杜娟

（上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院，上海 200434）

M IKE11 在引清調(diào)水效果分析中應(yīng)用

杜娟

（上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院，上海 200434）

為改善安徽省潁上縣新城水系河網(wǎng)水質(zhì)，在分析外圍水系條件的基礎(chǔ)上制定了潁上縣水資源引清調(diào)度方案，并利用 M IKE11 作為計(jì)算平臺(tái)，構(gòu)建了潁上縣河網(wǎng)水動(dòng)力水質(zhì)模型。模型計(jì)算結(jié)果表明，引清調(diào)度方案在一定程度上可以改善河網(wǎng)水質(zhì)。

引清調(diào)水；M IKE11；改善水質(zhì)；安徽潁上縣

由于城市化快速擴(kuò)張，工業(yè)化進(jìn)程加快等因素，城市河網(wǎng)水體受到污染，加上水體流動(dòng)性較差，河道出現(xiàn)了季節(jié)性或常年性的黑臭。下文通過(guò)安徽省潁上 縣 的設(shè)計(jì)實(shí)例，利用 M IKE11 計(jì)算軟件，結(jié)合污染負(fù)荷預(yù)測(cè)計(jì)算，評(píng)估規(guī)劃方案改善規(guī)劃區(qū)水系水質(zhì)的作用等問(wèn)題。

1 項(xiàng)目區(qū)概況

潁上縣隸屬阜陽(yáng)市管轄，位于安徽省西北部，淮河中游北岸，總面積 1 859 km2。潁上縣境內(nèi)河湖眾多，主要河流有淮河、潁河、西淝河和小潤(rùn)河等。淮河是縣域南部界河，在潁上縣境內(nèi)長(zhǎng) 98 km，縣域內(nèi)主要支流有潁河、西淝河等。

潁河是淮河的最大支流，由北向南從縣域中部穿過(guò)，發(fā)源于河南省西部伏牛山脈，地跨豫、皖兩省，河道全長(zhǎng) 619 km，流域總面積 36 651 km2。潁河自界首進(jìn)入安徽省境內(nèi)，并流經(jīng)阜陽(yáng)市的界首、太和、阜陽(yáng)、潁上等縣市，于沫河口入淮河，安徽省境內(nèi)河道長(zhǎng)約 207 km，其中潁上縣境內(nèi)長(zhǎng)約103 km。

2 引清調(diào)水方案

利用潁上閘上蓄水水位較高，與閘下水位以及規(guī)劃區(qū)水系常水位有一定落差的有利條件，引水入城加強(qiáng)水體流動(dòng)。引水水源為潁河閘上潁河來(lái)水，考慮到五里湖大溝的水質(zhì)保護(hù)要求以及水動(dòng)力條件，排水方向?yàn)闈}河閘下。

水體流動(dòng)總體方案為“北引南排”，即河西片從潁上閘上通過(guò)新建的五里井閘引水，從許廟站及曹溝涵排水；河?xùn)|片從新長(zhǎng)林排灌站引水進(jìn)城，通過(guò)五里溝排澇涵及五里溝排澇站排水。

通過(guò)可引水量分析，常規(guī)引水流量為 7 m3/s，河西片引水流量為 5 m3/s，河?xùn)|片為 2 m3/s。

3 河網(wǎng)水動(dòng)力水質(zhì)模型

3.1 水動(dòng)力水質(zhì)模型

采用水量水質(zhì)耦合模型分析計(jì)算規(guī)劃方案對(duì)改善水體流動(dòng)性、縮短水體置換周期、提高水環(huán)境質(zhì)量的作用和效果。模型采用丹麥國(guó)家水力學(xué)研究所開(kāi)發(fā)的一維非恒定流水動(dòng)力與水質(zhì)計(jì)算軟件M IKE11 為建模平臺(tái)，應(yīng)用的計(jì)算模塊包括水動(dòng)力（HD）模塊、對(duì)流擴(kuò)散（AD）模塊、控制建筑物模擬（SO）模塊等。

