引江济太水量水质联合调度模型在应急调水中的应用.docx

水引江济太水量水质联合调度模型在应急调水中的应用金 科 1, 王船海 2, 俞晓亮 1, 林荷娟 1( 1.水利部太湖流域管理局, 200434, 上海; 2.河海大学, 210098, 南京)摘 要: 利用引江济太水量水质联合调度模型模拟不同调度方案下太湖水位变化、重要水源地的来水组成及水质变化过程, 通过各方案的对比来选择相对合理的调度方案, 同时为实时调度提供依据。事后通过对实况方案的 重演, 表明模型模拟的水量计算结果与实测数据吻合较好, 但水质计算尚需要长系列的资料积累。关键词: 水量模型; 水质模型; 应急调水application of joint r egulation model of quantity & quality in emer gency water diver sion fr om yangtzeto taihu/jin ke, wang chuanhai, yu xiaoliang, lin hejuanabstr act: the application of joint regulation model of quantity & quality for yangtze - taihu water diversion provides a base for the selection of better regulation option through comparison and real time regulation by simulating changes of water level and quality under varied regulation options and formation of inflow from key water sources. after its application in practice, it shows that the calculation result of the model complies well with the actual observing data. but the calculation of water quality still needs long series of data accumulation.key wor ds: water quantity model ; water quality model; emergency water diversion中图分类号: tv213.4文献标识码: a文章编号: 1000- 1123( 2008) 01- 0018- 03况, 在不同地理特征单元, 其水循环、水环境的规律各不相同, 因此将太湖 流 域 概 化 为 如 表 1 所 示 的 几 类 特 征 单元, 对不同的地理单元采用合适的 模拟算法进行求解。表 1 中 各 特 征 单 元 间 的 耦 合 关 系 见 太 湖 流 域 水 量 水 质 联 合 调 度 模 型结构示意图所示(图 1),各特征单元 子模型间的耦合求解, 主要是通过节 点水位、节点浓度来实现的。太浦河太浦闸工程, 其中望亭水利枢纽 和 太 浦 闸 的 引 排 水 量 与 太 湖 水 体 变化直接相关。另外江苏省已建成梅 梁 湖 泵 站 , 通 过 该 泵 站 的 运 行 , 可 调 活梅梁湖湖湾水体, 形成区域水体循 环, 同时扩大引江济太受益范围。故 引江济太应急调水的方案设计中, 需 要 综 合 考 虑 上 述 三 项 工 程 的 不 同 运 行工况下, 入湖长江清水对太湖水质 的改善效果。根 据 多 年 引 江 济 太 调 水 工 作 经 验及工程的实际运行能力, 同时, 充 分 考 虑 在 实 施 本 次 调 水 前 太 湖 流 域 已 进 入 汛 期 , 防 汛 压 力 较 大 , 因 此 在 设 计 调 水 方 案 时 必 须 考 虑 调 水 对 太 湖水位的影响, 确保太湖流域防洪安 全。故在此次方案设计中, 望亭水利一 、引 江 济 太 水 量 水 质 联 合调度模型引 江 济 太 水 量 水 质 联 合 调 度 模型是在对太湖流域内主要沿江、沿湖 闸 门 的 调 度 作 深 入 分 析 研 究 的 基 础 上 , 通 过 太 湖 流 域 河 网 、湖 泊 水 量 水 质模拟和多目标调度模型开发的、涵 盖 整 个 太 湖 流 域 平 原 河 网 地 区 以 及 长江相关河段的模拟计算系统。