昆山市张浦镇唐村联圩活水畅流方案研究

胡继刚 ，苏 晨 ，陈 晨 ，陆 建

(1．河海大学设计研究院有限公司，江苏 南京 210098；2．太仓市人民政府陆渡街道办事处，江苏 苏州 215412)

0 引 言

唐村联圩位于昆山市张浦镇西北部，圩内人口密集，工业企业聚集。近年来，随着社会经济的发展，生活、工业污水排放入河量逐渐增加，而圩区现状河道淤积严重，纵横河道沟通不足，河道水体流动不畅，河道自净能力有限，水环境问题日益突出。针对这一问题，在加强镇区污染源治理的同时，分析镇内河道与骨干外河引排水势，总结近年来镇内调水经验和存在的不足，研究加强联圩现有水利工程联合调度方案，发挥现有水利工程综合效益，外引清水补给，内部加强水系畅通，增强圩内河道与外河的水力联系，促进水体有序流动，通过水资源的优化调度，增加城区河道水环境容量，缓解水环境压力，为改善水环境提供基础条件，达到人与自然的和谐，保障经济社会的可持续发展[1-3]。

1 水力计算模型

工程实施所在的张浦镇唐村联圩受周边圩堤隔离，水系相对封闭，因此本次模型以唐村联圩所在区域为概化范围，总面积16.61km2。计算区域河网纵横，水流互相连通，是典型的非恒定流，采用MIKE11水动力模块(HD)建立一维水力学演进模型进行模拟[4-5]。

1.1 模型构建

根据区域水利工程现状及规划情况，模型计算共布置概化河道45条，计算断面572个，闸、站等控制建筑物15个。河网及水利工程概化模型见图1。

图1 河网及水利工程概化模型图

1.2 边界条件及参数

1)初始条件：圩内初始水位采用常水位2.8m，流量为0；圩外河道水位采用2.8m，流量为0。

2)边界条件：主要为闸、站，其中水闸按过流公式计算，泵站流量根据方案给出的实际流量。

3)计算参数：河道糙率参照项目区附近同类项目综合确定糙率，取0.023；时间步长ds取1s。

2 活水畅流方案设计

2.1 方案一：“北引南排”方案

1)主要工程措施

结合乡镇水系规划及河道现状，对圩区河道进行清淤疏浚、水系联通，提升圩内河网水力连通性，共计新开河道10.20km，疏浚河道15.25km。

工程总投资约5406万元，年运行费用约689万元。

2)具体调度方案

唐村联圩活水方向为“北引南排”，从吴淞江引水，向南排入富丽塘，利用吴淞江沿线的防洪闸引水，利用富丽塘沿线排涝泵站向圩外排水。由于圩内河道纵横交错，拟错开引排水时间，即先开启南港闸站、粮厍闸站、东塘村闸站排涝泵站，泵站总流量为13.8m3/s，排水1h，抽排水量约4.97万m3，圩内水位降低4cm，再开启吴淞江沿线防洪闸引水，活水时间结束后，先关闭排水泵站，等水位平稳后，再关闭引水闸。每天开机时间为12h，即上午6点至下午18点，每天活水量约占联圩总水量16%，活水周期约6.3d。

2.2 方案二：“北引东南双向排水”方案

1)主要工程措施

结合乡镇水系规划及河道现状，对圩区河道进行清淤疏浚、水系联通，提升圩内河网水力连通性，共计新开河道10.20km，疏浚河道15.25km；

在大直港与乌家江相交处设置乌家江闸站，闸站设计流量7m3/s，节制闸为2孔，单宽6m。工程主要功能为通过节制闸封闭圩区水域，通过泵站从东侧的大直港引水，加强圩区南部河道活水。

新建工程总投资约6456万元，年运行费用约864万元。

2)具体调度方案

唐村联圩活水方向为“北引东南双向排水”，从北部吴淞江引水，向南排入富丽塘，向东排入大直港，利用吴淞江沿线的防洪闸引水，利用富丽塘沿线排涝泵站及大直港处乌家江闸站向圩外排水。由于圩内河道纵横交错，拟错开引排水时间，即先开启南港闸站、粮厍闸站、东塘村闸站、乌家江闸站排涝泵站，泵站总流量为17.3m3/s，排水1h，抽排水量约6.23万m3，圩内水位降低5cm，再开启吴淞江沿线防洪闸引水，活水时间结束后，先关闭排水泵站，等水位平稳后，再关闭引水闸。每天开机时间为12h，即上午6点至下午18点，每天活水量约占联圩总水量19%，活水周期约5.3d。

