时间：2023-02-27 11:07:39
导语：在水渠工程论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
南水北调中线工程从汉江丹江口水库引水，沿太行山东麓北上，经河南、河北，自流输水到严重缺水的京津华北地区，以解决干渠沿线北京、天津等20座大城市，100多个县市的用水问题。南水北调中线工程，近期调水95亿m3，远景调水130亿m3，丹江口水库下泄水量减少，水位降低，势必会改变汉江中下游干流供水区的水资源供需关系和生态环境条件，加剧该地区日趋严重的水资源供需矛盾。为了既有利于实现向北调水的任务，又无损失水源区的根本利益，必须采取相关补偿工程措施，消除调水带来的不利影响。
引江济汉工程（也称“两沙运河”）作为汉江中下游水源配套工程措施之一，是从长江荆江河段沙市附近取水补充汉江干流兴隆梯级以下地区的灌溉、航运、生态环境等方面的用水需求，以及东荆河地区的灌溉、生态环境用水需求，（如图1所示）。引江济汉工程的供水对象包括：
（1）东荆河灌区、谢湾灌区、泽口灌区、沉湖灌区、汉川二站提水灌区和江尾提水灌区等六个灌区，现有耕地面积39.9万hm2，有效灌溉面积3.79万hm2，人口555.24万人；
（2）武汉市城区、仙桃、潜江、汉川、孝感、东西湖、蔡甸等7个城市（区），供水人口333.7万人，工业总产值达534.75亿元；
（3）汉江下游河道生态环境用水：针对20世纪90年代以来，汉江沙洋以下约300km的河段发生过5次“水华”事件，使汉江中下游河道维持一定的流量保证河道生态环境的稳定；
（4）河道内航运用水：为保证航道条件需保持一定流量，以维持必要的航深和航宽。
对图1所示的水资源系统，各供水子区的各部门用水，首先由该供水子区内的各种当地水资源（包括地表水、地下水和过境水等）供给，如出现供水不足，则由引江济汉工程补充供水，所以，各供水子区的缺水量大小，是确定工程渠道规模的重要依据。但是，供水区当地水资源不同的配置方式，其产生的缺水量在时间和空间的分布是不同的，从而也影响着分干渠和总干渠的规模。渠道规模的优选实质上是水资源优化配置在工程侧面的体现，总的原则是在充分合理使用当地水资源的前提下，最大限度发挥工程的输水能力，尽量减少各种水源的弃水和渠道的闲置，提高供水保证率和水资源综合利用率。
2渠道规模优选的数学模型
根据水资源优化配置目标的度量识别，本次研究认为最优的渠道规模应该体现供水区社会、经济和生态环境综合效益最优[1，4]，数学模型如下。
2.1目标函数
（1）总供水量最大，即
式中，WG——总供水量；WGy(k,t)、WGh(k,t)、WGl(k,t)——第k供水片第t时段的引江济汉工程供水量、当地地表水和地下水供水量；M——长系列资料时段总数；N——供水片总数。
（2）总生态环境缺水量，即
式中，WQe——总生态环境缺水量；Ue(k,t)——第k供水片第t时段供水区生态环境需水量；WGe(k,t)——第k供水片第t时段总供水量中可以提供的生态环境供水量；其它符号意义如前所述，下同从略。
（3）引江济汉工程渠道利用率最大，即
式中，R——引江济汉工程利用率；Q(k,t)——第k渠段第t时段的流量；QSUP(k)——第k渠道的最大输水控制流量。
2.2约束条件
（1）汉江水量平衡方程约束：
W(k+1,t)=W(k,t)+P(k,t)-P(k,t)-E(k,t)+G(k,t)+I(k,t)-WGh(k,t)+F(k,t)(4)
式中，W(k,t)、W(k,t+1)——第t时段上游第k供水片的入、出境水量；P(k,t)、E(k,t)——第t时段第k河段的降水量、水面蒸发量；G(k,t)、I(k,t)——第t时段第k河段的地下水汇入量、河道区间水量；WGh(k,t)、F(k,t)——第t时段第k供水片的供水量、回归水量。
（2）供水区水量平衡方程约束：
U(k,t)-WQ(k,t)-WGy(k,t)-WGh(k,t)-WGl(k,t)=0（5）
式中U(k,t)、WQ(k,t)——第k供水片第t时段的需水量、缺水量。
（3）引江济汉工程渠道输水能力上限约束：
Q(k,t)＜w(k)Qsup(6)
Q(k+1,t)≤Q(k-1,t)(7)
式中，w(k)——第k支渠从总干渠的设计分流比例。
（4）水源弃水量最小约束：
式中，WL——水源的弃水总量目标值；Wl(k,t)——第k供水片第t时段的地表水源可供水量；T*——系列时候刻度单位，一般为旬、日、月等；公式中大括号内的三项分别为地表水源弃水量、地下水源弃水量和引江济汉工程虚拟弃水量。
（5）边界条件约束、变量非负约束等。
3多目标边际优选法
渠道规模的多目标边际优选法包括供水区水资源优化配置、控制六俩优选、设计流量和加大流量优选、灵敏度分析四步，其中水资源优化配置和控制流量优选是相互耦合并需要多次反复。
3.1水资源优化配置
各供水片对当地水源采取的配置方式会影响到分水口的亏水过程。从水资源可持续利用的角度出发，必须对各分水口所含供水片的水资源进行优化配置，这样得到的各分水口亏水过程，才是确定引水渠道最优规模的直接依据。
不考虑引江济汉水源，采用渠道规模优选的数学模型（1）～（8）进行供水区的水资源优化配置（忽略目标（3）并使Qsup=0，即没有引江济汉工程）。实际操作中使用了多目标模拟技术和大系统分解协调相结合的方法[2]，得到各供水片的缺水过程。
3.2控制流量优选
接着需要优选确定最大限度满足各供水片用水需求的渠道控制输水流量即最优控制流量。最优控制流量是反映系统总优化程度的一个指标[3]。
由上述所得各分水口的需分水流量，自干渠末端由下而上逐渠段累加（如图2所示），并考虑各渠段的输水损失，即可推得渠首输水流量过程。将此过程按大小进行排序，并计算相应的频率，选取时段频率分别为50%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%和98%时对应的渠首输水控制流量，在此流量系列为基础进行优选。
分别将上述控制流量作为渠道规模约束，对涉及到的水资源系统进行第二次优化配置计算。这里要完整地使用渠道规模优选的数学模型（1）～（8），可得到相应水平年下各目标函数值与控制流量的关系，由于供水区的供需水状况随时间分布差异较大，为了保证各旬的控制流量优选不受其它时段的影响，故以旬为单位分别进行控制流量的优选。各旬的三条输入～输出响应曲线分别为（参见图3）：a.多年平均旬供水量～控制流量关系WGX=f(Q)；b.供水区生态环境缺水量～控制流量关系PX=g(Q)；c.工程旬利用率～控制流量R=h(Q)。
利用经济学方法对上述三种曲线进行分析，在这里我们引入了边际旬供水量WGXB、边际旬生态环境缺水量PXB和边际旬利用率RB三个量值，并以边际旬供水量WGXB为例作详细说明。边际旬供水量是指增加单位流量而获得的供水量增加值，在Q0处的边际旬供水量定义为：
边际旬供水量表征了在Q0的基础上增加单位流量对增加旬供水量的贡献程度。
经济学中的经济均衡的充分必要条件是边际收益等于零、边际收益的导数小于零。由于受物理指标的限制，在具体论证工程规模时不可能完全照搬边际收益等于零的法则，与此相似，提出了以下分析确定方法：
（1）将P=g(Q)和E=h(Q)两个关系曲线描绘在同一坐标系中（坐标刻度可能不同），以便于观察曲线某些相似的变化趋势；
