江阴市城区活水工程规划研究

郑和震，吴从林，刘 鑫

(1.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010； 2. 长江空间信息技术工程有限公司(武汉)，湖北 武汉 430010)

1 概述

江阴市北滨长江、南近太湖，是典型的平原河网地区，并且因水而兴，是我国经济最发达、发展最快的县市之一。江阴市城区历史上是个水城，水系纵横交错、风景优美。20世纪80年代后，随着经济社会快速发展，出现水系割裂、水动力不足、水环境恶化、水生态系统破坏等问题，严重制约城区绿色发展、影响城市形象[1]。为解决此问题，江阴市正在实施城区水环境综合治理项目，包括污水系统提质增效、水污染控制、水生态修复、引水活水等工程。

“活水”即向污染严重的城市河道中引入水质较好的外源水，可促进水质改善，是城市水环境治理的重要措施[2]。国内外针对活水工程开展了大量研究与实践，比如：日本[3]从利根川和荒川引水进入隅田川改善其水质，美国[4]从哥伦比亚河引水进入摩西湖改善其水质，上海[5]实施引清调水工程改善苏州河水质，福州[6]从闽江引水进入城区内河消除河道黑臭，张燕[7]研究提出了常州市新北区北部高铁片区活水工程规划方案，费晓磊[8]研究提出了嘉兴市区河网活水工程调度方案以改善水环境，苗柱伟[9]分析了敦煌月牙泉恢复补水工程的效益，贾国华[10]研究提出了聊城市水系连通工程方案，王朝勇等[11]在苏州市中心城区提出了清水工程以改善水环境，赵强等[12]基于水动力水质模型确定了无为县环城河活水工程引水规模，保障水质改善目标的实现。

江阴市城区活水工程是江阴市城区水环境综合治理项目的重要组成部分，可增加河道水动力条件，为河道增加水环境容量、修复水生态系统等提供支撑[13- 14]。本研究立足江阴市城区水系现状及问题，以水环境改善为目标，提出活水工程规划方案，为江阴市城区活水工程的实施提供支撑，也可为其它城市活水工程规划提供参考。

2 城区水系现状及问题

2.1 研究区域概况

江阴市地处长三角沪宁杭城市群中心地带，北滨长江，南近太湖，东连张家港、常熟市，西邻常州市，是江苏沿江城市带与泰锡宜城镇发展轴交汇处，也是苏锡常都市圈向苏中、苏北经济辐射的必经通道，经济社会发展水平较高，总面积987.5 km2。江阴市城区主要位于澄江街道，北至长江，西至老夏港河，东到白屈港，南与南闸街道、云亭街道等接壤，面积76.95 km2。

2.2 水系布局现状及主要问题

(1)水系布局及水环境现状

江阴市属于典型的平原河网地区，城区河网密布，经梳理主要有53条河道和8个湖泊，基本信息见表1和表2。城区现状骨干河道呈“三横三纵”格局，“三横”为西横河、东横河和应天河，“三纵”为老夏港河、锡澄运河和白屈港，如图1所示。城区骨干河道“三横三纵”格局将城区分为5个排水片区，见图1和表3，城区排水方向为北排长江，南北向河道为主要排涝河道，东西向河道主要起沟通水系的功能。

图1 江阴市城区活水方式图

表3 江阴市城区5个排水片区信息表

表2 江阴市城区8个主要湖泊特征表

根据江阴市城区河道管理要求，城区河湖的水质目标除白屈港达到地表水Ⅲ类标准外，其余河湖均应达到地表水Ⅳ类标准。2019年7月，对江阴市城区河湖共布设了84个监测点位，经过水质检测分析，仅有21条河道和3个湖泊水质达标，水环境质量总体较差。江阴市城区目前有28条黑臭河道亟需整治。

(2)水系主要问题

江阴市城区河湖水系割裂严重，目前存在28条断头浜和2条死浜，而且河道上闸站林立；城区河湖水系受长江潮位变化影响大，长期高水位顶托，水动力条件较弱，水体流动性较差，水势流向比较复杂；城区河湖水系水体污染严重，水质普遍较差，水体黑臭现象严重。

