一种“X”型河网水动力调控内循环方法及其设备

技术领域

本发明属于河网水动力调控技术领域，具体涉及一种“X”型河网水动力调控内循环方法及其设备。

背景技术

平原河网水动力条件与水环境质量显著相关。水动力的提升可以增加河网水环境容量，对污染水体进行稀释；水体流动时充分带动各层水体混合，促进污染物的降解；良好的流速条件促进水生植物对营养盐的吸收。

研究发现，平原河网区，地势平坦，水体流动性差；自身水动力条件差，水体自净能力不佳，水环境质量不好，不能满足生态和景观需求。

发明内容

发明目的：为了解决上述问题，本发明提供了一种“X”型河网水动力调控内循环方法及其设备。

技术方案：一种“X”型河网水动力调控内循环方法，包括以下步骤：

沿水流方向在河网内确定主流河道，并获取与所述主流河道相交叉的至少一个支流河道，并定义主流河道与支流河道的交叉点为关键节点；

基于所述关键节点，将所述河网划分为至少两个片区，在所述关键节点处建设循环泵站；

依次创建并使用单区循环模式、多区循环模式、以及全循环模式；

基于所述单区循环模式、多区循环模式、或全循环模式中的其中一个模式，获取生态补水量以及补水水源，开启循环泵站进行补水并形成水体流动循环。

在进一步的实施例中，建设循环泵站包括以下建设流程：设置泵B

所述钢坝闸位置设于关键节点处，用于控制主流河道和支流河道的之间的流动路径得到预定形态流动路径；基于所述预定形态流动路径，布置所述闸门的位置，实现所述钢坝闸两侧对应反向进水和出水。

在进一步的实施例中，所述单区循环模式的创建包括以下流程：设定开发建设程度最高的片区为启动区，开启2～i台泵，将生态补水量全部补充至启动区；钢坝闸均竖起，将启动区与其他片区的河道完全隔断；部分闸门开启，剩余闸门关闭，使河道水系仅在启动区循环。

在进一步的实施例中，所述多区循环模式的创建包括以下流程：开启3～i台泵，将生态补水量补充至对应片区内；钢坝闸均竖起，将对应片区河道完全隔断；部分闸门开启，剩余闸门关闭，使河道水系分别在各个片区内分开循环。

在进一步的实施例中，所述全循环模式的创建包括以下流程：开启3～i台泵，将生态补水量补充至全部片区内；部分钢坝闸竖起，剩余钢坝闸卧倒，使至少两个片区河道连通，部分闸门开启，剩余闸门关闭，调控河道水系形成大循环。

在进一步的实施例中，钢坝闸G

在进一步的实施例中，钢坝闸G

在进一步的实施例中，钢坝闸G

在进一步的实施例中，在每个片区的支流河道上布置至少一组溢流堰，相邻的溢流堰的连线方向与主流河道的方向一致；

布置溢流阀包括以下布置流程：沿主流河道方向设置溢流堰Y

在另一个技术方案中提供了一种“X”型河网水动力调控内循环设备，所述设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；所述处理器读取并执行所述计算机程序指令，以实现上述的方法。

有益效果：(1)通过循环泵站提供动力，控制平原河网各条河道的分流配比，使大部分河道流速可优化至0.05-0.15m/s之间，水体流动性较好，维持水体水动力条件以及换水周期，增强水体自净能力，加速水体中污染物降解，提高水体水环境质量，维持水体健康，满足生态和景观需求。

(2)在河道的关键节点上设置循环泵站，解决平原X型河网水动力问题，在河道切割片区的基础上，既可全区循环，也可分区循环，并且可以自由切换循环模式；同时，不影响片区防洪排涝。

(3)单区循环模式、多区循环模式、以及全循环模式调度方案与建设开发进度相结合，解决不同建设阶段的水动力水环境问题，针对不同区域的污染情况，优化不同建设区域河网的水环境承载能力，提升河网水环境，分区循环，可保障在建重点污染区域不影响其他区域水环境。

附图说明

图1是水动力调控工程平面布置图。

图2是单区循环模式原理图(4m

图3是单区循环模式原理图(6m

图4是多区循环模式原理图。

图5是全循环模式原理图。

图6是循环泵站平面布置图。

图7是循环泵站中闸门平面布置图。

图8为雨后Ⅰ区和Ⅱ区中部分河道氨氮监测图。

具体实施方式

实施例1

本申请以解决X型河网的水动力循环问题，本申请以新加坡·南京生态科技岛(江心洲)为研究对象，研究发现生态科技岛地处平原河网区，地势平坦，水体流动性差。生态科技岛自身水动力条件差，岛内水体循环流动弱，从而导致水体自净能力不佳，水环境质量不好，不能满足生态和景观需求。