（2）对不能精确找到驻点（边际保证率等于零）的曲线，用曲线明显由陡变缓的坐标点代替，本文称为近似驻点。实际操作证明这种简化是必须的，而且误差在可接受的范围内；
（3）对近似驻点不满足供水保证率要求的实例，可考虑适当将其右移，即增加最优控制流量。按照上述原则，选取合适的控制点作为各旬的最优控制流量，结果如表1所列。
3.3设计流量和加大流量优选
设计流量则是供水系统设计供水保证率要求的一个渠道设计指标。加大流量是考虑到渠道建成后在管理运行中可能出现规划设计中未预料到的变化和短时加大输水等要求，为留有余地而拟定的一种流量。本次采用类似于灌水率修正的方法优选渠道设计流量和加大流量。
将各旬最优控制流量绘成直方图，如图4，若以其中最大流量Qmax作为渠道的设计流量，势必偏大，是不经济的。根据文献[5]，渠道的设计流量，应从中选取延续时间较长（达到30天或以上）的最大平均流量，而不是短暂的高峰值，对短暂的大流量，可由渠道的加大流量去满足，而对大于加大流量的极短时间流量可以通过渠道的调度满足。对于以远距离、多目标为显著特点的大型引水渠道，其输水流量较单纯灌溉渠道要均匀，且应考虑历年停水1至2个月的维修期，因此，可选取延续时间超过3个月的最大平均流量，即图4中的Qd，作为渠道设计流量。
加大流量是设计渠道高程的依据。现有规范关于渠道加大流量的计算公式为：
Qa=（1+α）Qd（10）
式中，Qa、Qd——渠道的加大、设计流量；α——加大系数，由文献[5]可查。需要指出，这一加大流量并非最后采用的结果，在确定加大流量时，还须考虑通过各种优化配置方案计算得到的最优控制输水流量约束。因此，建议从式（10）算出的加大流量和最优控制流量中选择较大的数值，并适当取整，以此作为渠道加大流量值。
从图4可以看出，5、6、7月连续91天的最优控制流量在400m3/s为作为渠首设计流量值。在根据式（10），选择加大流量系数5%进行计算，可得到渠首加大流量为420m3/s；并在此基础上，考虑到5月中上旬、6月中上旬、7月中上旬等六个关键供水旬的最优控制流量均达到450m3/s，因此为保证春、夏季用水临界期的水资源需求，建议取渠首加大流量为450m3/s。
3.4灵敏度分析
为了进一步论证渠道规模的经济合理性，尚须针对加大流量下的渠道规模，进行微幅变化（如增加5%到10%与减少5%到10%）条件下供水区的多方案优化配置计算，以便分析渠道规模微幅变化时对供水量或缺水量与渠首输水量等方面的影响程度，进一步说明建议渠道规模的经济合理性。灵敏度分析成果如表2所列。
说明：百分数为增加（减少）值相对于固定值的比例
由表2可以看出，如果渠道规模在建议加大流量的基础上增加5%，各优化配置方案供水量仅增加2.91%到4.00%；如果渠道规模加大10%，供水量也仅增加6.02%到9.19%，生态环境缺水量的减少也有限（最大9.77%），由此可以认为：在建议规模的基础上再增加渠道规模是不经济的。同理可知，在建议规模基础上减少10%或5%，虽然供水量较小不大，但生态环境缺水量有较大幅度的增加（最大56.96%），这也是不合理的。因此，本文所建议的渠道规模是经济、合理的。
4结语
本文将大型复杂水资源系统的水量优化配置与大型引水渠道的不同频率组合控制流量边际优选法结合起来，提出了以供水量最大、生态环境需水量缺水最小和工程规模利用率最大为目标、以水资源优化配置为基础的大型渠道工程规模多目标优选方法，这是对现有渠道设计方法的一种发展，为今后以供水、灌溉和改善生态环境等为主要目标的大型引水工程规划设计提供了理论与方法依据。并将本方法应用于引江济汉工程渠道规模的优选研究，得到了满意的计算结果，为引江济汉工程下一步的优化决策和设计提供了参考依据。
参考文献
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TheOptimalCanalWaterCompensationintheWaterheadoftheMiddleRoute
oftheWaterTransfersProject
YANGShumin1,SHAODongguo1,LIUBingjun1,XUMingxiang2,LINDecai2
(1.CollegeofWaterResources＆Hydropower,WuhanUniversity,Wuhan430072,
2.HubeiSurvey＆DesignInstituteofWaterResources＆Hydropower,Wuhan430070,China)
临汾市古县旧县镇位于古县的中南部，镇区供水工程已经运行三十多年，设施老化，压力不足，漏水跑水现象经常发生，特别是旧县镇区多年来不断发展，部分住在地形较高的岭上居民，用水极不方便，吃水困难，已经严重影响了当地人民群众的正常生活，制约着当地经济的发展，迫切需要实施供水改造工程。旧县镇区集中供水工程原有水源4处，1号水源为镇南边旧县河道左岸1眼水源井，2号～4号水源为南边皂角沟上游0．8km的3处泉水，镇正南边高地建有1座容积80m3调蓄水池，以及引输水管和供水管网。根据镇区建设规划，结合工程实际，本次确定的改造内容为:1)1号水源改造:更换1号水源的水井抽水设备及压力管0．502km，将水提到旧县镇供水站调蓄水池;2)新建旧县镇供水站:位于镇南边偏东高地，修建300m3调蓄水池、加药消毒室40m2及其辅助设施，以及在2号水源的引水管设分水后，安埋0．134km引水管，供到新建调蓄池;3)改造3号水源工程:从镇府正南1.2km处旧县河尸.岸2号泉水引水，需修建引水口和引水
2乡镇概况
古县全县设7个乡(镇)，111个行政村，人口9万人，总面积1206km2，耕地面积61．69万亩。全县以农业为主，主要生产小麦、玉米、杂粮、核桃等，全县工业基础薄弱，近年来，有部分矿业、焦化产业正处于发展阶段，人民生活水平较低。旧县镇全镇辖13个行政村，76个村民小组，135个自然庄，总人口2537户10511人，总面积124km2，耕地面积39865亩，具备农业经济综合发展的资源优势和地理条件。旧县镇区集中供水工程位于旧县镇附近区域，依据古县2013年经济计划统计资料，旧县镇区及驻地单位总人口数为7020人。区内耕地面积1．42万亩，当地农民以种植大田粮食作物为主，部分村庄有冶炼、制造副业。当地农业总产值每年5114万元。人均年收入7103元，人民生活水平较低。
3自然条件
3．1自然地理及地貌旧县镇附近区域面积小，地形变化大。地面高程在788m～884m之间，自然坡降为1．79‰。工程区位于吕梁太岳山南麓，沁水盆地边缘，整个区域沟壑纵横，山高坡陡，属涧河南支流域。地表为新生界松散沉积物覆盖层。区内境内山脉连绵，沟壑纵横，地形复杂，境内有涧河、蔺河、蔡子河、刘垣河四大水系，其中蔺河为沁河支流，其余为汾河一级支流，黄河二级支流，水资源存储量较少。
3．2水文气象工程区属暖温带大陆性季风气候。四季分明，春季干旱多风，气温回升快，夏季高温多雨，秋季凉爽湿润，冬季寒冷干燥。境内年平均气温11．8℃。1月份最冷，月平均气温－3．6℃，7月份最热，月平均气温24．9℃。境内测得最高气温为39℃，最低气温为－23．4℃。古县总热量比较丰富，年平均日照达2278．8h，日照率为51．7%，初霜日期10月20日左右，终霜期4月14日左右，年平均无霜期183d。降水东北多，西南少，年均降水量558．5mm，降水季节间分布极不均衡，60%集中在7月～9月三个月内。