系统 建立了太湖河网一维、太湖准三维水 量 模 型 , 太 湖 河 网 一 维 、太 湖 湖 区 准 三维水质模型, 水利工程调度模型, 湖体富营养化模型, 分析引水时机以 及开发的水量水质联合调度系统等。 由于太湖流域水循环、水环境 问题的复杂性, 根据太湖流域的具体情二 、水 量 水 质 联 合 调 度 方 案模拟计算1.方案设计太 湖 流 域 引 江 济 太 调 水 中 直 接 影 响 引 水 的 控 制 性 工 程 为 望 虞 河 常 熟水利枢纽、望虞河望亭水利枢纽、收稿日期: 2008- 01- 07作者简介: 金科( 1982 ) , 男, 助理工程师。基金项目: 水利部科技创新项目( s cxc2002- 09 ) 。18水水 fft % fftd 浙西山丘区% % $fi , % % p %! k k k k +, #$ %&()* %)ftd * -. /01 79 (8:- 2 ?abc01. 34 3;d -5 55e .6 66 f:;)ghi图 1 太湖流域水量水质联合调度模型结构示意图特别关注2008.1中国水利枢 纽 设 计 流 量 分 别 取 200m3/s 、100m3/s, 太 浦 闸 设 计 流 量 取 50m3/s、20m3/s、0m3/s( 即关闸) , 梅梁湖泵站设 计流量分别取 50m3/s、0m3/s( 即关泵) 。 经过条件组合, 排除望亭水利枢纽以200m3/s 流量引水入湖、同时太浦闸和梅梁湖泵站均关闭等非可行方案, 最终 确 定 以 下 7 种 方 案 进 行 分 析 比 较( 见表 2) 。2.计算初始条件及边界条件选取 太 湖 湖 区 及 河 网 起 始 水 位 取3.1m, 起始流量取 0, 河网水质初始值全部取类水。模 型 计 算 的 边 界 条 件 包 括 太 湖 流 域 沿 长 江 14 个 主 要 水 利 枢 纽 、沿 杭 州 湾 3 个 主 要 水 利 枢 纽 的 引 排 水 资料, 太湖流域降雨、蒸发资料等, 计 算 时 需 要 有 长 系 列 的 历 史 资 料 和 计 算时段的资料作为基础。根据分析, 由水文部门提供的 长 江、钱塘江潮汐表结合各闸门的调度 规则, 可通过模型模拟出较合理的工 程引排水情况来作为边界条件, 但由 于该模型尚不具备预报功能, 无法通 过 前 期 资 料 的 收 集 来 预 测 降 雨 及 蒸 发等情况, 故在此次模拟计算中计算 时 段 内 的 相 关 资 料 均 采 用 多 年 平 均 值来代替。3.计算成果比较分析应 用 引 江 济 太 水 量 水 质 联 合 调表 1太湖流域模型主要特征单元一览表度模型进行计算, 综合比较7种方案的 计 算 成 果 可 以 看 出 , 望 亭 水 利 枢纽 、太 浦 闸 工 程 、梅 梁 湖 泵 站 的 不 同 运 行 工 况 对 太 湖 水 位 变 化 及 水 厂 水 源 地 水 质 改 善 的 效 果 有 着 较 大 的 影 响。可以得出以下结论: 引江济太 应急调水引长江清水入太湖, 离清水 入 湖 口 越 近 的 湖 区 水 质 改 善 效 果 越 明 显 , 能 够 起 到 “以 清 释 污 ”, 短 期 内 改善太湖西北部湖湾水质的效果; 望亭水利枢纽的流量越大, 太湖水位 增加幅度越大, 长江清水在水厂水源 地来水组成中所占比例越大, 水源地 水质改善效果越明显; 梅梁湖泵站 运 行 后 , 可 促 进 梅 梁 湖 湖 湾 水 体 流 动, 从而扩大引江济太受益范围。4.建议调度方案通 过 模 型 模 拟 计 算 可 得 到 如 下 调度原则: 在望虞河水质符合入湖要 求的基础上, 望亭水利枢纽尽量加大 入湖流量; 大流量入湖时要尽量以较 大流量排水进行配合, 同时密切关注 太 湖 水 位 , 确 保 防 洪 安 全 ; 在 保 证 太 湖蓄水量的同时, 要充分考虑太浦河 下游地区供水安全和生态安全, 太浦 闸要保证适当下泄水量; 梅梁湖泵站 可适当开启运行, 以加快梅梁湖湖湾19水特征单元类型水量模型算法水质模型算法主要代表单元备注山丘区子流域 及坡面单元新安江模型固定浓度法浙西山丘区, 共分为 10个子流域平原区坡面 单元平原区降雨径流模型固定浓度法湖西山丘区, 共分为 10个子区域非点源污染模型阳澄片、太湖主 要 为 平 原 区 部 分 , 共 个为 16 个子区域平原区河道 单元一维水动力学 模型一维水质 模型算法望虞河、太浦河共 概 化 了 1482 条 内 河 道, 总河长为 7879.4km, 断面数为 4270 个平原区湖泊、水 库、行蓄洪区单元零维模型零维水质 模型算法阳澄湖、滆湖共 概 化 了 104 个 湖 泊 ,总面积为 871km2太湖湖区 准三维模型二维( 准三维)水质模型算法太湖湖区太湖湖区闸坝工程单元闸坝工程 模拟算法闸坝工程水质模型算法太浦闸、望亭等共概化了 168 个大闸水特别关注china water res ources 2008.1表 2 控制性工程流量的方案组合单位: m3/s手段之一。