为了解决该问题，本实施例提供了一种“X”型河网水动力调控内循环方法，包括以下步骤：

沿水流方向在河网内确定主流河道，并获取与所述主流河道相交叉的至少一个支流河道，并定义主流河道与支流河道的交叉点为关键节点；

基于所述关键节点，将所述河网划分为至少两个片区，在所述关键节点处建设循环泵站；

按照开发建设进度依次使用单区循环模式、多区循环模式、以及全循环模式；

基于所述单区循环模式、多区循环模式、或全循环模式中的其中一个模式，获取生态补水量以及补水水源，开启循环泵站进行补水并形成水体流动循环。

在本实施例中，以生态科技岛为研究对象，获取生态科技岛内主流河道，以及与主流河道相交叉的一个支流河道，主流河道和支流河道的交叉点为关键节点。如图1所示，关键节点处于长河水道、旗下水道、永定水道、寿代水道之间的共同交汇处。长河水道、旗下水道、永定水道、寿代水道共同组成了X型河网。以关键节点以及结合生态科技岛的开发进度将生态科技岛划分为两个片区：Ⅰ区和Ⅱ区。

其中Ⅰ区大部分区域为建成区，人口密度较高，目前有工程建设中，部分河道受到工地污染较为严重。Ⅰ区的污染源主要为：Ⅰ区受基坑排污影响，建筑工地附近河道水质感官极差，水体发黄，浑浊度高；此外，建筑工地的办公、生活区域产生的生活污水也是岛内河道的重要污染源之一。基坑排水是指在开挖基坑时，地下水位高于开挖底面，地下水会不断渗入坑内，为保证基坑能在干燥条件下施工，防止边坡失稳、基础流砂、坑底隆起、坑底管涌和地基承载力下降而做的降水工作。Ⅰ区的具体污染数据为：生态科技岛内建设工地基坑排水主要为氨氮超标，可达8～10mg/L。思泽路河监测数据表明，在基坑排水后，水体氨氮可从初始1.5mg/L迅速提升至6.26mg/L。Ⅰ区污染程度的评价方法：一、根据《地表水环境质量标准》GB3838-2002以及具体污染数据，氨氮浓度远超地表Ⅴ类水标准；二、现场踏勘。

Ⅱ区主要为生态发展区，但目前未拆迁区域较多，部分河道受生活污水污染严重。Ⅱ区的污染来源主要为：该区截污不到位，有生活污水直排，以及周边工地建设排水。Ⅱ区污染程度的评价方法：根据《地表水环境质量标准》GB3838-2002以及现场踏勘。

Ⅰ区和Ⅱ区水质检测数据如下：

1.本底监测

2021年2月，在生态科技岛选取了不同护岸类型、地理位置及周边情况具代表性的河道，进行了水质本底调查(下表)。

东寿水道与寿代水道南段位于非建成区。东寿水道受到周边未拆迁区生活污水影响，水质极差，为劣Ⅴ类(下表)。由于果园水道尚未建设，因此寿代水道南段顶端目前为断头浜，但此处位于洲头生态片区，周边空旷无居民区，也无农田面源污染，河道水质极佳，可达地表Ⅱ类水标准。

2.雨后监测

污染源：生态科技岛中部核心区域为省级海绵城市建设试点，但目前尚处于建设中，海绵城市面源污染削减措施建设不完全，并且受到未拆迁区域及建设工地污染的影响，导致岛上初期雨水污染极为严重。

具体数据：如图8所示，岛内部分河道在降雨后水体氨氮浓度远超地表Ⅴ类水标准，最高可达9.42 mg/L。其中，发展水道、跃进水道、葡园水道位于Ⅰ区；红光水道、寿代北河道、东寿水道、果园水道位于Ⅱ区

