调度生态二河流环境秦淮域水研究

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

(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。通过分析氮、磷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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