2.3 活水工程现状及主要问题[15]

(1)活水工程现状

江阴市城区澄西片区(老夏港河—锡澄运河之间)尚未开展活水循环工程，仅澄东片区(锡澄运河—白屈港之间)通过黄山港闸站及白屈港套闸引调长江水进入城区河道。其中，黄山港闸站引水流量8 m3/s，每日从长江引水8h，可在一定程度上改善黄山港、东横河、澄塞河、东城河、东转河、应天河、北潮河、运粮河、秦泾河、东风河等10条河流的水质；白屈港闸站引水流量约80 m3/s，每周从长江引水5d，主要供应无锡市区及东侧澄锡虞高片水系，引水并不进入江阴市城区。此外，无锡市正在建设锡澄片骨干河网畅流活水工程，在锡澄运河入长江处新建锡澄运河闸站，设计流量为120m3/s，引长江水南流进入无锡市。

(2)活水工程主要问题

黄山港活水工程主要针对城东片区骨干河道，活水范围和水质改善效果有限；白屈港活水工程和锡澄片骨干河网畅流活水工程对江阴市城区河道几乎无作用。因此，仅靠目前的活水工程，无法使江阴市城区河湖水质全部达到水质管理目标标准。

3 城区活水工程规划

文章主要从规划原则、活水工程条件分析、活水路线、活水需水量、活水工程布局、活水设施规模、活水效果分析等7个方面简介江阴市城区活水工程规划方案。

3.1 规划原则

(1)局部服从整体，合理布局

江阴市城区活水工程应与无锡市整体活水工程的要求相协调，基于土地利用需求合理布局，并充分利用现有水利设施，在满足活水需求的前提下尽量减少工程建设。

(2)统筹兼顾，安全优先

江阴市城区活水工程应兼顾水资源、水安全、水环境、水生态、水景观、水管理等各方面的综合效益，优先保障水安全，并确保水源水质应不低于活水河道的水质。

(3)分片活水，提高效率

江阴市城区活水工程应遵循现状水系格局，分片区优化活水水源及活水路径，满足“引得进、流得动、排得出”的要求，提高活水效率，全面巩固和提升城市水环境。

(4)远近结合，分期实施

江阴市城区活水工程应满足当前环境保护与经济社会发展需要，又充分兼顾将来生态环境与经济社会发展需求，为远期发展预留空间，按轻重缓急要求分期实施活水工程。

3.2 活水工程条件分析

(1)水源条件分析

长江江阴段在三峡工程蓄水后多年平均径流量为8148亿m3，有足够的可供水量；水质总体评价为Ⅱ类，水质优良，可作为江阴市城区的主要活水水源。长江水引入城区后流经白屈港、黄山港、东横河、锡澄运河、西横河等骨干河道，可作为其相邻河道的活水水源。

此外，澄西污水处理厂尾水规划于2020年完成尾水提标工作(准IV类)，水量为3.5万m3/d。为了促进水资源的高效利用，远期可利用澄西污水处理厂尾水进入望江公园景观湖净化后作为辅助水源补水。

(2)控制建筑物条件分析

江阴市城区骨干河道上的主要控制建筑物有1个水利枢纽、1个套闸、3座闸站、6座闸门，见表4。其它河道上布设约30座建筑物，有排涝站、挡水坝、节制闸等，可作为活水工程的重要支撑条件。通过合理新建或改建闸门、泵站等控制建筑物，可以实现活水工程调度。

表4 江阴市城区主要闸站基本情况表

3.3 活水路线

(1)活水方式

根据国内外活水工程研究与实践情况，结合江阴市城区河道实际条件，提出“大水系大循环，小水系小循环”的活水理念，实行分片活水。其中，“大水系大循环”是指相邻水系间隔不远，可通过新建明渠或管涵连通，在必要处布设闸站控制水流；“小水系小循环”是指对于末端与相邻水系间隔较远的断头浜，通过明渠或管涵与邻近水系连通难以实现的情况，可新建泵站及输水管将下游水体输送至支流上游，依靠水体回流实现活水。

