基于水环境与活水优化的城市水系水网综合提升技术研究

林宗昆

(肇庆市大旺经济综合开发区机电排灌总站，广东 肇庆 526000)

1 工程概况

根据《肇庆高新区国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》的内容，高新区将加快宜居宜业新城建设，构建生产、生态、生活相融合的科技工业新城。内河水网是城市的动脉，宜居宜业新城建设与差异化发展对高新区水网布局、水环境与活水格局的优化提出了新的需求[1-3]。

“十三五”时期高新区水环境质量虽然总体良好并持续改善，但水环境改善基础仍不牢固，水环境质量改善任务依然艰巨，仍存在城市河涌、渠道生态水量不足等突出问题和短板。如竹仔渠、东一支渠沿岸部分城区雨污管网设施相对落后，水系整体水质有待改善，为统筹水安全保障，构建布局合理，充分开发利用活水资源、提高水系生态流量，雨、污水管网设施改造迫在眉睫。

2 水环境优化提升设计分析

2.1 方案设计

为了改善肇庆高新区内河涌水生态环境质量，针对雨污管网系统不完善，枯水期来水量和水质不稳定，园区活水资源利用不充分等问题，提出控源截污、优化调度的水环境优化思路。除了需要科学运用龙王庙水库补水之外，最为关键的是控制污染源，减少污染物质排放量。为此，提出如下几套组合整改方案，主要从内源治理和外源治理两方面提出。内源治理采取河道清淤疏浚和生态修复方法。外源治理涉及3套方案，方案1为所有排污口实现一级A排放标准；方案2为所有排污口实现Ⅴ类排放标准；方案3为方案1和方案2之间的折中方案，COD排放浓度取45.0 mg/L，氨氮排放浓度取2.5 mg/L。

2.2 效果评估

2.2.1 供需平衡分析

采用水动力水质模型，计算在各个方案下需要龙王庙水库补水量，根据龙王庙水库不同频率来水量和各方案年补水量进行供需平衡分析，结果见表1。由表1可知，在方案1满足一级A排放标准下龙王庙水库无法满足河涌内生态环境补水需求；方案2满足Ⅴ类水排放标准下龙王庙水库来水可以满足河涌内生态环境补水需求；方案3折中方案下只有95%保证率不能满足补水需求，但一般生态环境需水量保证率在85%～90%之间，可以看出方案3能够满足补水需求。

表1 不同方案下水量供需平衡分析水量 万m3

2.2.2 水库调度分析

龙王庙水库是一个年调节水库，只有年来水量满足河涌生态补水需求时，再开展年内的水库调节调度，同时实现水资源最大化利用。

结合龙王庙水库补水运行方式，得出只有在方案2和方案3条件下，龙王庙水库年来水能够满足补水需求，根据不同频率的月来水过程进行水库生态补水调度。

方案2和方案3水量调度结果如下：方案2多年平均不存在缺水问题，但50%保证率，枯水期2月和3月缺水，缺水量为28.3万m3；75%保证率，3月份缺水33.5万m3；90%保证率，枯水期12月、次年1月、次年2月、次年3月缺水，总缺水量267.2万m3。方案3的缺水量较大，多年平均1月、2月、3月缺水，总缺水量277.4万m3；50%保证率，枯水期12月、次年1月、次年2月、次年3月缺水，总缺水量为568.2万m3；75%保证率，枯水期12月、次年1月、次年2月、次年3月缺水，总缺水量566.0万m3；90%保证率，枯水期11月、12月、次年1月、次年2月、次年3月缺水，总缺水量807.1万m3。因此，从补水效果来看方案2优于方案3。

2.3 建 议

方案2拟定废污水排放标准达到V类水标准，在此种情况下出现缺水问题，主要是由于龙王庙水库补给水量有限。因此，应进一步完善雨、污分流设施，结合污水处理提标改造和资源化利用，减少对内河涌的污染物质排放量，降低对龙王庙水库生态补水的需求。同时可以考虑拦截西北园区活水并通过管网引入老城区河涌及景观湖、通过水系连通引入江河活水来源，提高活水补充流量。

