東莞市川槎河片區水環境綜合整治方案

郭曉娟，陳 暉，黃廣靈，譚 超

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣東 廣州 510635；2.河口水利技術國家地方聯合工程實驗室，廣東 廣州 510635；3.廣東省水動力學應用研究重點實驗室，廣東 廣州 510635)

珠江三角洲網河區水系發達，但網河區河涌存在自身徑流小、河涌比降緩等特點，加之河涌間常建有水閘，導致河涌內水流流速小[1]。此外，由于地處感潮河段，受到潮汐的影響，水流呈往復流，導致河涌水體自凈能力較低，污染物擴散較慢[2-3]。隨著經濟社會的迅猛發展，網河區用水量和排污量劇增，水污染治理相對滯后，導致水質進一步惡化，給人民群眾的生產生活造成了嚴重的影響，成為制約流域經濟社會健康發展的重要因素[4]。因此，網河區的水環境整治迫在眉睫[5]。而目前單一的污水、污泥治理已難以滿足要求，水環境綜合治理已成為發展的方向。

本文以東莞市川槎河片區為例，在現狀水系分布情況下，通過河道清淤、水系連通、群閘聯調等方法，進行川槎河的水環境綜合整治，并應用水動力水質數學模型，對整治方案的有效性進行驗證，為網河區水環境綜合整治提供科學依據和借鑒。

1 研究區域概況

川槎河片區位于東莞水鄉網河區四鄉聯圍北側，總面積約為17.3 km2，西側屬麻涌鎮鷗涌村、黎滘村、川槎村、新基村，東側屬中堂鎮槎滘村。陸域被東江北干流、橫涌海、倒運海水道及麻涌河所圍，片區內水系眾多，寬度在5～80 m之間。各河涌縱橫交錯，互相連通，河涌水系分布如圖1所示。

圖1 川槎河片區河涌水系及水工建筑分布示意

川槎河片區現有水閘12宗、排站4宗、城軌預留箱涵2段(見圖1、表1)，片區中部的沙涌口水閘和朱仔沙水閘為麻涌和中堂兩鎮間的分水閘，其余10宗為擋潮閘。朱仔沙水閘、城軌預留箱涵1#和2#的底高程均較高，阻礙兩鎮水體交換，且朱仔沙水閘已廢置多年，6扇閘門關閉，導致朱仔沙涌處于斷流狀態[6]。

表1 川槎河片區水閘、排站、箱涵參數統計(85高程基面，下同)

2 水環境現狀

川槎河片區以北的東江北干流的水質較好，除總磷總氮為V類外，其他指標均為II類以上。川槎河片區內河涌沿岸截污工程不健全，生產、生活垃圾和廢水入河，河涌污染嚴重。由于地處感潮河段，各河涌水流復雜，流態不穩，導致污染物不易擴散。此外，河涌內底泥淤積嚴重、河道比降緩，河道的過流能力嚴重下降，同時河涌之間采用水閘進行隔斷，導致河道內水動力較弱、水體交換能力差，造成水環境惡化。根據2018年和2019年在片區內采集的水質樣品分析結果(見圖2、表2)可知，片區內水質以Ⅳ類和Ⅴ類為主，個別為Ⅲ類，還存在劣Ⅴ類。其中，1#和2#采樣點由于位置靠近擋潮水閘，受外江影響更明顯，水質較好，為Ⅲ類；片區中部的4#、5#、6#采樣點污染程度較高，水質為劣Ⅴ類；其余采樣點水質以Ⅳ類和Ⅴ類為主。且各采樣點的水質多表現為漲潮優于落潮，表明漲潮時外江水的涌入使片區內水質得到了短暫的優化。因此，可通過與外江的水體交換來實現內河涌水質的提升。

