3.1. 水环境调度模拟工况及模型设置 本文提出了两种水环境调度方案，一种是利用外河和内河的水位差进行自流引水调度，另外一种是在沿江闸站增设大流量泵站，进行持续性的引排。 1) 水系连通前自流引水调度工况及模型设置 关闭水系分片控制线上的内河水闸，除了水系控制线上的所有内河水闸均处于敞开状态，通过调整沿江闸门的开启高度模拟丰水期和枯水期的调水引流方案。裤子港片独立进行水环境调度，丰水期和枯水期均通过通启运河引水，裤子港闸落潮充分排水；天星横河片与新开港片进行整体调度，丰水期通过营船港闸涨潮与通启运河充分引水，富民港出江闸与新开闸落潮充分排水，枯水期通过通启运河充分引水，营船港闸关闭，富民港出江闸与新开闸落潮充分排水；南通农场片独立进行水环境调度，丰水期和枯水期农场中心套闸关闭，团结闸涨潮充分引水，南通农场闸与东方红出江闸落潮充分排水，具体工况设置见表1~4。 Table 1 Setting of artesian water diversion scheduling schemes for Kuzigang in wet seaso 沿江闸站 开启条件 开启高度(m) 工况1 工况2 工况3 工况4 裤子港闸 外河低于内河排水 4 2 1 0.5 表1. 丰水期裤子港片自流引水调度工况设置 Table 2 Setting of artesian water diversion scheduling schemes for Tianxinghenghe and Xinkaigang in wet seaso 沿江闸站 开启条件 开启高度(m) 工况1 工况2 工况3 工况4 工况5 工况6 营船港闸 外河高于内河引水 4 3 2 1.5 1 0.5 富民港出江闸 外河低于内河排水 4 3 2 1.5 1 0.5 新开闸 外河低于内河排水 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 表2. 丰水期天星横河片和新开港片自流引水调度工况设置 Table 3 Setting of artesian water diversion scheduling schemes for Nantongnongchang in wet seaso 沿江闸站 开启条件 开启高度(m) 工况1 工况2 工况3 工况4 南通农场闸 外河低于内河排水 2 2 1 0.5 东方红出江闸 外河低于内河排水 2 2.5 1.5 1 团结闸 外河高于内河引水 2.5 2.5 2 1.5 表3. 丰水期南通农场片自流引水调度工况设置 Table 4 Setting of artesian water diversion scheduling scheme in dry seaso 裤子港闸 营船港闸 富民港出江闸 新开闸 南通农场闸 东方红出江闸 团结闸 开启条件 外河低于 内河排水 关闭 外河低于 内河排水 外河低于 内河排水 外河低于内河排水，沿江 潮位大于−0.7 m时关闭 外河低于内河排水，沿江 潮位大于−0.7 m时关闭 外河高于 内河引水 开启高度(m) 0.3 0 1 0.3 0.3 0.3 完全打开 表4. 枯水期自流引水调度方案 以2019年6月绘制的南通开发区水系图为基础，河道断面采用2011年水利普查数据。计算模型包括605条河段、554个河道节点、7个通江排水口和7个内河排水口。河道的初始水位均为正常控制水位，内河排口为水位边界，设定为各个片区的正常控制水位，沿江排口处分别设定枯水期和丰水期两种潮位变化过程曲线(图2)，潮位数据来自2018年天生港潮汐表。参考近年来南通市河网的引清调水研究成果 [ 10 ]，同时根据经验采用比拟法，水闸流量系数取0.65，河道糙率为0.04，径流模型选择动态模型，模型的计算时间为1 d，计算时间步长为5 s。 图2. 2018年天生港枯水期和丰水期潮位变化过程曲线 2) 水系连通前动力提水调度工况及模型设置 动力提水方案只针对裤子港片、天星横河片和新开港片。关闭所有的沿江闸站，裤子港片通过通启运河持续引水，裤子港闸泵站以4 m 3 /s的速度持续排水。天星横河片与新开港片进行整体调度，营船港闸泵站以20 m 3 /s的速度从长江引水，同时也通过通启运河持续引水。富民港出江闸泵站与新开闸泵站以8 m 3 /s的速度持续排水，具体见表5。沿江闸站全部关闭，模型其余设置与自流引水方案一致。 Table 5 Setting of water-lifting scheduling scheme for Kuzigang， Tianxinghenghe and Xinkaigan 泵站 引排方式 泵站设计流量(m 3 /s) 裤子港闸泵站 排水 4 营船港闸泵站 引水 20 富民港出江闸泵站 排水 8 新开闸泵站 排水 8 表5. 裤子港片、天星横河片与新开港动力提水调度方案 3.2. 水环境调度方案分析 1) 水系连通前自流引水调度方案分析 裤子港片的八圩中横河监测断面丰水期向西最大流速大于0.1 m/s，工况3裤子港闸开启度为1 m时保持流速0.05 m/s以上的时间最长，水动力效果最好，为最佳调度方案。枯水期向西的稳定流速可达0.05 m/s左右。 