4现有供水工程概况
旧县镇位于古县的中南部，镇区供水工程已经运行三十多年，设施老化，压力不足，漏水跑水现象经常发生，特别是镇区不断发展，部分住在地形较高的岭上居民，多年来用水极不方便，吃水困难，已经严重影响了当地人民群众的正常生活，制约着当地的经济发展，迫切需要实施供水改造工程。旧县镇区集中供水工程现有水源4处，镇南边旧县河河道左岸1眼水源井、镇南0．8km处泉水1眼以及镇政府南1．2km处泉水2眼(管道损坏不用)，容积80m3调蓄水池1座，以及引输水管和供水管网。
5工程建设必要性
项目区因受水文、地形、地貌、气候特点等自然条件的影响，区内水资源充足，主要是供水设施老化，给当地居民带来严重的不便及后患。目前，该地区的可供水能力不能达到日益增加的需水量要求，同时管网老化严重，蓄水池地形偏低，部分居民经常有水龙头而放不出水，有时能在后半夜接水，用水极不方便，也存在贮水时间过长，饮用后得病。因此，水资源的安全问题已经成为制约当地经济发展的主要因素，当地政府已经把改善供水紧张的局面、解决饮水安全问题当作当前工作的一项重要内容。解决饮用水的问题迫在眉睫、势在必行。工程建设的可行性主要表现在以下方面。
5．1水源条件充足旧县村南地下水埋藏深度适中，水量丰富，水质良好，根据已有成井的情况，出水量在20m3/h，且有泉水3眼，出水量分别为8m3/h，5m3/h，5m3/h。如加以合理、科学的开发和利用，其水量完全能保证该区的用水需求。
5．2政府积极推动当前，各级政府将解决农村饮水安全问题作为一项头等大事来抓。水源区与受益区均处于古县旧县镇境内，大大地减少了跨地域引水的矛盾，且旧县镇党委、政府对此项工程十分重视，成立专门领导小组由专人负责，极大的推动了此项工程的发展。
5．3群众大力支持解决当地饮水问题的工程是当地群众盼望已久的工程，群众有极高的热情，纷纷表示要大力支持该工程，尽自己最大的力量，以实际行动保证该项工程的顺利实施。
5．4施工条件便利工程区比邻大运高速公路、309国道贯穿全镇，区内乡镇级公路四通八达，交通便利，水、电、通讯均可在沿途解决，施工所用材可从本县或临汾采购，施工条件便利。
6效益分析
本供水改造工程实施后，项目区群众避免了因集中供水老化供水不足以及饮用不合格水引起的各种疾病，减少了购水和医疗费用的开销，增强了人民群众身体健康，改善了生活条件，促进了当地经济的发展。
6．1经济效益分析1)效益计算。a．节省医疗费，每人每年按80元计算，共节省支出56．16万元。b．减少了买水的开支，每人每年按120元计，项目区共节省水费支出84．24万元。c．总效益。由以上两项得总效益为140．4万元。2)项目投资。该项目总投资为584．07万元，考虑到本工程的特点，进行经济分析时的投资调整为408．85万元，建设期为1年，固定资产形成率为70%。3)费用计算。根据《方法与参数》及有关《规范》，供水费用一般由年折旧费、年管网基金、水源及水资源费、燃动费、药剂费、工资福利、维护费、管理费及其他费用共9项构成;根据国家规定采用加权平均的方法计算综合折旧费率为3．84%;按规范规定供水项目取2．4%大修理基金费率;根据有关规定，管网基金提成率为管网总投资的7%，考虑到该工程的具体情况，不计此项;按照有关规定及具体运行情况，取水资源费及水费为0．1元/m3;电价为0．49元/度，该工程年用电量为6万度。该工程不进行净化处理，故药剂费该项取为零;按有关规定及本工程的实际需要，拟定总编5人。拟定人均年工资及办公费1万元;工程维护费主要指固定资产的备件、低值易耗品和固定资产经常性的维护修理费，维护费率取固定资产总价值的1%;管理费及其他费用是指为本工程生产运行所发生的费用，考虑到本工程的特点，参照已成工程，费率取为生产要素成本的3%;经计算总费用为39．9万元。4)计费水量。年供水量为12．4万m3，年计费水量为12m3。5)经济指标。经济指标计算的基准点定在建设期的第一年年初。效益费用均按年末发生，工程经济使用期为20年，投资期为1年，经济计算期为22年，社会折现率为12%。计算结果为:效益费用比1．65，内部回收率28．7%，经济净现值504．78万元，投资回收年限为6年。
6．2运营水价计算
虹口港、杨树浦港位于上海市区的东北角，是虹口、杨浦两区的主要河道，也是黄浦江下游的重要支流。两港地区旱流污水截流工程，涉及13个市政排水系统，21座市政排水泵站.
上海污水治理三期工程主要解决虹口、杨浦两区合流污水的出路，共涉及18个市政排水系统，其中有13个排水系统位于虹口港、杨树浦港地区，属本工程服务范围。总管走向西起梧州路周家嘴路，沿周家嘴路往东过江浦路折入北侧新昆明泵站以北新建的中途提升泵站。两港污水由该泵提升后沿杨树浦港往北过控江路，沿江浦路至中山北二路。近期该总管折入西侧沿中山北二路行至密云路，建一座纳管井，两港旱流污水通过本工程的φ2400连接管纳入合流一期工程总管，利用合流一期工程总管在旱天时的空余能力，将污水输送至竹园深水排放到长江，远期往北过走马塘在政本路设一座接收井，将两港的旱流污水和雨天的截流污水输送入污水治理三期工程总管，本工程做到近远期结合，没有废弃工程。
二、工程内容
（一）污水截流支管系统
本工程共有5条截流支管。
第一条为虹口港截流支管，主要收集大名、汉阳两座泵站的截流污水，该段支管平均旱流污水量为0.14～0.39m3/s，截流量为0.52～1.37m3/s，管径φ800～φ1500，全长约670m.
第二条为俞泾浦截流支管，主要收集华昌、横浜、武进、溧阳4座泵站的截流污水，该段支管平均旱流污水量为0.28～0.95m3/s，截流量为1.01～3.43m3/s，管径φ1200～φ1800，全长约2210m.
第三条为沙泾港截流支管，主要收集虹镇、临平2座泵站的截流污水，该段支管平均旱流污水量为0.15～0.51m3/s，截流量为0.55～1.85m3/s，管径φ800～φ1650，全长约1150m.
第四条为大连泵站截流支管，主要收集新建大连泵站和排黄浦江自流区的截流污水，该段支管平均旱流污水量0.40m3/s，截流量为0.92m3/s，管径φ1200，全长约1730m.
第五条为杨树浦港截流支管，主要收集松潘、杭州、惠民、霍山、周塘浜5座泵站的截流污水，该段支管平均旱流污水量为0.38～1.41m3/s，截流量为0.84～4.52m3/s，管径φ1000～φ2200，全长约3700m.
（二）污水截流总管及出水总管
污水截流总管从周家嘴路梧州路至周家嘴路江浦路，管径φ1500～φ3000，全长约1860m，该段总管已在周家嘴路道路辟通和拓宽工程中实施，本工程不再列入。
中途提升泵站至中山北二路、政本路交汇处为本工程的出水总管，该段管道因出水方向与污水治理三期工程方案总管走向一致，故本工程按污水治理三期工程方案一次实施。
该段总管沿线要接纳凤城、鞍山泵站的截流污水量。控江路泵站属凤城排水系统服务范围（泵站位置在道路红线内，规划应废除），其雨污水应纳入新建凤城泵站，故本工程不再另设截流设施。
该段出水总管平均旱流污水量为4.16～4.57m3/s，截流量为13.92～15.38m3/s，管径φ2400～φ2700，全长约1730m.
