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采用不同产流机制进行模拟

4.2水环境耦合数学模型构建

该模型以水文、秦淮污染源和水质监测资料为主,河流环境根据各类数据的域水研究信息特征,利用SQLServer2012设计相应数据库库表结构,生态对基础资料进行整理和录入,调度建立集水文、秦淮水质、河流环境污染源、域水研究社会经济和自然条件等数据信息于一体的生态模型。秦淮河流域骨干河道河网水量—水环境耦合数学模型包括降雨径流模型、调度污染负荷模型、秦淮河网水量模型、河流环境河网水质模型。域水研究

表3

(1)降雨径流模型

研究区主要位于秦淮河流域下游平原地区,生态下垫面分布是调度影响平原区产流的主要因素,针对骨干河道沿线不同下垫面类型,本文按水面、水田、旱地和城镇建设用地等4类,采用不同产流机制进行模拟,分别构建相应的降雨径流模型。

(2)污染负荷模型

污染负荷模型通过收集研究区内的点、面源数据资料,开展各类污染源产生、分布、排放路径和最终去向调查。污染负荷模型由产生模型和处理模型构成,其中产生模型估算各种污染源的产生量,包括PROD、UNPS、DNPS和PNPS计算模式,处理模型计算各类污染源经治理后,最终进入水体的污染负荷入河量。

(3)河网水量模型

河网水量—水环境耦合计算模块基本控制方程为

式中:q为旁侧入流;Q、A、B、Z分别为河道断面流量、过水面积、河宽和水位;Vx为旁侧入流流速在水流方向上的分量;K为流量模数,反映河道的实际过流能力;α为动量校正系数,是反映河道断面流速分布均匀性的系数。
 

(4)河网水质模型

河网水质模型是模拟骨干河道水量、水质指标的动态迁移变化。通过分析元素在水体中的迁移和转化规律,构建不同形态氮、磷元素转化的动力反应过程的计算公式。模型共模拟5种氮素、4种磷素状态变量,分别是2种有机形态氮(颗粒态和溶解态有机氮)、2种无机态氮(氨氮和硝态氮)、总氮、2种有机形态磷(颗粒态和溶解态有机磷)、1种无机态磷(磷酸盐)、总磷。

4.3秦淮河流域调度方案的多情景模拟与比选

4.3.1研究方法

通过秦淮河流域骨干河道河网水量—水环境耦合数学模型的建立,设定多组水利工程调度方案,开展基于多情景下的骨干河道调度效果数值模拟,评估各调度方案对水生态(环境)调度目标的满足程度,确定骨干河道的生态基流和生态水位,比选非洪涝期研究区骨干河道水生态(环境)调度模式,提出调度建议方案。

4.3.2研究站点选取

本研究水量调度的控制站点为东山站,调度对象为长江入江口秦淮新河水利枢纽、外秦淮河武定门闸和下游入江口三汊河口闸;水质检测比选站点为秦淮河七桥瓮断面、秦淮新河铁心桥断面和外秦
淮河石城桥断面。

4.3.3研究成果

根据不同调度方案的河网水量和水质模型预测结果,采用上述水环境和水生态评价指标的计算方法,得到各控制站点各项评价指标的统计值,评估各调度方案对研究区骨干河道水生态(环境)调度目标的满足程度,得出分析结论。

4.3.3.1东山站水位控制

适当降低武定门闸的调控水位有利于改善非汛期水系连通性,促进水体流动,对水质改善也具有积极作用,因此,建议非汛期将东山站水位控制在6.8m左右。

4.3.3.2在枯水年非汛期(90%保证率)条件下

(1)秦淮新河水利枢纽泵引流量≥30m3/s,流域上游补水6~17m3/s,能够基本满足全流域生态基流需求。

(2)在现状污染源条件下,秦淮新河水利枢纽泵引流量≥30m3/s,能够使铁心桥和石城桥断面水质(氨氮除外)满足相应水功能区要求,七桥瓮断面水质基本满足要求。泵引流量≥50m3/s,能够使各断面水质满足相应水功能区要求。

(3)在流域污水接管率≥95%条件下,秦淮新河水利枢纽泵引流量≥10m3/s,能够使各断面水质满足相应水功能区要求。

(4)若不考虑A段河道生态基流需求,秦淮新河水利枢纽泵引流量≥30m3/s,可满足下游骨干河道生态基流需求。

4.3.3.3在平偏枯年型非汛期(75%保证率)条件下

(1)秦淮新河水利枢纽泵引流量≥30m3/s,流域上游补水1~10m3/s,能够基本满足全流域生态基流需求。

(2)在现状污染源条件下,秦淮新河水利枢纽泵引流量≥30m3/s,能够使铁心桥和石城桥(氨氮除外)断面水质满足相应水功能区要求,七桥瓮断面水质基本满足要求。泵引流量≥50m3/s,能够使各断面水质满足相应水功能区要求。

(3)在流域污水接管率≥95%条件下,秦淮新河水利枢纽泵引流量≥10m3/s,能够使各断面水质满足相应水功能区要求。

(4)若不考虑A段河道生态基流需求,秦淮新河水利枢纽泵引流量≥30m3/s,可满足下游骨干河道生态基流需求。

4.3.3.4在平水年非汛期(50%保证率)条件下

(1)秦淮新河水利枢纽泵引流量≥30m3/s,上游不需要补水即可基本满足全流域生态基流需求。

(2)在现状污染源条件下,秦淮新河水利枢纽泵引流量≥30m3/s,能够使铁心桥和七桥瓮断面水质满足相应水功能区要求,石城桥断面水质基本满足要求(达标率超过70%)。

(3)在流域污水接管率≥95%条件下,秦淮新河不需要引水,即可使各断面水质满足相应水功能区要求。

(4)若不考虑A段河道生态基流需求,秦淮新河水利枢纽泵引流量≥20m3/s,可基本满足下游骨干河道生态基流需求(秦淮新河1月份除外)。

5结论与建议

(1)秦淮河流域骨干河道的最小生态基流可为13.2~42.4m3/s,最小生态水位为6.3~6.8m。

(2)适当降低武定门闸的调控水位有利于改善水质,建议非汛期将东山站水位控制在6.8m左右。

(3)秦淮新河水利枢纽泵引流量≥30m3/s,且流域上游补水时,能够基本满足全流域生态基流需求;泵引流量≥50m3/s,能够使各断面水质满足相应水功能区要求。

(4)在流域污水接管率≥95%条件下,秦淮新河水利枢纽泵引流量≥10m3/s,能够使各断面水质满足相应水功能区要求。

(5)若不考虑A段河道生态基流需求,秦淮新河水利枢纽泵引流量≥30m3/s,可基本满足下游骨干河道生态基流需求。

(6)下一步将研究范围扩大至整个秦淮河流域,针对流域不同水体的生态功能特征,确定生态调度目标,构建全流域水量水质耦合模型,开展多情景调度模拟,评估水生态(环境)调度效果。

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