鄭和震，吳從林，劉 鑫

(1.長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010； 2. 長江空間信息技術工程有限公司(武漢)，湖北 武漢 430010)

1 概述

江陰市北濱長江、南近太湖，是典型的平原河網(wǎng)地區(qū)，并且因水而興，是我國經(jīng)濟最發(fā)達、發(fā)展最快的縣市之一。江陰市城區(qū)歷史上是個水城，水系縱橫交錯、風景優(yōu)美。20世紀80年代后，隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展，出現(xiàn)水系割裂、水動力不足、水環(huán)境惡化、水生態(tài)系統(tǒng)破壞等問題，嚴重制約城區(qū)綠色發(fā)展、影響城市形象[1]。為解決此問題，江陰市正在實施城區(qū)水環(huán)境綜合治理項目，包括污水系統(tǒng)提質增效、水污染控制、水生態(tài)修復、引水活水等工程。

“活水”即向污染嚴重的城市河道中引入水質較好的外源水，可促進水質改善，是城市水環(huán)境治理的重要措施[2]。國內外針對活水工程開展了大量研究與實踐，比如：日本[3]從利根川和荒川引水進入隅田川改善其水質，美國[4]從哥倫比亞河引水進入摩西湖改善其水質，上海[5]實施引清調水工程改善蘇州河水質，福州[6]從閩江引水進入城區(qū)內河消除河道黑臭，張燕[7]研究提出了常州市新北區(qū)北部高鐵片區(qū)活水工程規(guī)劃方案，費曉磊[8]研究提出了嘉興市區(qū)河網(wǎng)活水工程調度方案以改善水環(huán)境，苗柱偉[9]分析了敦煌月牙泉恢復補水工程的效益，賈國華[10]研究提出了聊城市水系連通工程方案，王朝勇等[11]在蘇州市中心城區(qū)提出了清水工程以改善水環(huán)境，趙強等[12]基于水動力水質模型確定了無為縣環(huán)城河活水工程引水規(guī)模，保障水質改善目標的實現(xiàn)。

江陰市城區(qū)活水工程是江陰市城區(qū)水環(huán)境綜合治理項目的重要組成部分，可增加河道水動力條件，為河道增加水環(huán)境容量、修復水生態(tài)系統(tǒng)等提供支撐[13- 14]。本研究立足江陰市城區(qū)水系現(xiàn)狀及問題，以水環(huán)境改善為目標，提出活水工程規(guī)劃方案，為江陰市城區(qū)活水工程的實施提供支撐，也可為其它城市活水工程規(guī)劃提供參考。

2 城區(qū)水系現(xiàn)狀及問題

2.1 研究區(qū)域概況

江陰市地處長三角滬寧杭城市群中心地帶，北濱長江，南近太湖，東連張家港、常熟市，西鄰常州市，是江蘇沿江城市帶與泰錫宜城鎮(zhèn)發(fā)展軸交匯處，也是蘇錫常都市圈向蘇中、蘇北經(jīng)濟輻射的必經(jīng)通道，經(jīng)濟社會發(fā)展水平較高，總面積987.5 km2。江陰市城區(qū)主要位于澄江街道，北至長江，西至老夏港河，東到白屈港，南與南閘街道、云亭街道等接壤，面積76.95 km2。

2.2 水系布局現(xiàn)狀及主要問題

(1)水系布局及水環(huán)境現(xiàn)狀

江陰市屬于典型的平原河網(wǎng)地區(qū)，城區(qū)河網(wǎng)密布，經(jīng)梳理主要有53條河道和8個湖泊，基本信息見表1和表2。城區(qū)現(xiàn)狀骨干河道呈“三橫三縱”格局，“三橫”為西橫河、東橫河和應天河，“三縱”為老夏港河、錫澄運河和白屈港，如圖1所示。城區(qū)骨干河道“三橫三縱”格局將城區(qū)分為5個排水片區(qū)，見圖1和表3，城區(qū)排水方向為北排長江，南北向河道為主要排澇河道，東西向河道主要起溝通水系的功能。

圖1 江陰市城區(qū)活水方式圖

表3 江陰市城區(qū)5個排水片區(qū)信息表

表2 江陰市城區(qū)8個主要湖泊特征表

根據(jù)江陰市城區(qū)河道管理要求，城區(qū)河湖的水質目標除白屈港達到地表水Ⅲ類標準外，其余河湖均應達到地表水Ⅳ類標準。2019年7月，對江陰市城區(qū)河湖共布設了84個監(jiān)測點位，經(jīng)過水質檢測分析，僅有21條河道和3個湖泊水質達標，水環(huán)境質量總體較差。江陰市城區(qū)目前有28條黑臭河道亟需整治。

(2)水系主要問題

江陰市城區(qū)河湖水系割裂嚴重，目前存在28條斷頭浜和2條死浜，而且河道上閘站林立；城區(qū)河湖水系受長江潮位變化影響大，長期高水位頂托，水動力條件較弱，水體流動性較差，水勢流向比較復雜；城區(qū)河湖水系水體污染嚴重，水質普遍較差，水體黑臭現(xiàn)象嚴重。