本工程起点为中途泵站出水高位井，沿杨树浦港向北行，穿过控江路北上至本溪路，再沿江浦路北行至延吉中路口，接纳新建凤城雨污水合建泵站的截流污水后，继续沿江浦路北行至抚顺路接纳鞍山泵站的截流污水，再沿新辟筑的江浦路往北行至走马塘政本路，向北预留一只接入远期污水治理三期工程的接口，折向西与连接管相接。
（三）连接管
中山北二路江浦路至中山北二路密云路为连接管，是截流两港旱流污水的专用管道，该连接管与污水治理三期工程总管接通，作为竹园第一、第二污水排放系统的连接管，近期为压力流入合流一期总管。
该段连接管平均旱流污水量为4.57～4.84m3/s，旱流高峰流量为5.73～6.14m3/s，管径φ2400～φ2700，全长约1500m.起点为中山北二路江浦路，向西行至密云路，通过纳管闸门井排入合流一期总管箱涵管内。
该段管道输送压力流入合流一期总管，沿途还要接纳四平泵站的截流污水。该段连接管由于近期压力流向西，远期重力流向东，而远期水量较近期水量小，故管道坡度按远期流向逆坡敷设，今后无废弃工程。
（四）收集管
根据调查资料的汇总（至1998.12止），虹口港沿线市政直排口33个，企事业单位直排口8个；杨树浦港沿线市政直排口11个，企事业单位直排口6个，还有相当一部分居民直排口未统计在内（据不完全统计，有68个污染点，直排水量为2.17万m3/d）。
为截流这些点污染源，埋设相应的排水管道予以收集，由于本工程范围的排水系统均为合流制，又是建成区，故敷设收集管时，首先要拆除原排入河道的管道，封堵出浜管口，再敷设相应的管道就近接入已有的市政排水主干管和总管道。
本系统收集管点多、面广、线长。管径从φ450～φ2400，全长约11.0km.收集管也就是地区的雨污水合流管，接纳沿线街坊的出水管口和道路上的雨水口，故收集管的敷设，不仅截流了直排水体的管口，还改善了该地区的积水现状，提高排水标准，完善排水泵站的管网系统。
因此，本工程收集管的实施，按规划结合低标准排水系统改造方案一起进行，减少了废弃工程。
（五）纳管井
在密云路中山北二路设置一座纳管闸门井，两港污水在该处纳入合流污水一期总管。
近期两港平均旱流污水4.84m3/s通过纳管井接入合流一期总管，流量按近期中途泵站配泵能力为7.0m3/s设计；远期可作为一期总管与三期总管之间的连通管。
根据纳管井的功能及作用方式转换，在纳管井里设置两道闸门。近期φ2400闸门常开，远期关闭，以阻止一期污水流入三期总管。出水管处安装2扇1400×2000闸门，分两孔进入合流一期双孔箱涵总管，分两孔进水可调节水量及与合流一期双孔箱涵总管运行相协调。
（六）污水中途提升泵站
中途提升泵站选址在杨树浦港西岸，周家嘴路以北已建昆明泵站的北侧。泵站占地面积约15.72亩，泵站西南面设置综合楼及控制中心，南侧设置环网站及机修车间。泵站的土建规模按远期工程的要求实施，设备的安装分近远期进行。近期旱流污水高峰流量为5.28m3/s，平均流量为4.16m3/s，低峰流量2.50m3/s，雨天截流污水流量为14.00m3/s.
（七）截流设施
污水截流的方式，主要取决于现有排水设施的情况和截流管的设计水位条件。本工程采用泵前截流式或泵截的方式。前者适用于埋设深度较深的截流支管，后者则适用于埋设深度较浅的截流支管。
泵前截流式是在现有合流泵站的进水管上截取污水，以重力流方式将服务范围内的污水和初期雨水截流，通过新建污水截流井重力排入各支管。泵截的方式即通过新建污水截流泵房，将地区的合流污水提升后接入截流支管。
三、工程效益
在污水治理三期工程尚未实施之前，为了尽早改善两港水体对黄浦江、苏州河水体日益严重的污染，近期先采取临时过渡性工程措施：利用合流污水治理一期工程截流总管在旱天时的空余能力，把目前排入两港水体的旱流污水截流下来，通过规划新建中途泵站提升，近期纳入合流污水治理一期工程截流总管内，远期接入政本路合流三期的污水总管。本工程建设与远期规划结合密切，没有废弃工程。
本工程实施后，虹口港、杨树浦港在旱天不再直接向黄浦江排放污水，减少了对黄浦江的污染，使黄浦江和苏州河的水质污染也得到了控制。
本工程建成后，虹口港截污工程平均每天截除污水9万m3，杨树浦港截污工程平均每天截除直排河道污水24万m3，改善了虹口港、杨树浦港及与之相通的黄浦江、苏州河支流的水质。同时也改善了该地区的生态环境和投资环境，对加速虹口、杨浦地区的开发建设具有明显的社会效益和经济效益。
渠道滑坡是具有滑动条件的斜坡在多种因素综合作用下的结果，但对某一特定滑坡总有一或两个因素对滑坡的发生起控制作用，我们称它为主控因子，在滑坡防治中应着力找出主控因子及其作用的机制和变化幅度，并采取主要工程措施消除或控制其作用以稳定滑坡，对其他因素则采取一般性措施达到综合性治理的目的，如地下水作用引起者以地下截排水工程为主，因削弱坡体支撑力引起者则以恢复和加强支挡工程为主。具体的原因有：
(1)由于渠线经过地段地质、土壤条件较差，如有软弱土层、断层、风化土层，岩层倾向渠内，沿层面容易产生滑坡。
(2)改变滑带土的性状减小抗滑阻力的因素，如地表水下渗、地下水位变化、灌溉用水下渗、潜蚀和溶蚀作用等降低滑带土强度的因素。
(3)既增加下滑力又减小抗滑力甚至造成滑带土结构破坏(如液化)的因素，如地震和爆破震动等。
(4)施工方法不当，加大了边坡的滑动力，容易引起滑坡，或采用不适宜的爆破。
(5)新、老土(石)结合质量不好，引起结合料的滑动。
(6)改变坡体的应力状态，增大坡脚应力和滑带土的剪应力(即下滑力)的因素，如渠道坡脚人为大量挖土或水流冲刷淘空，导致滑坡等等。
2.渠道的滑坡处理
渠道滑坡的处理，首先应通过地质勘查，找出滑坡的原因，判断滑坡的稳定程度。提出滑坡的施工方案，因地制宜，寻找技术可行，经济合理、容易实施的处理方法。整治滑坡处理贵在及时，力求根治，以防后患。
渠道滑坡的处理，常用的方法有排水导渗、削坡减载、支挡、暗涵(或埋管)、渡槽及改线等。
2.1排水导渗。排去地表水，疏干地下水是整治滑坡的首要措施，应根据不同情况采用不同的排水方法。
（1）地表排水：对滑坡体以外的地表水应以拦截旁引为主，即在滑坡围界5米以外修筑环形截水沟。要注意截水沟的深度和质量，力求做到滑坡体外的水不再渗入滑坡体内。对滑坡范围以内的地表水，应以防止下渗和引出为准。首先要把滑坡体内的多种裂缝回填夯实，防止地表水继续下渗，然后利用滑坡范围内的自然排水沟或新建的排水沟，把地表水迅速汇集排出滑坡体外。（2）地下导渗：为了防止滑坡范围以外的地下水渗入滑坡体内，常用设置截水盲沟，将地下水导出滑坡体外。对滑坡外的排水，可以在坡面砌筑多种形式的导渗沟，或采用干砌石护坡，水泥砂浆勾缝，底层设导滤层或排水管。
（3）防止水下渗：对滑坡体大，又是深层的，无法治理，建筑物无法避开滑坡体，就采用减少地表水及杜绝渠道下渗水入渗，采用滑体上设排水沟，渠道水用钢管过渡。
2.2削坡减载。对推移式浅层滑坡，则采取“削坡减载”的方法。减小引起滑坡的滑动力，是最基本的也是最有效的办法。一般采用削缓边坡，当渠道外滑坡时，还可将上部削下土体反压在坡脚，从而达到稳定的滑坡的目的。当削坡减压后仍不能达到稳定滑坡的同时，常采用减压与支挡相结合的处理措施。
2.3支挡。在渠道已经塌方或将要塌方的地段，如受地形限制，单纯采用削坡方量很大的，则可根据具体条件，因地制宜采用多种支挡护坡措施。如加固坡脚砌挡墙，干砌护坡等，如渠道经过小溪岸坡，坡脚受洪水冲刷，可采用加固坡脚、浆砌石挡土墙，防止冲刷淘空；对渠道上侧滑坡可采用削坡减载重力式挡墙支挡的办法处理。另外当渠床为基岩时，可采用拱式或连拱式挡墙处理滑坡，等等。
2.4暗涵（或埋管）。由地上转为地下。当地质条件差，山坡又陡峻，或渠段穿过覆盖很厚土质层，岸坡难于稳定而出现严重滑坡时，从外面治理难度大的，应尽量避开滑体或转入地下，可考虑将原有明渠段改为暗涵或埋管形式较为安全可靠，同时可减少工程量。