1）水動(dòng)力模型

描述水流在明渠中運(yùn)動(dòng)的一維非恒定流基本方程是圣維南方程組，包括式（1）質(zhì)量方程與式（2）動(dòng)量方程：

質(zhì)量方程：

式中：t，x——時(shí)、空變量；Z，Q，U——分別是各斷面的水位，m，流量，m3/s，流速，m/s；A，B，R——分別是各斷面的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2，水面寬，m；水力半徑，m；q——單位河長(zhǎng)的均勻旁側(cè)入流；n——河道糙率系數(shù)；g——重力加速度，9.8 m/s2。

圣維南方程是二元一階擬線性雙曲型偏微分方程，無(wú)法通過(guò)解析法精確求得計(jì)算結(jié)果，采用Abbott六點(diǎn)隱式差分格式離散偏微分方程組，并補(bǔ)充定解條件推求近似結(jié)果。采用 M IKE11 水動(dòng)力（HD）模塊、控制建筑物模擬（SO）模塊搭建水動(dòng)力模型。

2）水質(zhì)模型

規(guī)劃范圍水系水深相對(duì)較淺，污染物質(zhì)分布在斷面上較為均勻，因此選用一維非穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型。城市地區(qū)主要為生活污水及工業(yè)廢水排放污染，內(nèi)河主要污染物質(zhì)為有機(jī)物，因此水質(zhì)指標(biāo)選用 COD 和 NH3-N 進(jìn)行分析。

污染物質(zhì)在水中的分布與濃度主要與自身的降解、隨水流的運(yùn)動(dòng)以及污染物的擴(kuò)散相關(guān)，水質(zhì)過(guò)程符合一階動(dòng)力反應(yīng)式，水質(zhì)過(guò)程的控制方程

式中：C——某種水質(zhì)指標(biāo)（如 COD）的濃度，mg/L；A——斷面面積，m2；Q——斷面流量，m3/s；EX——縱向擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；K——生物降解系數(shù)，d-1；C2——外部匯入同種污染物質(zhì)的濃度，mg/L；q——附帶該污染物質(zhì)的旁側(cè)入流流量，m3/s。

該方程為偏微分方程，依附于水動(dòng)力方程組采用 6 點(diǎn)隱差分格式進(jìn)行數(shù)值求解，應(yīng)用 M ike 11軟件AD模塊作為計(jì)算平臺(tái)。

3.2 河網(wǎng)概化

河網(wǎng)概化遵循突出主干河道，使概化后河網(wǎng)的河道容積與實(shí)際河道容積基本上保持一致，河道斷面過(guò)流能力、控制建筑物規(guī)模及調(diào)度情況與實(shí)際情況相一致的原則。

規(guī)劃范圍內(nèi)共概化河道 85 條（段），總長(zhǎng)100.85 km，河 網(wǎng)概化密度 1.26 km/km2，概化湖泊 3 處，沒(méi)有概化的水面通過(guò)附加蓄水容積反應(yīng)在計(jì)算河網(wǎng)中。概化控制建筑物 26處。概化后模型共有水位計(jì)算節(jié)點(diǎn) 170 個(gè)，流量計(jì)算節(jié)點(diǎn) 85 個(gè)。

4 水質(zhì)改善效果

根據(jù)近遠(yuǎn)期水體流動(dòng)方案，根據(jù)污染負(fù)荷預(yù)測(cè)，分別計(jì)算近遠(yuǎn)期引清調(diào)水后內(nèi)河水系各代表斷面水質(zhì)改善情況，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。見(jiàn)表 1和圖1，2。

表1 各代表斷面水質(zhì)改善效果統(tǒng)計(jì)表

圖1 引調(diào)水方案各代表斷面 COD 變化過(guò)程線

5 結(jié)語(yǔ)

1）利用感潮河網(wǎng)模型軟件對(duì)潁上縣城區(qū)河道進(jìn)行河網(wǎng)概化，構(gòu)建了一維河網(wǎng)水動(dòng)力水質(zhì)模型。

2）通過(guò)計(jì)算引水 7 d 后規(guī)劃范圍水系水質(zhì)同樣有較大改善，各代表斷面的 COD 和 NH3-N 指標(biāo)基本可達(dá) IV 類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，滿足潁上縣城區(qū)內(nèi)河水系水質(zhì)控制目標(biāo)。

動(dòng)量方程：

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