基于水环境优化方案研究成果，针对高新区水环境问题，可以通过加强龙王庙水库库区管控、拦截区外污水、严格排污监管、强化水质处理、河道清淤修复、引入新的活水来源等措施对水环境进行提升，以保证水环境优化方案实现预期效果。

3 活水优化措施分析

3.1 控制指标及提升思路

参考规范及国内活水工程的案例，确定将水体交换周期作为活水控制指标。高新区内调蓄湖的水体交换周期按照不超过30 d控制，内河涌的水体交换周期按照不超过10 d控制。充分考虑内河涌、水库之间的水力联系，构建分区合理、功能完备、工程优化、保障有力的活水格局，精准化调度方案，实现工业区、生活区、生态区差异化发展，盘活整个水系渠网，实现肇庆高新区活水流量提升、水生态环境改善。

针对中心城区竹仔渠、兴旺河远离骨干活水路径、活水效果不佳、水网内部现状缺少节点控制工程、对水系调度的整体掌控不足等问题，提出构建分区、优先保障核心区、分片区管控，逐步盘活全区水系水生态的活水优化提升思路。

3.2 提升方案比选

3.2.1 方案设计

优化方案一：考虑新建东一支渠南、北节制闸、东排渠节制闸、兴旺河节制闸等实施后的工况。现有活水工程仍按照现状调度规则进行活水，北片区除一村水闸外其他节制闸全开，保证活水路径畅通，白沙电排站和独河泵站群全关，北江水位低于围内水位，独河水闸以现状规则调度，维持内河涌2 m景观水位。优化方案二：拟在方案一的基础上，于东排渠节制闸处增加提水泵。龙王庙枯水期补水时段内开泵引水，将东排渠白沙排渠以南的渠水引至北部片区，增加北部工业区长岸排渠和东排渠上下游水动力和水体交换率。

3.2.2 效果分析

利用水动力模型模拟活水优化方案的实施效果，以水体交换周期为控制指标，重点分析优化方案对北部工业区、西北片区产业园、中心城区、东部工业区的活水改善效果。结合水环境优化方案研究成果，在此基础上选择龙王庙水库下泄过程以补水方案2作为来水过程，分析评估50%保证率来水条件下枯水期和丰水期的实施效果。如图1～图3所示。

图1 50%来水枯水期优化方案一的水体交换率

图2 50%来水丰水期优化方案一的水体交换率

图3 50%来水枯水期优化方案二的水体交换率

根据优化方案模拟评估结果可知，50%保证率来水条件下，优化方案一可在枯水期重点保障中心城区的湖库、河涌水体交换周期，满足指标要求，白沙排渠下游、长岸排渠等工业区河涌的水体交换周期不能保证，丰水期内河涌、湖库的水体交换周期均可保证。方案一在枯水期重点保障中心城区的活水效果，丰水期保障整个区域的活水效果，园区水环境会有较明显的提升；方案二在方案一的基础上，枯水期可缩短白沙排渠下游、长岸排渠的水体交换周期，且实现了高新区部分主要渠道的活水流量提高，进一步改善整个高新区的水生态效果。

3.3 方案优化设想

在上述方案二的工况下，补水来源依然单一，仅靠龙王庙水库调蓄补水，园内西北片区排渠活水流量、中心城区竹仔渠和兴旺河补水效果仍需提高，可以进一步研究竹仔渠和兴旺河连通，江河水系连通及西北部山区活水拦截引入罗湖西排渠等的可行性，实现分片区补水，盘活中心城区及西北部区域的水系水生态，充分利用园区生态活水资源。

4 结 语

本文在现状调查与评价的基础上，分析了肇庆高新区水环境、活水现状存在的问题，结合高新区未来发展规划和空间需求，针对现状问题与空间需求提出了水环境优质提升建议，拟定了水环境、活水调度优化方案，并利用水动力模型对方案实施效果进行了模拟评估，对水环境、活水流量提升进行了研究、探讨，为骨干水网的管理与科学调度提供参考。