2.5渡槽。山区渠道常在陡峻的山坡上开渠，往往容易产生山岩崩塌。因限于地形条件，要维护渠道稳定十分困难，可采取改建渡槽输水。
2.6改移线路。一般小型渠道工程，在选定渠线时基本上未做地勘工作，致使有的渠道修筑在滑坡体上，建成后渠道极不稳定，一旦雨水入渗，整个渠床都要发生大的位移和沉陷。当采取上述多种处理措施很难奏效时，最后只有采取改线，以避开滑坡地段。
上述是山区渠道滑坡常用处理措施，滑坡处理方法可因地制宜单独或综合采用。做到技术可行，经济合理，施工简单，彻底整治。
3.渠道滑坡防止
(1)渠道滑坡防止应从设计规划入手，摸清渠线地质结构情况，避开地质不良地段，无法避开时应采取切实可行工程措施以予防止。选择合理渠道结构和边坡，确保渠道稳定安全。
(2)施工阶段，应平台开挖后抽沟，开挖坡度根据开挖后地质情况，对设计边坡过陡给予修正，确保边坡稳定。对施工中发现可能滑坡的地段要及时处理，减少损失。
(3)在渠道日常维护管理中，渠道应严格控制在正常水位运行，要加强渠道巡视检查，检查排洪设施是否运行正常，渠道杂草淤积要及时清理，对局部渗漏破坏和集中漏水，应查明原因，堵死通道，做好渠道防渗处理。对于渠道裂缝，应查明裂缝类型并进行处理。对不太深的表层裂缝可采用开挖回填的办法处理，对较深的内部裂缝可采用灌浆法处置。
4.结论
对于渠道滑坡的处理，很可能几种方法同时采用，进行综合治理。尤其是排水措施，无论何种滑坡，都必须进行排水处理，水对滑坡体滑面有软化、加剧滑坡体发生的作用，所以大多数渠道滑坡都发生在雨季，须加强渠道巡视检查，争取做到长治久安。参考文献
［1］［美］R.L.舒斯特R.J.克利泽克.《滑坡的分析与防治》.1958年.
［2］(日)矢野义男等著;周顺行,李良义译《泥石流滑坡陡坡崩坍防治工程手册》河海大学出版社,1994.
［3］郑颖人等编著.《边坡与滑坡工程治理》.人民交通出版社,2007年
关键词：渠道损失率南水北调京石段工程
中图分类号： TV 文献标识码： A
Analysis on the Rate of Water Conveyance Loss of Beijing Shijiazhuang section in South-to North Water Diversion Middle Route Project
Liu Shuang,Gao fan,Liu bin,Zhao hui
(Administration of South-to North Water Diversion Middle Route Project,Beijing,10038)
Abstract：Beijing-Shijiazhuang section of South-to North Water Diversion Middle Route Project has completed four time water supply missions to Beijing, This paper has calculated the rate of water loss in this section at different time, and also offer the reference for the final operation by analysed the link relative ratio of loss of water.
keywords: CanalConveyance loss rateSNWDPBeijing -Shijiazhuang project
1.工程概况
南水北调京石段工程于2003年12月30日开工建设，2008年9月建成并开始第一次向北京供水，线路长度307.5公里，其中明渠渠道长201.047公里，建筑物长度106.395公里。工程起点位于石家庄市古运河，途经石家庄市的新华、正定、新乐和保定市的曲阳、定州、涞水、涿州等12个市（县、区），穿北拒马河中支后进入北京市，途经房山区、丰台区、海淀区，最后到达颐和园团城湖。自2008年9月至2014年4月，从河北省岗南、黄壁庄、王快和安格庄4座大型水库引水，已经连续四次向北京市应急供水，累计向北京输水16.1亿立方米。
2.渠道输水损失计算条件
南水北调中线京石段工程由河北段和北京段组成，全长307.44km，其中古运河节制闸～北拒马河节制闸为河北段，长227.47km，北拒马河节制闸～团城湖节制闸为北京段，长79.97km。工程主要由输水明渠、渡槽、倒虹吸、隧洞、PCCP等组成，其中渡槽、倒虹吸、隧洞、PCCP等为钢筋混凝土结构，输水损失较小，明渠段工程线路较长，输水损失较大。根据相关研究成果，输水渠道水量损失主要由蒸发和渗漏两部分组成，其中渗漏造成的损失占总损失的绝大部分[1,2,3]。京石段工程北拒马河节制闸以后为暗涵、PCCP管等建筑物，不考虑其输水水量损失，所以计算水量损失的渠段为渠首至北拒马河节制闸（1+782～227+470）长225.7km的渠段。
基于以上因素，在计算水量损失时作以下假设[4]：
（1） 渠道输水损失与渠道输水断面大小和水位高低直接相关，与输水流量没有直接关系；
（2） 输水损失全部为渗漏损失，不考虑蒸发损失；
（3） 渡槽、倒虹吸、隧洞、PCCP等建筑物不考虑输水损失，输水损失全部集中在明渠段；
（4） 明渠段渗漏满足达西定律，假定地下外水位低于总干渠渠底高程。
3.计算公式
3.1水量平衡基本公式
W进=W出+W分+W损+W弃+W蓄 （1-1）
或V末= V初+W进-W出-W损-W分 （1-2）
式中：W进---运行期间进入渠道的总进水量（m3），未包括降雨量、入渠洪水量；
W出---运行期间渠道输出的总水量（m3）；
W分---运行期间总分水量（m3）；
W损---运行期间总损失量（m3），包括渗漏损失和蒸发损失。
W弃---运行期间总弃水量,如洗渠道弃水（m3）；
W蓄---输水渠道槽蓄水量（m3）；
V末---运行末期槽蓄水量（m3）；
V初---运行初期槽蓄水量（m3）；
渠道输水利用系数：=（1-W损/ W进）×100%
由公式可知，要提高输水利用系数，不但要减少弃水量和槽蓄水量，还要降低输水损失，同时要提高输水利用系数的精确度，还就要提高测流的精确度。
3.2渠道损失率
渠道损失率可用下式表示：
（1-3）
式中，为渠道损失率;为计算时段损失水量，万m3;为计算时段入总干渠水量，万m3；为渠道分（退）水量，万m3。
（1-4）
式中，为计算时段初渠道蓄水量，万m3;为计算时段末渠道蓄水量，万m3;为计算时段内入受水区的水量，万m3。
4.渠道损失率影响因素[5]
根据历次通水的实际情况分析，影响京石段工程输水损失率计算结果的因素是多方面的。主要影响因素为渠道防渗能力、气候条件、输水流量、输水渠段长度、输水水位、降水量、结冰量等。
(1)渠道防渗能力。渠道防渗能力越强，渗漏损失越小，输水损失率越小；
(2)气候条件。夏天蒸发量相对较大，输水损失率相对较大；冬天蒸发量相对较小，输水损失率相对较小；
(3)输水流量。输水流量越大，流速越快，水流传播时间相对较短，渗漏损失相对较小，输水损失率越小；
(4)输水渠段长度。输水渠段越长，渗漏损失越大，输水损失率越大；
(5)输水水位。输水水位越高，渗漏损失越大，输水损失率越大；
(6)降水量。降水量越大，汇流入渠的水量越大，计算的输水损失率越小；由于汇流入渠的降水量目前还难以测算，因此无法定量排除降水量对输水损失率计算的影响。
(7)结冰量。结冰量越大，计算的输水损失率越大；由于渠道中的结冰量目前难以测算，在计算结冰期的输水损失时，难以定量排除结冰量对输水损失率计算的影响。说明一下，冰期的损失率并非真正意义上的水量蒸发，而是以冰的形式存在于渠道中，计算冰期输水损失率对于适时调整入渠流量有很大意义。
5. 京石段输水损失计算
根据四年调度情况，分别取每次通水期的典型运行工况汛期、冰期及正常输水期相近时段损失率及每次通水总损失率进行对比分析，根据上述公式及计算方法，分别算出四次通水期间渠道损失率如下表：
