江門市江海區人工湖水網優化建設方案的探討

梁珍平，張家鳴

(1.江門市江新聯圍管理處，廣東 江門 529000; 2.江門市科禹水利規劃設計咨詢有限公司，廣東 江門 529000)

0 引 言

隨著經濟的快速發展，區內土地利用情況發生較大改變，原來的魚塘、農田改為建設用地，地面蓄水調節能力大大減小，原來針對魚塘、農田的排水系統排澇標準低，難以適應區域發展的要求，內澇頻繁發生。

江海區提出建設南、北湖工程以緩解區內排澇壓力。有研究表明，人工湖的建設一方面能增加澇水調蓄容積，一定程度上有利于蓄澇排澇[1]；另一方面由于人工湖內水體流動性、自凈能力較排水河道差，處理不當容易造成水體污染物沉淀、富營養化等水環境問題[2]。為了避免走“先污染后治理”的道路，充分發揮南、北湖容納水體、調節雨澇的作用，開展江海區南、北湖水網優化方案的研究很有必要。

1 研究區域的排澇體系

江海區主要的排水河道有麻園河、馬鬃沙河等。本次研究對象主要位于江海區禮東圍東片及其附近區域。

禮東圍東片集雨面積為34.42km2，片區澇水承泄區為西江，圍內因暴雨受澇多在汛期，恰逢西江洪水期間，外江水位一般高于圍內地面高程，澇水難以自排，主要靠電排解決內澇問題。東片目前已建成運行石洲、橫海南和橫瀝3座電排站，電排站設計排水流量共41.55m3/s，總裝機2460kw。

2 人工湖建設對區域排澇形勢的影響分析

2.1 基礎資料

隨著城市化快速推進，大部分農田、魚塘都已經改造為建設用地，根據當地建設實際情況，排澇標準按20a一遇暴雨產生的徑流1d排干來考慮。根據人工湖規劃方案，南湖水面面積17hm2，湖底標高-1.6m(珠基，以下同)，北湖水面32hm2，湖底高程為-1.636m。人工湖的建設將增加東片的調蓄水面，增大河網水系的調蓄容積。

表1 禮東圍東片河道涌容-水位

由于圍內沒有流量觀測資料，設計來水采用暴雨資料推求得到。區域位于珠江三角洲分區，根據其雨型、暴雨定點定面關系、24h暴雨時程分配及區內地類分布情況，可計算得區域20a一遇24h暴雨產生徑流的來水過程。

表2 禮東圍東片設計來水過程

2.2 排澇計算

為了量化描述人工湖對緩解澇情的貢獻程度，本次研究引入等效裝機流量的概念。等效裝機流量，即人工湖工程實施后，區域所需新增裝機流量的削減量。即

Ceq=Cpre-Caft

(1)

式中：Ceq為等效裝機流量，m3/s；Cpre為工程建設前區域所需裝機流量，m3/s；Caft為工程建設后區域所需裝機流量，m3/s。

人工湖建設主要影響禮東圍東片的排澇，由于東片地勢平坦，排澇河道縱比降較小，可采用平湖法[3]進行分析。平湖法的基本原理為水量平衡方程：

(2)

式中：Q1、Q2為時段初、末來水流量，m3/s；q1、q2為時段初、末泵站裝機流量，m3/s；V1、V2為時段初、末河道庫容，m3；Δt為計算時段，取Δt=3600s。

計算時以某一起調水位開始，根據水量平衡計算出的各時段末河道涌容V2，即可從涌容-水位曲線上查得相應時段的水位，通過調整裝機流量使水位不超過區域最高控制水位，可得出區域排澇所需要的裝機流量。東片平均地面高程在2.0m以下，為使排澇期保護對象不受破壞，取最高控制水位1.4m，起調水位取泵站機組開機水位0.7m。