此外，对雨水窖井中淤积水体进行了检测，总体水质较好(下表)，表明降雨时河道可能受到周边建设工地污染等影响更大。

2021年2月雨水窖井内水质监测

如图1所示，在关键节点处建设循环泵站(图中为水利枢纽)，循环泵站设计流量为6 m

伴随全岛开发建设进度，分为近期、中期和远期，对应依次采用单区循环模式、多区循环模式、和全循环模式。根据建设期不同，全岛生态补水量也不同。开发建设初期，河道无水生植被覆盖，自净能力较弱，综合考虑点源污染截污不到位、建筑工地排污、面源污染削减率较低等因素，以氨氮和SS达标为主要目标，当以尾水湿地出水和净水厂出水为补水水源时(SS<5 mg/L)，在无强降雨或其他突发情况下，日常建议换水周期9～10天。随着开发建设地推进，点源污染减少、河道自净能力增强、海绵城市面源污染削减措施部分建设完成，生态补水量需求随之降低。但生态科技岛内建筑工地造成的污染源位置变化快、时效性高，并且具备不确定性，因此这个时期补水建议针对重点污染区域，分区补水，节约清洁水源量。全岛开发建设完成后，河道自净容量高于入河污染物总量，生态补水仅需补充河道蒸发渗透、城市景观用水、闸门漏水等损失水量即可，其中主要为闸门漏水。

在进一步的实施例中，建设循环泵站包括以下建设流程：设置泵B

如图6和7所示，3#钢坝闸的位置确定是依据是在交叉点处，将原本多方向的流动转换为固定化的8字型(预定形态流动路径)的循环流动，1#和2#钢坝闸的作用是配合3#钢坝闸将8字型河道切分为两个0字型河道。泵站的数量是考虑两个0字型河道可以自由的切换流量分配，项目的需求是2，4，6的分配，在本实施例中采用是3台2个流量的泵，如果有其他的需求，泵站的数量也会有变化。闸门的位置也是满足流动方向的需求，大原则是对于两个0字型河道，钢坝闸的两侧需要分别有进出水闸门，对于8字型河道，组成8字型河道的两个0字型河道之间有水量交换，从一个0字型进入另一个，然后从另一个再回到第一个，并且出水和进水要分别位于钢坝闸的两侧。

如图6和7所示，建设循环泵站具体包括以下建设流程：设置三台泵、三座钢坝闸、以及五个闸门；其中，钢坝闸包括：1#钢坝闸(G

布置溢流阀包括以下布置流程：设置溢流堰包括：1#溢流堰(Y

在进一步的实施例中，使用所述单区循环模式包括以下流程：设定开发建设程度最高的片区为启动区，开启至少两台泵，将生态补水量全部补充至启动区；钢坝闸均竖起，将启动区与其他片区的河道完全隔断；部分闸门开启，剩余闸门关闭，使河道水系仅在启动区循环。

具体说明如下：建设近期，Ⅰ区污染程度大于Ⅱ区，设定Ⅰ区为启动区；单区循环模式包括以下流程：开启至少两台泵，将生态补水量全部补充至Ⅰ区；1#钢坝闸(G

控制3#溢流堰(Y

在建设近期，选用单区循环模式。启动区建设期日常生态补水6万m

(1)泵站运行4m

如图2所示，本方案中常水位为5.5m，循环泵站开启两台泵共4m

(2)泵站运行6m

如图3所示，本方案中常水位为5.5m，生态补水6万方调入启动区，循环泵站开启三台泵共6m

经模型模拟，循环泵站开启一台泵时，启动区内河网流态不佳；开启两台或三台泵时，河网流速大部分能优化至合理阈值内，运行时可根据实际需求，决定泵开启数量。在全岛开发前期，选择Ⅰ区为启动区，日常生态补水量6万m

在进一步的实施例中，使用所述多区循环模式包括以下流程：开启至少三台泵，将生态补水量补充至多个片区内；钢坝闸均竖起，将各个片区河道完全隔断；部分闸门开启，剩余闸门关闭，使河道水系分别在各个片区内分开循环。

具体说明如下：建设中期，采用多区循环模式。多区循环模式包括以下流程：开启三台泵；1#钢坝闸(G

控制1#溢流堰(Y

全岛建设中期日常生态补水量6万m

如图4所示，多区循环方案为生态补水量6万m

全岛建设中期采用多区循环模式，日常生态补水量6万m

在进一步的实施例中，使用所述全循环模式包括以下流程：开启至少三台泵，将生态补水量补充至全部片区内；部分钢坝闸竖起，剩余钢坝闸卧倒，使至少两个片区河道连通，部分闸门开启，剩余闸门关闭，调控河道水系形成大循环。

具体说明如下：建设中期，采用全循环模式。全循环模式包括以下流程：开启三台泵；1#钢坝闸(G

控制1#溢流堰(Y

全岛建成后日常生态补水量4万m

实施例2

本实施例提供了一种“X”型河网水动力调控内循环设备，所述设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；所述处理器读取并执行所述计算机程序指令，用以实现实施例1中的方法。