京石段工程历次通水输水损失率计算表
序号 第n次通水 计算时段 典型运行工况 入京流量（m3） 输水损失率（%）
1 一 2008.10.1-2008.10.31 非汛期（秋天）正常输水 10 19
2 2009.1.1-2009.1.31 冰期输水 9 14
3 2009.4.1-2009.4.30 非汛期（春天）正常输水 15.5 4
4 2009.6.1-2009.6.30 汛期正常输水 20 2.5
5 2008.9.18-2009.8.19 第一次通水期间 9.9
6 二 2010.7.1-2010.7.31 汛期正常输水 14 6.3
7 2010.11.1-2010.11.30 非汛期（秋天）正常输水 13.5 0.5
8 2011.1.1-2011.1.31 冰期输水 12 14
9 2011.3.17-2011.4.17 非汛期（春天）正常输水 6 8
10 2010.5.25-2011.5.9 第二次通水期间 6.4
11 三 2011.8.1-2011.8.31 汛期正常输水 11.3 0.05
12 2011.11.1-2011.11.30 非汛期（秋天）正常输水 14 3.6
13 2011.12.10-2012.1.10 冰期输水 14 8.8
14 2011.7.21-2012.7.31 第三次通水期间 3.6
15 四 2013.8.1-2011.8.30 汛期正常输水 14 4.8
16 2013.10.1-2013.10.31 非汛期（秋天）正常输水 11 3.77
17 2013.12.30-2014.1.30 冰期输水 11 21.01
18 2012.12.20-2014.4.5 第四次通水期间 11.1
通过表中数据可以看出，渠道输水损失率基本呈逐年下降趋势。第一次通水损失率较大，第二三次通水期间损失率逐年下降，第四次通水期间损失率最大，这与本次通水时间较长，降雨及渠道工况有关，受天气及蒸发量等因素的影响，夏季输水损失率最大，冬季冰盖形成稳定后输水损失率最小。
（1）第一次通水期间渠道损失率最大，2008年9月18日渠道首次通水，非汛期（秋天）正常输水阶段，渠道处于充水阶段，渠体土壤处于不饱和状态，加之流量较小(10m3/s)，渠道损失率最大；冰期随着渠体土壤湿度达到稳定状态，但渠道水体部分形成冰盖存在于渠道中，故损失率也相对比较大，春天冰盖开始融化，流量相对增大(15.5m3/s)，加之土壤也处于饱和状态，损失率相对较小，汛期由于雨量比较充沛，损失率最小；
（2）第二次通水期间损失率比第一次通水期间损失率减小，这与渠道经过维修处理后防渗能力提高有关。非汛期秋天流量（13.5m3/s）大于春天流量(6m3/s)，秋天渠道损失率最低，汛期受蒸发影响较大，损失率也增加，冬季受冰盖影响损失率最大。
（3）第三次通水期间，由于受降雨影响，汛期渠道损失率最小，冰期损失率最大。
（4）第四次通水期间，总体损失率及冰期输水损失率均最大，第四次通水期持续时间最长，加之降雨量较少，且冻胀破坏对工程也有一定的影响，相对损失率比较大。
6.结语
（1）从京石段四年的运行数据看，可以人为减少渠道损失率的方法就是做好工程的维修养护，减低渠道渗漏量，这对延长工程寿命及降低用户成本都很重要。
（2）本文计算渠道输水损失率是假定渠道都是以明渠输水，不能忽视渡槽、倒虹吸等建筑物渗漏造成的输水损失影响，管理上加强渡槽及倒虹吸段安全检测，借助安全检测数据分析建筑物渗漏情况。
（3）经过计算，四次通水期间平均损失率7.88%，小于全线通水设计损失率（15%），说明京石段工程的衬砌型式设计合理，施工质量可靠，防渗效果理想，超过设计防渗要求，达到了较高的技术水平。
参考文献：
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关键词：南水北调中线工程；应急调度；目标水位；数值模型
中图分类号：TV68 文献标识码：A 文章编号：1672-1683（2017）04-0198-05
Abstract：In this paper，we took the middle route of South-to-North Water Diversion Project as an example，and built a one-dimensional emergency dispatch numerical model of the project.On this basis，we selected some typical canal sections as cases for simulation，so as to study the impact of target water level on the canal parameters （such as water level and discharge volume）in the process of emergency dispatch.The results showed that the target water level directly affected the amount of water discharge and the highest water level before the sluice.The higher the target water level，the higher the water level rise，but the smaller the water discharge volume.To improve the safety and economy of emergency dispatch，efforts should be made to increase the target water level before the sluice as much as possible under the premise of ensuring safety.This research can provide some reference for the contingency plans of the middle route of South-to-North Water Diversion Project.
Key words：the middle route of South-to-North Water Diversion Project；emergency dispatch；target water level；numerical model
1 研究背景
1.1 工程概况
南水北调中线工程是平衡水资源空间分布不均，优化水资源配置的重大工程。中线一期工程供水目标以北京、天津、河北、河南等主要城市生活、工业供水为主，兼顾生态和农业用水。总干渠渠首陶岔闸多年平均调水量95亿m3，渠首引水设计流量为350 m3/s，加大流量420 m3/s，全线长1 432 km（含天津干渠），穿越长江、淮河、黄河、海河四大流域。工程具有全程自流输水和没有在线调节水库的特点，渠道设计运行采用闸前常水位的控制方式。
中线工程总干渠参与运行调度的控制建筑物主要包括：63座节制闸、55座退水闸、1座泵站和81座分水闸。沿线节制闸将总干渠分割为63个串联渠段，整个渠系是一个串联系统，各渠段为串联系统中的元件。渠道发生突发事故需要段时间大幅度改变流量时，需要采取相应的应急调度闸门控制措施进行闸门调度。
1.2 应急调度研究