2.3 活水工程現(xiàn)狀及主要問題[15]

(1)活水工程現(xiàn)狀

江陰市城區(qū)澄西片區(qū)(老夏港河—錫澄運河之間)尚未開展活水循環(huán)工程，僅澄東片區(qū)(錫澄運河—白屈港之間)通過黃山港閘站及白屈港套閘引調長江水進入城區(qū)河道。其中，黃山港閘站引水流量8 m3/s，每日從長江引水8h，可在一定程度上改善黃山港、東橫河、澄塞河、東城河、東轉河、應天河、北潮河、運糧河、秦涇河、東風河等10條河流的水質；白屈港閘站引水流量約80 m3/s，每周從長江引水5d，主要供應無錫市區(qū)及東側澄錫虞高片水系，引水并不進入江陰市城區(qū)。此外，無錫市正在建設錫澄片骨干河網(wǎng)暢流活水工程，在錫澄運河入長江處新建錫澄運河閘站，設計流量為120m3/s，引長江水南流進入無錫市。

(2)活水工程主要問題

黃山港活水工程主要針對城東片區(qū)骨干河道，活水范圍和水質改善效果有限；白屈港活水工程和錫澄片骨干河網(wǎng)暢流活水工程對江陰市城區(qū)河道幾乎無作用。因此，僅靠目前的活水工程，無法使江陰市城區(qū)河湖水質全部達到水質管理目標標準。

3 城區(qū)活水工程規(guī)劃

文章主要從規(guī)劃原則、活水工程條件分析、活水路線、活水需水量、活水工程布局、活水設施規(guī)模、活水效果分析等7個方面簡介江陰市城區(qū)活水工程規(guī)劃方案。

3.1 規(guī)劃原則

(1)局部服從整體，合理布局

江陰市城區(qū)活水工程應與無錫市整體活水工程的要求相協(xié)調，基于土地利用需求合理布局，并充分利用現(xiàn)有水利設施，在滿足活水需求的前提下盡量減少工程建設。

(2)統(tǒng)籌兼顧，安全優(yōu)先

江陰市城區(qū)活水工程應兼顧水資源、水安全、水環(huán)境、水生態(tài)、水景觀、水管理等各方面的綜合效益，優(yōu)先保障水安全，并確保水源水質應不低于活水河道的水質。

(3)分片活水，提高效率

江陰市城區(qū)活水工程應遵循現(xiàn)狀水系格局，分片區(qū)優(yōu)化活水水源及活水路徑，滿足“引得進、流得動、排得出”的要求，提高活水效率，全面鞏固和提升城市水環(huán)境。

(4)遠近結合，分期實施

江陰市城區(qū)活水工程應滿足當前環(huán)境保護與經(jīng)濟社會發(fā)展需要，又充分兼顧將來生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟社會發(fā)展需求，為遠期發(fā)展預留空間，按輕重緩急要求分期實施活水工程。

3.2 活水工程條件分析

(1)水源條件分析

長江江陰段在三峽工程蓄水后多年平均徑流量為8148億m3，有足夠的可供水量；水質總體評價為Ⅱ類，水質優(yōu)良，可作為江陰市城區(qū)的主要活水水源。長江水引入城區(qū)后流經(jīng)白屈港、黃山港、東橫河、錫澄運河、西橫河等骨干河道，可作為其相鄰河道的活水水源。

此外，澄西污水處理廠尾水規(guī)劃于2020年完成尾水提標工作(準IV類)，水量為3.5萬m3/d。為了促進水資源的高效利用，遠期可利用澄西污水處理廠尾水進入望江公園景觀湖凈化后作為輔助水源補水。

(2)控制建筑物條件分析

江陰市城區(qū)骨干河道上的主要控制建筑物有1個水利樞紐、1個套閘、3座閘站、6座閘門，見表4。其它河道上布設約30座建筑物，有排澇站、擋水壩、節(jié)制閘等，可作為活水工程的重要支撐條件。通過合理新建或改建閘門、泵站等控制建筑物，可以實現(xiàn)活水工程調度。

表4 江陰市城區(qū)主要閘站基本情況表

3.3 活水路線

(1)活水方式

根據(jù)國內外活水工程研究與實踐情況，結合江陰市城區(qū)河道實際條件，提出“大水系大循環(huán)，小水系小循環(huán)”的活水理念，實行分片活水。其中，“大水系大循環(huán)”是指相鄰水系間隔不遠，可通過新建明渠或管涵連通，在必要處布設閘站控制水流；“小水系小循環(huán)”是指對于末端與相鄰水系間隔較遠的斷頭浜，通過明渠或管涵與鄰近水系連通難以實現(xiàn)的情況，可新建泵站及輸水管將下游水體輸送至支流上游，依靠水體回流實現(xiàn)活水。