天星横河片与新开港片的东方竖河监测断面丰水期工况1~工况6基本上保持向南流动，工况1流速最大可达0.08 m/s，工况2、3最大流速可达0.07 m/s，工况4最大流速可达0.06 m/s，工况5最大流速可达0.05 m/s，工况6最大流速可达0.04 m/s，其中工况4保持流速0.01 m/s以上的时间最长，水动力效果最好。长洪支河监测断面丰水期工况1~工况6都存在东西向的往复流动，向东最大流速可达0.1 m/s，向西最大流速可达0.15 m/s，其中工况1、2、4保持向东流动的时间最长，水动力效果最好。综合分析，丰水期工况4为最佳调度方案，工况4监测断面的流速见图3和图4。枯水期东方竖河监测断面基本上保持向东流动，最大流速可达0.02 m/s (图5)，长洪支河向西和向东的最大流速均可达0.1 m/s (图6)。 南通农场片王子竖河监测断面丰水期基本保持向南流动，最大流速在0.16 m/s左右，其中工况2保持向南的流速最大，水动力效果最好。经三河监测断面基本保持向北流动，最大流速在0.04 m/s左右，其中工况2流速最大，水动力效果最好。综合分析，丰水期工况2为最佳调度方案，工况2监测断面的流速见图7和图8。枯水期王子竖河监测断面基本保持向南流动，最大流速在0.08 m/s左右(图9)，经三河基本保持向北流动，稳定流速在0.02 m/s左右(图10)。 图3. 丰水期东方竖河监测断面流速变化(工况4) 图4. 丰水期长洪支河监测断面流速变化(工况4) 图5. 枯水期东方竖河监测断面流速变化 图6. 枯水期长洪支河监测断面流速变化 图7. 丰水期王子竖河监测断面流速变化(工况2) 图8. 丰水期经三河监测断面流速变化(工况2) 图9. 枯水期王子竖河监测断面流速变化 图10. 枯水期经三河监测断面流速变化 2) 水系连通前动力提水调度方案分析 采用动力提水方案时，裤子港片的八圩中横河监测断面向西的稳定流速可达0.05 m/s，天星横河片与新开港片的东方竖河监测断面向南的稳定流速在0.02 m/s左右(图11)。 图11. 东方竖河监测断面流速变化 3.3. 水系连通后模拟工况及模型设置 结合研究区的水环境现状，对水动力比较薄弱的河道进行了连通整治，见图1。在3.2节的基础上得到了最佳水环境调度方案，把这个方案应用于水系连通后的水环境模拟。选取裤子港片、天星横河片和新开港片为研究对象，对开发区水系连通整治之后的河网水环境调度效果从水质方面进行了模拟分析。 1) 水系连通后自流引水调度 丰水期和枯水期的调度方案见表6和表7，计算模型包括647条河段、568个河道节点、7个通江排水口和7个内河排水口，选择氨氮作为水环境指标，河网氨氮初始浓度设置为10 mg/L，计算时间为18 d，其余模型设置与水系连通前一致。 Table 6 Setting of artesian water diversion scheduling scheme in wet seaso 裤子港 营船港闸 富民港出江闸 新开闸 南通农场闸 东方红出江闸 团结闸 开启条件 外河低于内河排水 外河高于内河引水 外河低于内河排水 外河低于内河排水 关闭 关闭 关闭 开启高度(m) 1 1.5 1.5 0.6 关闭 关闭 关闭 表6. 丰水期调水引流方案 Table 7 Setting of artesian water diversion scheduling scheme in dry seaso 裤子港 营船港闸 富民港出江闸 新开闸 南通农场闸 东方红出江闸 团结闸 开启条件 外河低于内河排水 关闭 外河低于内河排水 外河低于内河排水 关闭 关闭 关闭 开启高度(m) 0.3 0 1 0.3 关闭 关闭 关闭 表7. 枯水期调水引流方案 2) 水系连通后动力提水调度 动力提水调度工况设计与水系连通前一致，见表5。沿江闸站全部关闭，模型其余的设置与水系连通后自流引水调度设置一致。 3.4. 水系连通方案分折 1) 水系连通后自流引水调度方案分析 以恢复到IV类水质标准氨氮浓度1.5 mg/L为目标，丰水期整治前东方竖河监测断面氨氮浓度恢复IV类水标准需要5 d 5 h，整治后氨氮浓度恢复IV类水标准只需2 d 15 h。整治前长洪河监测断面氨氮浓度恢复IV类水标准需要5 d 19 h，整治后氨氮浓度恢复IV类水标准需要4 d 6 h，稀释的时间大大缩短，见图12和图13。枯水期整治前东方竖河监测断面氨氮浓度恢复IV类水标准需要3 d 10 h，整治后氨氮浓度恢复IV类水标准只需1 d 4 h。整治前长洪河监测断面氨氮浓度恢复IV类水标准需要5 d 21 h，整治后氨氮浓度恢复IV类水标准需要3 d 16 h，稀释的时间也大大缩短，见图14和图15。 图12. 东方竖河监测断面丰水期整治前后氨氮浓度变化 图13. 长洪支河监测断面丰水期整治前后氨氮浓度变化 图14. 东方竖河监测断面枯水期整治前后氨氮浓度变化 图15. 长洪支河监测断面枯水期整治前后氨氮浓度变化 2) 水系连通后动力提水调度方案分析 整治前东方竖河监测断面氨氮浓度恢复IV类水标准需要4 d 3 h，整治后氨氮浓度恢复IV类水标准只需3 d 3 h (图16)。整治前长洪河监测断面氨氮浓度恢复IV类水标准需要5 d 12 h，整治后氨氮浓度恢复IV类水标准需要3 d 15 h (图17)，稀释的时间大大缩短。