目前关于输水工程调度的研究运用数值模拟的手段较多，主要是结合实际工程，研究不同的运行方式、结构特征条件下渠道的水力响应过程。在应急调度方面，张成[1]以南水北调中线工程总干渠典型渠段作为研究对象，模拟分析了非正常工况下渠段的水力响应特征及退水闸的退水作用。研究发现退水闸的启用能够较好减小水位的壅高幅度，有效降低水流的漫溢危险。此研究考虑了退水闸在输水工程应急调度中的关键作用，但仅对发生事故的单个渠段闸门关闭时产生的水位壅高进行了研究，而退水闸对整个渠道的扰动影响以及该如何何时开启或关闭才能对应急调度更有利值得更进一步探究；袁健[2]模拟了事故工况下的渠道水力响应过程，得到节制闸前的控制水位对渠道水位壅高和渠段的退水量有直接影响，闸前控制水位越高渠道水位壅高也越大的结论。该研究考虑了节制闸前控制水位的影响，但并不全面，在串联渠道与沿线分退水口的耦合作用机制下，渠道各要素都是彼此关联相互影响的，渠道水位壅高与闸门的关闭速率、退水闸的开启关闭方式都有关系，需要综合考虑各种因素比较分析；Soler & Joan[3]研究了一种快速有效关闭输水渠道闸门前馈算法，这种方法基于序贯二次规划，可快速计算闸门运动轨迹，通过保持在检查点的水深度保持不变顺利完成从初始开度到最后开度的运作。但研究并未对多种类、渠段闸门联合应急控制进行阐述；杨敏[4]对节制闸联合控制中的同步控制法和顺序控制法进行了研究，对不同控制方法下长距离明渠输水系统在增流量和减流量工况下的各闸闸前水位、闸后水位、水力过渡时间等水力特性进行了分析比较，该研究对下游应急关闭的减流量过程有一定阐述，但研究仅包括节制闸的两种控制方式，并不全面，也未考虑分、退水闸的耦合作用；史哲[5]通过物理模型试验研究了节制闸紧急关闭时宽浅渠道内水力特征参数的变化，但研究仅限于单个渠段的节制闸关闭方式，未对多闸门联动的水力响应特征进行研究。总之，现有关于渠道应急调度的研究成果较少，有待进一步深入研究。
中线工程总干渠是采用“闸前常水位”的控制方式，在应急调度的渠道非恒定流响应过程中，要求闸前水位壅高不超过壅高安全水位（一般为闸前加大水位+0.3 m超高），且渠道稳定时的闸前水位要达到控制目标水位。此目标水位是人工预先根据渠道的实际情况设定，在事故段上游渠段，可适当抬高目标水位，上游渠段充分利用部分渠道蓄容收纳部分下泄水体，减少进入事故渠段的水量，缓解事故段节制闸前的水位上涨压力，便于事故段闸门快速关闭；事故段下游可适当降低目标水位，当上游来流切断后可利用渠段本身的部分蓄容水量延长下游各分水口门的供水时间。然而如何选择合适的目标水位，还有待深入研究，本文即以南水北调中线一期工程总干渠为例，重点研究应急工况下渠道目标水位对调度过程中渠道水力特性的影响。
2 数学模型
2.1 基本方程
采用描述渠道非恒定流的Saint-Venant 方程组作为基本方程，将描述过闸水流状态的节制闸过闸流量方程作为耦合条件加入处理。过闸流量方程拟采用Henrry 公式，基本可以保证在各种开度下流量的连续性，对一些特殊情况下仍然存在的不连续现象通过将流量系数划分为更多分段函数的方式处理。
2.2 基本方程的离散
采用收敛快、稳定性好的普莱士曼（preissmann）隐式差分格式进行离散，建立求解域网格方程组，结合渠道上下游边界条件联立求解。
2.3 初始条件与边界条件处理
论文研究对象是正常运行条件下突发事故的输水明渠，因而模型的初始条件应为正常输水时渠道上下游的水位流量条件，即稳定流状态。事故发生后的应急调度需要一个调度目标，此目标也应为稳定状态，应急调度的本质应是从一个稳定状态向另一个目标稳定状态过渡的非恒定流过程。合理边界条件的选取是数学模型计算的前提，直接影响计算结果的正确性。本模型模M的输水渠道上游源头为丹江口水库，在正常工况下，由于水库水位变化速度远慢于渠道水位的变化速度，且渠首流量变化所引起的水库水位变化基本可以忽略，因此可作为一个恒定值。若模拟中需要考虑渠首水位变化时，也可用实际的渠首闸闸前水位变化过程做为边界条件。下边界条件可以是已知的末端水位，也可以是已知的流量过程。另外，正常状态下渠系的水力波动主要由分水闸流量变化引起，而分水口的流量变化一般由下游用水需求计划确定，因此，渠首取水口的引水流量及各节制闸过闸流量可根据其下游渠道的需水过程进行调节，即可确定模拟计算的上下游流量边界条件。渠道应急调度时的流量边界是人为调控的前馈量，需要通过分水闸、退水闸的配合，制定各节制闸前馈流量边界计划。总的来说应急调度模拟的模型边界条件必须根据不同的闸门控制组合和控制方式来最终确定。
3 数值计算分析
经过分析发现，节制闸前目标水位特别是事故上游渠段闸前目标水位对渠道应急调度影响较大，尤其是对渠道闸前水位变化、最大水位壅高、渠道退水量等应急调度关键性控制指标的影响。在对南水北调中线工程设计参数分析后发现，以穿黄倒虹吸工程为分段，在穿黄节制以南渠道设计水位与加大水位相差0.5 m左右，穿黄闸以北各闸较小均为0.3 m左右，这与渠道沿线的地质、工程结构等特点有关，在选择节制闸前目标水位时，考虑到渠道控制中波动及水力传递滞后性等因素，一般建议取值应小于加大水位。
本文利用建立的南水北调中线工程应急调度数学模型，分别选取中线渠道上游10号澎河节制闸至11号沙河节制闸以及下游51号漠道沟节制闸至52号唐河节制闸之间的两段渠池发生事故来进行应急调度模拟。模拟工况下总干渠渠首按设计流量350 m3/s供水，事发段上游各分水口门正常供水。
3.1 澎河节制闸[STBZ]（10号）-沙河节制闸（11号）案例
事故渠段临近上下游各渠段参数如表1所示。
本文设定了5种工况，模拟在中线工程上游澎河节制闸至沙河节制闸渠池发生突发事件时，事故段以上节制闸前目标水位分别选取设计水位、设计水位+0.3 m及设计水位+0.5 m三种不同方案；下游漠道沟节制闸至唐河节制闸之间渠池发生事故时，分别选取闸前目标水位为设计水位、设计水位+0.3 m两种不同方案。事故段及下游渠段闸前目标水位均保持设计水位。为使模拟结果有相同参照点，上游3种工况下渠道事故段节制闸关闭时间均取为40 min，下游三种工况关闭时间取为30 min。其他分水闸、退水闸控制规则亦相同。具体模拟方案见表2。
表3为澎河闸至沙河闸渠段突发事故时，按不同的闸前目标水位进行应急调度，总干渠内的闸前水位最大壅高值及出现时间，图1为不同工况下渠道总退水量。由表中不同方案下闸前水位最大雍高趋势可以看出，事故段上节制闸前水位（澎河节制闸）的最大壅高值随节制闸前目标水位的增高而增大，且达到最大壅高所需时间较为接近。图1中则给出了渠道总退水量随控制水位变化的趋势，即随控制水位增高而减小，并且减小幅度显著。
图2为上游事故案例中事故段上节制闸前（澎河节制闸）水位变化过程。可以看到，在节制闸紧急关闭过程中，闸前水位快速上升，启用退水闸后，闸前水位回落至控制水位附近。闸前目标水位越低，闸前水位上升速率及壅高越小，降落幅度越大。
一般来说，在工程应急调度过程中，期望得到的调度结果是闸前水位雍高更低，渠道总退水量更小。结合上述模拟结果来看，两者规律正好相反，综合考量安全及经济性，设计水位+0.3 m的目标水位方案更为合理。
3.2 漠倒沟节制闸（10号）-唐河节制闸（11号）案例
事故渠段临近上下游各渠段参数见表4。
表5为渠道下游漠倒沟闸至唐河闸渠段突发事故时，选用两种不同闸前目标水位方案，分别为设计水位、设计水位+0.3 m。（渠道下游设计水位与加大水位差值仅为0.3 m）。为便于比较，事故段节制闸关闭时间也均取为30 min。由该表可以看出，随着目标水位的增大，渠道退水量大幅度减少，但渠道上游最大水位壅高虽有所升高，但升高幅度较小，这与同上游事故案例模拟所得结果基本相同。仅就此两种方案比较而言，设计水位+0.3的目标水位方案更合理。
在突发事故后渠道的应急调度过程中，节制闸前水位壅高与渠道安全控制息息相关，渠道总退水量则是经济考量参数，两者之间存在博弈，一般认为应在保证工程安全的前提下尽量考虑调度方案的经济性。结合上述数值模拟结果及分析，可得到结论如下：在不影响渠道安全的前提下（渠道水位最大壅高不超过安全水位，保证渠道不漫溢），应尽量加大事故上游渠段节制闸前目标水位，将事故上游渠段内多余的水尽量蓄在渠道内，减小退水量，提高应急调度措施的经济性。根据中线工程的结构特点，结合本文的模拟分析，在本文模拟工况下推荐采用节制闸闸前设计水位+0.3 m的目标水位方案，可兼顾工程安全和经济性。实际运用中需利用工程运行数据对数学模型进行反复率定，并结合后的渠道反馈特点对该目标水位进行调整优化。