(2)活水路線總體情況

通過宏觀分析江陰市城區(qū)引排水格局，依托 “三橫三縱”水系總體布局，按上述活水理念，共提出18條活水路線，如圖2所示。其中，“大水系大循環(huán)”路線12條，“小水系小循環(huán)”路線6條；近期活水路線15條，遠期活水路線3條。

圖2 江陰市城區(qū)活水路線圖

3.4 活水需水量

根據(jù)相關研究和應用實踐，活水需水量一般可用水質達標稀釋法、水文學法中Tennant法和槽蓄法[16]進行計算。水質達標稀釋法適用于污染情況持續(xù)存在、且短期內無法改善的河道。由于江陰市城區(qū)河道正在實施水污染控制工程，預計工程實施后，河道污染情況會顯著改善；而江陰市城區(qū)多條河道為斷頭浜或死浜，流量近乎為0，且許多河道缺乏流量記錄數(shù)據(jù)，因此，本項目采用槽蓄法計算各河道活水需求量。

采取槽蓄法計算活水規(guī)模，即根據(jù)河槽形狀及河底高程等實測資料，測算出每條河道在目標水位下的槽蓄量，考慮蒸發(fā)滲漏損失和換水量，得到各河道生態(tài)恢復的生態(tài)需水量。通過計算，得出一次活水總需水量為242.2萬m3，其中，排水I、II、III、IV、V區(qū)河道總需水量分別為26.9、20.6、84.9、56.6、53.2萬m3。

3.5 活水工程布局

針對各活水路線，從工程建設條件、安全性、經(jīng)濟性、運行管理等多方面考慮，充分利用現(xiàn)有工程，合理布局明渠、管涵、閘站建設工程。根據(jù)各活水路線工程布局統(tǒng)計：近期新建泵站9座，改建泵站1座，新建閘泵結合站2座，新建閘門5座，改建擋水壩為閘門1座，新建生態(tài)堰1座；新建明渠3189m，改建明渠2014m；新建管涵7531m，改建管涵1470m。遠期新建泵站1座，新建明渠1388m，改建明渠300m，新建管涵270m。

3.6 控制建筑物規(guī)模

根據(jù)各河道需水量及城區(qū)調度管理要求，應在1～2天內完成一次活水調度，并結合建設場地面積、現(xiàn)狀河道/管涵過流能力等因素，確定2座閘泵結合站、11座泵站、6座閘門共19座控制建筑物的規(guī)模，見表5。

表5 江陰市城區(qū)活水控制建筑物規(guī)模

3.7 活水效果分析

基于水力學原理[17]建立江陰市城區(qū)河網(wǎng)一維水動力模型，分析活水工程對河道水動力條件的改善效果。經(jīng)計算，18條活水路線的河道最大流速達0.05～0.25m/s，說明活水工程能顯著增強水動力條件，為河道增加水環(huán)境容量、修復水生態(tài)系統(tǒng)等提供支撐。

4 分析討論

已有研究與實踐表明活水工程對城市河道水環(huán)境改善具有較好作用，是當前城市水環(huán)境治理的重要措施。為解決江陰市城區(qū)水環(huán)境問題，江陰市正規(guī)劃實施城區(qū)水環(huán)境綜合治理項目，活水工程作為重要組成部分，可增加河道水動力條件，為河道增加水環(huán)境容量、修復水生態(tài)系統(tǒng)等提供支撐。因此，研究提出了江陰市城區(qū)18條活水路線，計算了活水需水量，布局了明渠、管道、閘站等工程，確定了控制建筑物的規(guī)模，分析了活水效果，形成了活水工程規(guī)劃方案。

下一步，需基于河道水環(huán)境改善目標、活水路線和控制建筑物規(guī)模等研究，提出科學的活水調度方案，并與政府相關部門密切配合開展活水工程設計工作，推動江陰市城區(qū)活水工程盡快實施，實現(xiàn)城區(qū)活水工程改善河道水環(huán)境的目標。

5 結論

江陰市為解決城區(qū)河湖水系割裂、水動力不足、水環(huán)境惡化、水生態(tài)系統(tǒng)破壞等問題，正規(guī)劃實施水環(huán)境綜合治理項目。針對項目重要組成部分的活水工程措施，基于江陰市城區(qū)河湖水系現(xiàn)狀及問題，通過科學論證提出活水工程規(guī)劃方案?；诮７治?，活水工程可使河道最大流速達0.05～0.25m/s，能顯著增強水動力條件，為河道增加水環(huán)境容量、修復水生態(tài)系統(tǒng)等提供支撐。

江陰市城區(qū)活水工程規(guī)劃方案為活水工程的實施提供指導，同時為其它城市活水工程規(guī)劃提供參考。目前，尚未提出科學的活水調度方案，需繼續(xù)開展深入研究，從而深化活水工程規(guī)劃方案。