圖2 川槎河片區水質采樣點分布示意

表2 川槎河片區各河涌檢測點水質評價結果

3 水環境綜合整治方案

3.1 水環境綜合整治思路

根據川槎河片區水系及水動力特征，進行水系連通改造和清淤疏浚，促進水體流動，提高河涌換水效率，改善水生態環境。

首先，由于片區內河涌淤積嚴重，水體流動性減弱，影響水體自凈能力，因此，考慮對淤積嚴重的河段進行清淤疏浚，打通排水路徑，增強水體流動性。

第二，片區內部河網密集，河道主支流間水流復雜，為增強片區中部河涌的水體流動性，同時確保麻涌鎮與中堂鎮水體互通處于受控狀態，考慮打通兩鎮之間的橫向水系連通[8]。

第三，由于片區外的東江北干流水體流動性好，納污能力強，且水質較好，因此考慮通過合理利用潮汐的自然動力和各水閘的聯動配合，引入東江北干流的優質水體，并實現片區內優質水體的單向流動，即由東江北干流進水、由倒運海水道排水，提高水體的交換效率，優化川槎河片區水環境[9-10]。

3.2 水環境綜合整治方案

根據水環境綜合整治整體思路，川槎河片區整治內容主要包括以下3部分。

1)河道清淤疏浚

已有的東莞市中小河流治理重點縣綜合整治和水系連通試點麻涌—4項目(以下簡稱“麻涌—4項目”)位于川槎河片區西北部(如圖3所示)，整治5條河涌，清淤總長度3.47 km，重建涵管1段。結合“麻涌—4項目”進行內河涌疏通，具體清淤河段和底高程見表3。現狀大茅涌僅靠1根直徑1.2 m的涵管與倒運海水道連接，為縮短并拓寬排水路徑，在退潮時加快水體流速，考慮打通大茅涌與倒運海水道的相連。

圖3 水環境綜合整治方案示意

2)水閘拆除重建

重建朱仔沙節制水閘，打通麻涌鎮與中堂鎮之間的橫向水系連通，通過城軌預留箱涵，由大梅涌經沙涌和朱仔沙涌向中部河涌進行調度補水。同時，在打通大茅涌的基礎之上新建大茅水閘，控制大茅涌與倒運海水道的水流方向。

3)建立群閘聯調機制

為增強片區內的水動力并控制生態水位在-0.54～0.26 m之間[7]，水閘調度方式為：漲潮時，當外江水位高于-0.54 m時，打開東江北干流沿線水閘和片區內部節制閘，對河涌進行補水，當內河涌水位上漲至0.26 m后關閘；落潮時，當外江水位退至0.26 m時打開倒運海水道沿線水閘和片區內部節制閘排水，水位下降至-0.54 m時關閘。

表3 水環境綜合整治方案措施 m

4 水環境綜合整治方案數值模擬

4.1 模型的建立

本次采用DHI-MIKE11模型對水環境綜合整治方案的效果進行驗證。建立的一維水流計算數學模型范圍包括珠江三角洲各主要河道以及川槎河片區內各河涌22條。模型上邊界為三水、馬口、老鴉崗、博羅、石咀，下邊界為八大口門(崖門、虎跳門、雞啼門、磨刀門、橫門、洪奇瀝、蕉門、虎門)。川槎河片區各河涌與外江連接處根據實際情況設置相應的水工建筑(水閘)[11]。模型范圍如圖4所示。

圖4 一維模型范圍示意

本次一維模型計算下邊界潮型以“012”(2001年2月份珠江三角洲水文聯測)八大口門各站的實測潮位資料為邊界，上邊界以“012”實測水文數據的流量過程為邊界。一維模型主要計算水環境綜合整治方案實施前后的水流水動力狀態以及水體交換效率。模型所用川槎河片區內河道地形資料為2019年12月實測河道大斷面。由圖5可知，模型率定和驗證結果較好，符合相關模擬技術規范的精度要求。

圖5 一維模型計算水位與實測水位對比示意

4.2 計算結果分析

4.2.1現狀

1)水動力

川槎河片區內河涌水勢平緩，水流方向受潮汐影響明顯。各河涌出口均建有與外江相隔開來的水閘，僅當外江水位高于或低于規劃生態補水水位時關閘，其他時段均保持水閘開啟狀態。因此，片區內河涌的流向整體而言是隨潮漲潮落而變化的(形成受潮流影響的往復流)，漲潮時潮水由外江流入內河涌，落潮時則相反，水從內河涌流往外江。

片區外圍東江北干流、橫沖河和倒運海水道的最大漲、落潮流速基本在0.50 m/s左右，麻涌河的平均最大流速約為0.40 m/s。片區內最大流速普遍較外江小，各主要河涌平均最大流速為0.33 m/s。川槎河、朱仔沙涌和沙涌的最大流速發生的流向為自西南向東北，即主要通過螺村河補充水量。各河涌中以螺村河的平均流量12.0 m3/s為最大，其他河涌平均流量均小于10 m3/s，川槎河的平均流量為5.3 m3/s。

