诸暨高湖生态补水方案研究_周刚勇.pdf
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1、广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023(2)1项目概况浦阳江是钱塘江的一级支流,经常洪水泛滥。2016年起,浙江省诸暨市为了解决现状蓄滞洪区启用困难的问题,开展了高湖蓄滞洪区改造工程,改造完成后高湖将形成面积359.28万m2、容积606.8万m3的中型城市湖泊。高湖滞洪区区位图见图1。规划主湖区主要水质指标(DO、CODcr和NH3-N)周期内总体达到地表水类水质标准,TP达到类(湖泊)水质标准1。图1高湖滞洪区区位图由于高湖湖区以前主要是养殖水面,截污措施不完善,建成后的湖区将受到来自农业面源、生活污水等污染威胁
2、。同时,高湖形成后,天然降雨径流入湖量较少,且水质较差,易出现水质恶化。根据前期数模分析结果,高湖水体面临着明显的水动力不足问题。常态情况下,高湖死水区占到湖区总面积的30%以上。湖面形成后湖区内水流相对静止,容易造成水体缺氧状态,加剧了水体污染物和藻类聚集。而高湖为新建湖区,植物多样性低,生态系统脆弱,在一定时期内尚难以发挥水质自净作用,水体存在较大的富营养化风险。因此,在生态系统构建初期有必要采取补水活水方式来促进改善湖区水体流动性,维持水体自净能力,保持高湖水质长期达标稳定。2生态补水方案研究2.1补水方式分析根据高湖水利运行条件,湖区补水活水有两种方式:通过水利闸泵站调控补水活水;通过
3、新建补水管道及配水泵站定点补水2。泵闸预降调控补水,可以在短时间内起到大容量换水的作用,但是进出水口相对单一,且均位于湖区西侧,补水时对于处于死水区的东侧和南侧,水动力改善效果不佳,水体流态变化较小。定点补水,采用补水管道和加压泵站,调度更灵活方便,可通过单点或多点补水对死水区有针对性补水,强化诸暨高湖生态补水方案研究周刚勇,李川(中交上海航道勘察设计研究院有限公司,上海200120)摘要高湖是浙江浦阳江流域重要的蓄滞洪区,改造后将形成面积359.28万m2、容积606.8万m3的中型城市湖泊。但建成后的高湖湖区清水量不足,在生态系统构建初期有必要采取补水活水方式来保持高湖水质。生态补水方案根
4、据不同水源水量、水质的特点,提出由浦阳东江和开化江联合补水,石壁水库、陈蔡水库作为应急水源;并充分利用水源的水位和水质情况,提出自流与加压、预处理与直引多种组合补水方式;生态补水采用环湖管网的方式配送到沿湖8个补水点,实现定点精准补水。通过多水源、多工况的生态补水方案,可有效减少死水区,提升湖区水质,并节约了大量的运营能耗和净水费用。高湖水质在运行初期可保证大部分区域水质达到类及以上。关键词多水源;多工况;生态补水;高湖中图分类号TV213文献标识码A文章编号1003-1510(2023)02-0047-04收稿日期2022-08-01作者简介周刚勇(1992-),男,陕西安康人,中交上海航道
5、勘察设计研究院有限公司工程师,学士,主要从事水环境治理工作。水资源 47DOI:10.16014/ki.1003-1510.2023.02.017周刚勇,李川:诸暨高湖生态补水方案研究全湖水动力条件。高湖补水活水采用两种方式结合,需快速大流量换水时,利用新江采取泵闸预降调控补水;常规时段利用补水管道及泵站进行定点补水。考虑到湖区生态补水主要是枯水期和平水期,管道补水是最主要的方式3。2.2补水水量分析改造后湖区常水位调蓄库容约390万m3。按照国内城市人工湖泊换水经验,换水周期一般为730 d。高湖换水周期拟按照10、15、21、30 d分别进行换水规模测算,结果见表1。确定高湖活水补水规模为
6、2.15 m3/s,日换水量18.6万m3,换水周期21 d。表1高湖换水规模测算表换水周期/d10152130总换水量/万m3390日换水量/万m339.026.018.613.0补水规模/(m3/s)4.503.002.151.502.3补水水源分析高湖周边可用作补水水源的河湖水系主要为高湖西侧浦阳东江、开化江和位于诸暨南侧的石壁、陈蔡水库(见图2)。图2诸暨高湖补水水源(1)水量分析。浦阳东江高湖上游段年平均流量36.8 m3/s4。浦阳东江作为高湖主要上游水系,地理位置邻近湖区,常年水量充沛,能够满足高湖的补水水量需求。开化江流量偏小,月均变化较大,每年6个月左右时间流量不满足高湖补水