2.3 方案三：“北西双向引水南排”方案

1)主要工程措施

结合乡镇水系规划及河道现状，对圩区河道进行清淤疏浚、水系联通，提升圩内河网水力连通性，共计新开河道10.20km，疏浚河道15.25km；

在吴淞江沿岸设置梅家库、一号中心河、北港闸活水泵站，在西侧界浦港设置安村河活水泵站，共计设计流量16m3/s。工程主要功能为通过泵站向圩区补充清水。

在富丽塘沿岸设置陶家库闸、竖头江南闸，水闸规模均为3m×6m.工程主要功能为通过节制闸封闭圩区水域，换水时排水圩内流动不畅水体。

新建工程总投资约8306万元，年运行费用约799万元。

2)具体调度方案

唐村联圩活水方向为“北西双向引水南排”，从北部吴淞江、西部界浦港引水，向南排入富丽塘，利用吴淞江、界浦港沿线设置的活水泵站引水，利用富丽塘沿线水闸向圩外排水。由于圩内河道纵横交错，拟错开引排水时间，即梅家库、一号中心河、北港闸、安村河活水泵站，泵站总流量为16m3/s，引水1h，引水量约5.76万m3，圩内水位升高约4.2cm，再开启富丽塘沿线水闸排水，活水时间结束后，先关闭引水泵站，等水位平稳后，再关闭拍水闸。每天开机时间为12h，即上午6点至下午18点，每天活水量约占联圩总水量17%，活水周期约5.9d。

图2 活水方案1示意图

图3 活水方案2示意图

图4 活水方案3示意图

3 方案效果分析

利用MIKE11模型对唐村联圩活水畅流方案进行模拟分析，不同方案流速成果见表1。

现状工况：由于存在较多断头河浜，圩内河道流速分布杂乱。在骨干河道，如一号中心河、二号中心河等，河道联通性较好或布置排涝泵站活水河段，河道流速较快，但断头河浜、流通性差的河段流速很小，基本不流动。现状工况下，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 不同方案流速成果统计表

规划方案一：通过圩内清淤疏浚、水系联通，圩内河道流速有所改善。南北向河道流速分布较优，但是横向河道流速较差，如乌家江、管家厍河等，河道流速较小；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%。

规划方案二：内部水系畅通后，通过布置乌家江闸站，进一步增加圩内横向河道流动性，骨干河道流速显著增加，乌家江、管家厍等河道流速可达到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%。

规划方案三：采用规划活水泵站补水工况下，河道流速进一步增加，一号中心河、二号中心河等骨干河道流速基本达到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 活水方案选取

从流速计算成果看，方案一水系畅通后，采用现状活水方案，河道流动性较现状有所提高，但东西向河道水动力不足，河道流速增加不明显；方案二通过增加乌家江闸站，向东排入大直港，纵横向河道流速分布优于方案一，死水区河段比方案一少；方案三北部采用规划活水泵站补水，南部增加水闸排水，河道流动性显著增加，纵向骨干河道流速基本可达到10cm/s左右，河道死水区最少。

从活水周期看，三种方案活水周期在5-6d，方案一引排流量较小，活水周期稍长；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。

从工程投资和运行成本看，方案一仅进行河道疏浚、水系连通，工程投资最省，且利用现有闸、站运行成本不高，但河道流速提升不明显；方案二在河道疏浚、连通基础上，东侧大直港布置排水闸站，工程投资和运行成本有所提高，但河道流动性提升显著；方案三通过新建活水泵站、排水闸等工程措施，活水效果最好，但工程投资最高，工程量大，工期较长。

综上所述，推荐方案二作为本工程活水畅流方案。

5 结 语

1)采用张浦镇唐村联圩一维河网水动力模型，模拟了三种不同活水畅流方案下唐村联圩河网流速分布，根据河道流速、活水周期、工程投资、运行费用等因素比选确定“北引东南双向排水”的最优活水畅流方案，为唐村联圩水环境治理与保护提供了科学依据。

2)通过河道清淤疏浚、水系连通，局部增加引排泵站等工程措施能够有效促进水体有序流动，提高区域水体流速，增加区域水环境容量，缓解水环境压力。

3)发挥现有水利工程综合效益，局部增加引排工程，减少大规模工程建设投资，在经济合理的基础上完成区域活水畅流效果。