(2)活水路线总体情况

通过宏观分析江阴市城区引排水格局，依托 “三横三纵”水系总体布局，按上述活水理念，共提出18条活水路线，如图2所示。其中，“大水系大循环”路线12条，“小水系小循环”路线6条；近期活水路线15条，远期活水路线3条。

图2 江阴市城区活水路线图

3.4 活水需水量

根据相关研究和应用实践，活水需水量一般可用水质达标稀释法、水文学法中Tennant法和槽蓄法[16]进行计算。水质达标稀释法适用于污染情况持续存在、且短期内无法改善的河道。由于江阴市城区河道正在实施水污染控制工程，预计工程实施后，河道污染情况会显著改善；而江阴市城区多条河道为断头浜或死浜，流量近乎为0，且许多河道缺乏流量记录数据，因此，本项目采用槽蓄法计算各河道活水需求量。

采取槽蓄法计算活水规模，即根据河槽形状及河底高程等实测资料，测算出每条河道在目标水位下的槽蓄量，考虑蒸发渗漏损失和换水量，得到各河道生态恢复的生态需水量。通过计算，得出一次活水总需水量为242.2万m3，其中，排水I、II、III、IV、V区河道总需水量分别为26.9、20.6、84.9、56.6、53.2万m3。

3.5 活水工程布局

针对各活水路线，从工程建设条件、安全性、经济性、运行管理等多方面考虑，充分利用现有工程，合理布局明渠、管涵、闸站建设工程。根据各活水路线工程布局统计：近期新建泵站9座，改建泵站1座，新建闸泵结合站2座，新建闸门5座，改建挡水坝为闸门1座，新建生态堰1座；新建明渠3189m，改建明渠2014m；新建管涵7531m，改建管涵1470m。远期新建泵站1座，新建明渠1388m，改建明渠300m，新建管涵270m。

3.6 控制建筑物规模

根据各河道需水量及城区调度管理要求，应在1～2天内完成一次活水调度，并结合建设场地面积、现状河道/管涵过流能力等因素，确定2座闸泵结合站、11座泵站、6座闸门共19座控制建筑物的规模，见表5。

表5 江阴市城区活水控制建筑物规模

3.7 活水效果分析

基于水力学原理[17]建立江阴市城区河网一维水动力模型，分析活水工程对河道水动力条件的改善效果。经计算，18条活水路线的河道最大流速达0.05～0.25m/s，说明活水工程能显著增强水动力条件，为河道增加水环境容量、修复水生态系统等提供支撑。

4 分析讨论

已有研究与实践表明活水工程对城市河道水环境改善具有较好作用，是当前城市水环境治理的重要措施。为解决江阴市城区水环境问题，江阴市正规划实施城区水环境综合治理项目，活水工程作为重要组成部分，可增加河道水动力条件，为河道增加水环境容量、修复水生态系统等提供支撑。因此，研究提出了江阴市城区18条活水路线，计算了活水需水量，布局了明渠、管道、闸站等工程，确定了控制建筑物的规模，分析了活水效果，形成了活水工程规划方案。

下一步，需基于河道水环境改善目标、活水路线和控制建筑物规模等研究，提出科学的活水调度方案，并与政府相关部门密切配合开展活水工程设计工作，推动江阴市城区活水工程尽快实施，实现城区活水工程改善河道水环境的目标。

5 结论

江阴市为解决城区河湖水系割裂、水动力不足、水环境恶化、水生态系统破坏等问题，正规划实施水环境综合治理项目。针对项目重要组成部分的活水工程措施，基于江阴市城区河湖水系现状及问题，通过科学论证提出活水工程规划方案。基于建模分析，活水工程可使河道最大流速达0.05～0.25m/s，能显著增强水动力条件，为河道增加水环境容量、修复水生态系统等提供支撑。

江阴市城区活水工程规划方案为活水工程的实施提供指导，同时为其它城市活水工程规划提供参考。目前，尚未提出科学的活水调度方案，需继续开展深入研究，从而深化活水工程规划方案。