2)水體交換能力

采用保守物質的擴散計算方法研究川槎河片區水體交換能力。通過設置保守物質的初始濃度，在模型計算一定的時長以后，便可通過分析保守物質濃度的變化得到水體的交換情況。保守物質初始濃度的設定如下：片區內水體中保守物質的初始濃度設為1，表示在現狀的初始階段，各河涌水質較差；片區外河道保守物質的初始濃度設為0，以排除外江水體對片區內水體交換能力計算的干擾[12]。

圖6為模型運行1 d、3 d后川槎河片區保守物質濃度分布示意。

圖6 模型運行1 d、3 d、5 d后各河涌保守物質濃度分布示意

由圖6可知，模型運行1 d后，與外江直接連通的河涌水體中保守物質的濃度迅速下降至0.20 mg/L以下，而片區中部的河涌保守物質濃度仍較高；模型運行3 d后，片區中部部分河段保守物質濃度仍維持在0.50 mg/L左右。

圖7為川槎河中部保守物質濃度隨時間變化示意，由圖7可知，川槎河保守物質濃度隨外江水的涌入和排出而逐漸下降，并隨水流流向轉換而出現一定的反復，需102 h才能擴散至初始濃度的50%，即0.50 mg/L，需要213 h才能擴散至0.20 mg/L。

圖7 現狀川槎河中部保守物質濃度隨時間變化示意

4.2.2聯合補水方案實施后

1)水動力

川槎河片區水系按方案進行整治后，各河涌水流漲潮時，外江水由北部水閘進入片區內；落潮時經南部水閘排至倒運海水道，各河涌水體實現單向循環。

方案實施后，片區各主要河涌的流速較現狀普遍增大，各河涌最大流速平均增大至0.41 m/s；朱仔沙涌與大梅涌的連通分流了大梅涌近1/2的流量，導致朱仔沙涌的最大流速較現狀增大了0.16 m/s，方向為自東北向西南；川槎河接受朱仔沙涌的補水，平均最大流速較現狀增大0.10 m/s，方向為自北向南，表明此時川槎河主要接受大梅涌經朱仔沙涌的補水。

方案實施后，各主要河涌的流量均較現狀有所增大；其中川槎河和大茅涌的平均流量分別為8.6 m3/s和2.7 m3/s，大茅涌的分流比約為31%。

2)保守物質擴散時間

圖8為方案實施后模型運行1 d、3 d后川槎河片區保守物質濃度分布示意。從圖8中可以看出，按規劃方案運行1 d后，朱仔沙涌的保守物質濃度也迅速下降，反映了河道清淤和朱仔沙水閘拆除重建的效果。按規劃方案運行3 d后，各主要河涌的保守物質濃度均下降至0.10 mg/L以下。圖9為方案實施后川槎河中部保守物質濃度隨時間變化示意。由圖9可知，在接受大梅涌經朱仔沙涌的大量補水之下，川槎河中段保守物質需40 h即可擴散至0.50 mg/L，53h能擴散至0.20 mg/L，77 h能擴散至0.10 mg/L。

圖8 水環境綜合整治方案實施后模型運行1 d、3 d后各河涌保守物質濃度分布示意

圖9 水環境綜合整治方案實施后川槎河中段主要河涌保守物質濃度隨時間變化示意

5 結語

1)東莞市川槎河片區水環境綜合整治方案通過疏浚清淤、水系連通和群閘聯調，增加大梅涌經朱仔沙涌向川槎河的補水量，加強河涌間的水體交換，并通過控制片區內水流方向，實現涌內水體的單向循環，引入外江優質水體解決片區內污染物濃度反復升高的問題。

2)采用一維水質模型對川槎河片區水環境綜合整治方案效果進行驗證，結果表明川槎河保守物質濃度77 h即可擴散至0.10 mg/L，能夠較好地達到增強水體流動性、改善水環境的預期目標。但日后麻涌和中堂兩鎮需在水閘管理方面進行協調。

3)川槎河片區水環境綜合整治方案可為復雜水系的網河區水生態修復提供科學依據和借鑒。