通 过 实 况 调 度 方 案 的 重 演 和 比较, 可认为该模型的计算结果是基 本符合实际的, 可以为引江济太实时 调度提供技术支撑。此次引江济太应急调水实施过 程 中 的 调 度 方 案 根 据 实 际 情 况 进 行 实时调整, 保证了调度的科学性和有 效性, 从实况条件下的模型计算结果 来看, 通过调水引入太湖流域的长江 清水可以往各湖区扩散, 对改善太湖 水体及水源地水质起到重要作用。今后拟定调水方案时, 可以 采 用 该 水 量 水 质 调 度 模 型 对 初 拟 的 方案进行分析和优选, 并在此基础上,根据流域水雨情等情况实时调整, 实水体流动, 改善水质。但由于太湖流域水雨情复杂多变, 蓝藻发展变化过 程也受到水温等多种因素影响, 并非 完全人为可以预测, 故建议根据流域 水雨情及蓝藻变化等情况, 实时调整 调度方案。其间共引水 10.04 亿 m3, 入太湖6.24 亿 m3, 长江清水在短时间内就稀释 了太湖西北部湖湾的污水, 遏制了蓝藻 继续暴发的势头, 大大改善了水环境。5 月 6 日至 7 月 4 日应急调水期 间, 太湖局积累了大量的监测数据, 根 据 实 测 的 边 界 条 件 数 据 重 新 计 算 太 湖 水 位 过 程 及 三 大 水 厂 来 水 组 成 等, 并通过计算成果与监测资料的对 比, 进一步率定水量水质联合调度模 型, 为今后更好地利用模型指导工作 打下基础。三 、利 用 模 型 对 实 况 调 度 方案进行重演2007 年 5 月 6 日 启 动 引 江 济 太应急调水后, 太湖流域管理局密切关 注流域水雨情及天气变化趋势, 实时 精细调度, 妥善处理好应急调水和防 汛的关系。7 月 34 日, 太湖流域北 部和下游部分地区普降大到暴雨, 局 部大暴雨, 太湖局暂停实施引江济太 应急调水, 常熟枢纽及时转向排水, 缓解区域防洪压力。现实时精细调度。参考文献:1 程文 辉, 王 船 海, 朱 琰.太 湖 流域模型m. 南京:河海大学出版社, 2006.2 王船海, 李 光 炽. 实 用 河 网 水流 计 算m. 南京: 河海大学出版社.1997. 3 王船海, 李光炽. 流域洪水模拟j. 水利学报.1996 (3).责任编辑 韦凤年四、结论通 过 引 江 济 太 调 水 改 善 太 湖流 域 水 环 境 是 切 实 可 行 且 行 之 有 效 的方法, 该方法见效快且效果明显, 是 改 善 太 湖 流 域 水 环 境 不 可 缺 少 的( 上接第 25 页) 裂缝处理速度快等优点, 能较好地满足实时建立地形 lod 模型的需求。同时,基于线性四叉树结 构的 分 层 分 块 lod 模 型 的 建 立 方 法 的提出, 为快速地绘制大规模地形,提 供了一种通用的解决方法。3.虚拟系统集成应用在 虚 拟 系 统 工 具 组 件 开 发 的 基 础 上 , 根 据 不 同 的 应 用 目 标 , 在 数 据 集 成 平 台 的 支 持 下 , 结 合 各 专 业 模 型, 使虚拟系统平台将各种模型能够 完整地集成在一起, 形成一个面向具 体应用的虚拟系统。4.调度效果模拟在 望 虞 河 和 湖 体 进 行 逼 真 演 示 各种引江济太方案, 包括实施方案和 方案实施后实测值的演示。在河流及 周边的自然景物、主要建筑物所构建 的真实感强的虚拟场景中, 通过程序控 制 使 用 户 可 以 自 由 地 沿 场 景 物 体表面任何高度进行浏览, 即用户可以 在河道水面任何位置、两岸堤防上, 或 是 在 空 中 等 位 置 观 看 河 流 中 的 水 位 、 水 质 变 化 情 况 及 污 水 的 运 动 过 程, 并可沿任何方向、任何视角、在任 何位置进行观看。由于河水是一个流 动的物体, 一个地方的水文数据在经 过一段时间的运行后, 其状态肯定会 发生变化, 即水文数据是一个时间函