選取表2中的3種工況，分別分析人工湖建設前后禮東圍東片所需裝機流量的變化。

通過平湖法計算，可得出人工湖建設前后片區所需要的裝機流量。根據現有裝機流量，可進一步得出片區需新增的抽排規模，以及人工湖工程的等效裝機流量。

2.3 影響分析

隨著江海區排澇標準的提高，區域原有的排澇設施未能滿足標準要求，遇暴雨易引發積澇問題。根據平湖法計算結果，可分析得出以下幾點：

2.3.1 在不建設人工湖的情況下，片區需將現有排澇能力擴大約一倍方能滿足標準要求；

表3 平湖法排澇計算結果

2.3.2 建設人工湖可增加片區內水系涌容，增大蓄納澇水的容積，可在一定程度上緩解排澇設施不足的問題，減小需新建排澇站的規模；

2.3.3 北湖建設對改善排澇形勢的貢獻程度大于南湖，這是由于北湖的建設規模大于南湖所致；

2.3.4 值得注意的是，工況④的等效裝機流量略小于工況②與工況③的等效裝機流量之和，這是由于水位、涌容之間并不是線性關系，從而導致等效裝機流量增量與涌容增量的非線性關系，隨著涌容的遞增，等效裝機流量的變化將越來越不明顯；

2.3.5 雖然人工湖建設能在一程度上削減裝機流量需求，然而僅靠人工湖調蓄來解決排澇問題還是不夠，新增排澇工程在所難免。

3 結合人工湖建設的區域水網優化措施

3.1 人工湖對水網生態的影響

人工湖的建設能增加澇水調蓄容積，一定程度上有利于蓄澇排澇。另一方面，湖泊水體相對于河道水體而言，其流動性較差，自凈能力較弱，水體污染物容易積聚沉淀。有研究表明[4]，人工湖成庫初期為TN、TP等營養鹽的累積高峰期，而磷為藻類生長的限制性因子，且人工湖水體基本處于準靜止狀態，有利于藻類的生長，若管理不當，容易導致水體富營養化等的問題。另外，江海區位于市區，人類活動頻繁，容易給人工湖帶來面源污染。事實上，某些已建的人工湖也已經出現富營養化的現象[5]。由于人工湖與區域水網連通，若人工湖的水體受到污染，則會進一步影響與其連通的區域水網的整體水質。

3.2 人工湖水網優化措施

為了確保湖內水體的流動，防止水質惡化，在考慮建設人工湖以緩解排澇壓力的同時，還應對人工湖周邊的水網進行優化,結合實際，對江海區河網優化進行如下布置：

3.2.1 建設上游污水收集處理系統。進水水體的好壞直接影響湖水水質，要從根本上改善湖水水質，建設完善上游區域的污水收集處理系統，減少上游河道的污水排放。

3.2.2 疏浚河道。與人工湖連通的河道為水體出入的重要通道，保持這些河道過水流暢，才能確保水體進出暢通無阻，保證湖內水體具有足夠的流動性。

3.2.3 增設泵站。圍內水體需要經常更新，這就要求引入外江水體及排出圍內水體。靠水閘引排水要求內外江具有一定正向水位落差，水體更新效率較低，增設引水泵站及排水泵站，可在反向水位落差時正常引水排水，可提高外江水體與圍內水體的置換頻率。此外，排水泵站也可在排澇期發揮作用，減輕區域的排澇壓力。

3.2.4 生態工程。在湖內種植高等植物、構建生態浮床等，利用湖內水生植物與藻類爭奪營養物質，控制藻類繁殖，有效抑制水體營養化[6]。

3.2.5 綠化工程。在湖區周邊配套建設綠化工程，保持水土，改善周邊環境，可有效控制面源污染。

4 結 語

1)隨著城市化進程的逐步推進，建設用地的增多，排澇標準的提高，原有的排澇體系已經難以滿足區域的排澇要求。

2)南、北湖的建設可增加區內水系涌容，增大蓄納澇水的水系容積，可在一定程度上緩解排澇設施不足的問題，但也會使水體的流動性降低，從而降低水體的自凈能力，留下水體水質惡化的隱患。

3)預防人工湖水體污染關鍵在于周邊水網的建設，提高湖內水體的置換頻率。根據江海區的實際情況，水網建設可與排澇工程相結合，具體措施包括河道疏浚、建設泵閘、生態綠化等，優化水網的同時解決排澇問題。