7、量需求,且还需要供给补给诸暨市城东作为景观和生态用水。石壁水库和陈蔡水库原水需供给城北水厂,富余水量可向高湖供水45万m3/d。(2)水质分析。开化江和水库原水水质较好,分别为IIIII类水和II类水,可直接用作高湖补水;浦阳东江虽然现状水质是III类,但各水质指标不如开化江与水库水源,且存在水质污染风险。因此从水质上考虑开化江和水库原水更为稳定,浦阳东江补水入湖前需增设原水预处理措施。(3)补水距离。3个水源中浦阳东江距离高湖湖区最近,补水管可沿新江自西向东布置,管道长约2.5 km,且可利用浦阳江水位部分实现重力自流。开化江距离湖区约10 km,输水距离较长,建设成本较高。石壁水库,可利用
8、水厂供水原水管就近补水至高湖,补水点距离湖区约1.5 km。(4)水源选择。从水量、水质和工程成本上,建议由浦阳东江和开化江联合补水,浦阳东江作为供水主水源,同时遵循“优水先用”的原则,在浦阳东江水质不满足需求的情况下优先采用开化江水源。石壁水库、陈蔡水库作为应急水源,在高湖水质呈现突然恶化时,补给至高湖。为了应对浦阳东江水质季节性不稳定情况,应设置预处理工艺,重点控制悬浮物和TP指标。2.4浦阳东江补水预处理方案浦阳东江补水规模为2.15 m3/s。补水水源浦阳东江高湖上游段常水位为黄海高程8.0 m,改造后高湖常水位为黄海高程5.7 m,补水水源与湖区高程差约为2.3 m,具备部分重力自流
9、的条件。浦阳东江补水预处理工艺见图3。预处理工艺主要包括投加絮凝沉淀、生态砾石床、人工湿地、库塘湿地等。根据浦阳江的水质条件,原水预处理主要目的是降低水体中的悬浮物浓度、提高透明度,同时进一步降低NH3-N和TP等指标,尤其是控磷。考虑补水规模、区块水系条件、地形条件、施工条件等因素,选用占地面积小,降浊效果相对明显,运行费用低的工艺。本方案拟采用“混凝+沉淀+强化湿地”的组合工艺,实现CODcr、NH3-N达到地表水类标准,TP达到类标准的目标。图3浦阳东江补水预处理工艺48广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023(
10、2)浦阳东江补水活水工程总体工艺从浦阳东江补水至高湖,主要通过进水闸、原水管、补水预处理设施及湿地、补水泵站和补水管。2.5浦阳东江补水工况浦阳东江部分时段满足补水水量和水质的要求,为尽可能利用自然水头和水质条件,设置多种工况:(1)加压定点补水。当高湖需定点补水时,东江原水经预处理设施絮凝沉淀净化后,由补水泵站加压,再通过补水管道系统输送至湖区中北部或东部各个指定补水点;补水规模为2.15 m3/s。(2)原水预处理后自流补水。当湖区各补水点不需要定点补水,浦阳东江原水经预处理设施絮凝沉淀净化后无需加压,直接通过泵站超越管至补水管,阀门井预设自流补水出水口自流进入湖区,水量约为1.55 m3
11、/s。(3)原水直接自流补水。当浦阳东江水质较好,且湖区无需定向补水,浦阳东江原水直接通过原水超越管至补水管,自流补水流进入湖区;自流补水规模视东江与湖区水位高差而定,最大补水量大于1.55 m3/s。2.6高湖补水点布置为改善湖区死水区水动力条件,沿湖共布置8处补水点(见图4),并于湖区西南侧堤防岸坡处设置控制阀门井,以便于各点补水工况管控调度。浦阳东江及开化江原水均先通过管道接入控制阀门井,再通过湖区补水管输送至各指定补水点。图4高湖沿湖补水点分布经过计算,常态情况下湖区水量分配见表2。采用管网分散补水后,湖区水动力条件得到改善(见图5),尤其是东部死水区在补水工况下基本消除。表2湖区补水
12、流量分配表补水点1#(湖中北部)2#(下东阮湿地)3#(诸永高速)4#(双桥闸)5#(生态湿地)6#(章金新闸站附近)7#(琅山村西北侧)8#(控制阀门井)水量/(m3/d)15 00015 00025 00025 00025 00022 50042 50016 000水量/(m3/s)0.1740.1740.2 8940.2 8940.2 8940.2 6040.4 9190.1 852图5多点补水后高湖水动力流场3生态补水效果分析对生态补水效果,按3种工况,采用二维水质模型进行分析,主要控制指标为TP。(1)工况一:在丰水期,开化江水量充足,每天补水18.6万m3都来自开化江。(2)工况二
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