4 结论
本文以南水北调中线一期工程总干渠为例，采用数值模拟的手段，通过案例计算及数据分析，研究了应急工况下渠道目标水位的设定对渠道各项水力参数的影响，研究表明：目标水位的设置直接影响到渠道退水量、渠道最高水位壅高。闸前目标水位越高，渠道水位壅高越高，但渠道退水量越小。因而在实际的工程调度中应在保证不发生漫顶事故的前提下，尽量加大事故上游渠段节制闸前目标水位，将事故上游渠段内多余的水尽量蓄在渠道内，减小退水量，提高应急调度措施的经济性。通过对本文模拟工况的比较分析，在当前条件下，推荐设计水位+0.3 m的闸前目标水位方案。
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关键词：节约用水；农村水利工程；灌溉技术
中图分类号：S407.9 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-03-0268-1
0 引言
我国是一个农业大国，科技兴农是我们的国策。随着我国森林面积的减少，沙化面积逐渐增加，生态环境遭到恶劣破坏，我国大部分省份造成大面积干旱，影响了我国粮食的总产量。本文主要从水利工程的角度论述我国农田水利工程在我国的发展建设以及灌溉应用技术。
1 我国农田水利工程的发展建设
1.1 我国农田水利工程概况
水资源作为基础性资源，也作为我国发展农业、工业的战略性资源在国民经济发展、生活中起到了重要的作用。国家投资了大量的人力、物力、财力去投资建设水坝、水渠等一系列水利工程，通过它们来为百姓创造经济收入的增加点，通过它们来保障农村农资产物的产量。目前，我国的水利工程有如下特点：
水利工程项目的建设原动力发生了改变：水利工程项目的发展是一个随着时代不断发展，不断创新的过程。起先水利工程项目走的是传统路线，后来随着社会的发展，水利工程走向现代可持续发展。在水利工程的转型过程中，农田水利工程发生了重要的改变，已经由原始的经济型水利转变到现在的绿色环保型水利。在统筹农田水利工程的建设过程中，水资源的优化配置以及环保、经济的水利工程布局已经成为现代水利工程所考虑的问题。
水利工程项目是民生项目，农田水利建设主要由政府领头，层层分解责任，根据地区的的特色，建立符合自身的农田水利工程项目。
1.2 我国农田水利工程的建设
在国家政府的领导下，各省市的标志性水利工程项目都已经初步落成，但是水资源的利用率比较低，主要是从水库把水引进到田地还需要一段距离。现在水利工程项目的建设主要是落在“最后一公里”建设中。除政府发展大型水利工程项目外，各乡镇企业积极响应发展小型农田水利工程项目，这些项目包括从水坝主渠道引进支流渠道，在农田区域打井和建设中小型水泵站。
大型的水利工程在政府的领导下，能够科学的、有规划的完成，能够充分的发挥其应用的效益，但是作为县镇级建立的工程项目由于某些特殊原因，这些小型水利工程在建设过程中往往存在诸多问题，比如说工程项目建设的比较随意，没有合理的布局，从而导致工程技术，合理建设以及社会效益不能够兼顾。
2 我国农田水利工程灌溉技术
目前，建设农田水利工程的第一步就是水利工程“最后一公里”的建设，这也是农田水利建设的前提条件，其次在建设好“最后一公里”项目的同时还应该进行科学的、合理的实施灌溉技术。
2.1 建好水利工程“最后一公里”
大型水利工程建设完毕后，应该落实“最后一公里”建设。这个任务应该落实到乡镇级行政单位之上，为了能够落实好最后一公里项目，应该对水渠道以及各村的地理环境有清楚地认识。其次，应用科学的方法对河道、渠道进行合理的规划，做好渠道的引流工作，然后，在合适的位置建立水泵站，保障灌溉水源的流量。最后，在各个村设立水利工程项目责任人，落实水利工程项目的管理工作。
2.2 大力发展、宣传节约型灌溉技术
目前大多数的农村在对农田进行灌溉的时候，都采用漫灌方式，漫灌是直接从水源处开挖渠道，把水源引到田间，如果渠道过长，输送渠道是土质渠道，这样会造成极大地浪费，在水资源较为短缺的今天，我们应该尽量的少采用这种灌溉技术。为了节约水源，在农作物的各个生长期分别推广管灌、喷灌、微喷灌以及滴灌技术。
2.2.1 管灌技术 这种技术主要是利用低压管道代替水渠的一种灌溉方式，采用这种方式可以有效的减少水资源在传输过程中渗入地底的损失，而且使用管灌的设备比较简单，价格也适合现在农民的承受力，可以在田间推广使用管灌，最主要的是这种灌溉技术比较适合比较干旱的农田。
2.2.2 喷灌技术 这种技术是指利用动力机、水压枪、水泵等把水喷射到田间。喷灌比较适合大多数的植物灌溉，主要的应用在蔬菜、大田作物、苗圃等，也主要应用到园林的绿化（比如说足球场、公园等）。
2.2.3 滴灌技术 是指在输送管道上开放低压支管、毛管滴头，使其能够向土壤缓慢滴水，这种技术主要应用于大棚蔬菜、果园、温室花卉种植，而在管道中往往会加一些化学肥料。但是这种技术可以有效的提高农产品的质量，因为滴灌可以及时有效的农作物供水、供肥，它也是最节约用水，对土壤的适应力最强的灌溉技术。
2.2.4 微喷灌技术 它集喷、滴灌技术之长、避二者之短，它是一种局部灌溉技术，更节水、节能。主要应用在育苗、大棚花卉、果树，以及部分露地蔬菜，它是利用折射、旋转微型喷头喷洒到作物枝叶等区域的灌水形式，属于微范畴。它的特点是水流柔和，对作物不会造成太大的损害，但是采用这种技术的成本比较高，一般应用在经济作物之上。
这几种灌溉技术都有自己的好处，可以在农作物生长的不同时期、不同的农产物上采用不同的灌溉技术，这样既有利于农作物的生长，又节约水资源。
参考文献
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论文摘要：文中回顾了交城县节水灌溉的发展历史，论述了发展节水灌溉的巨大效益并提出了今后发展的思考。包括适宜的节水灌溉形式、加强水资源的管理、做好水资源规划、调整农业种植结构、增强土壤蓄水保墒能力、进行节水工程管理制度的改革等。
交城县位于吕梁山东侧，太原盆地西部边缘，全县总面积1812km2，其中92．7％是山区；全县21．6万人，农业人口16．8万人，为全县总人口的78％；全县耕地面积1．47万hm2，其中水地面积为0．77万hm；全县水资源总量1．9亿m3，人均占有量914m3，但人均可用水资源仅为320m，，为全省人均水资源381m3的84％，60％的水资源由文峪河流出境内，形成“交城的山，交城的水，不浇交城浇文水”的残酷历史和现实。由此可见交城是一个严重缺水的内陆县之一，水资源严重不足已成为交城发展经济、提高人民生活水平的主要制约因素。
1交城县节水灌溉发展历史
为了解决缺水问题，交城自古就有引水灌溉的历史。从一千多年前交城、文水两县合并开发甘泉渠为始，历朝历代十分重视农业灌溉，特别是清康熙年问组织开发龙门渠更是交城人民解决农业灌溉用水短缺的历史见证，虽然因多种原因未能实现，却充分说明交城水资源短缺的历史。到了近代。
特别是2O世纪6O年代到70年代水利事业得到长足的发展，农业灌溉条件也有很大的改观，机电灌站、井灌如雨后春笋般地发展壮大，但是面临的问题是灌溉水利用率低，浪费水电资源严重，所以发展节水灌溉、提高水灌溉率就成为发展农业灌溉的重要课题。从2O世纪70年代开始，主要对水库灌区，机电灌站进行渠道防渗。80年代主要进行井灌区节水建设，从预制砼矩形渠槽到现浇u型渠道防渗，节水工作得到群众的普遍认可。到了90年代大力推广渗灌、管灌等节水技术，渠道水利用率大幅度提高。进入2l世纪，以低压管道输水技术为主，结合喷灌、滴灌为辅的节水新技术，以其适用性，高效节能性得到空前发展，逐步取代了以往各种节水形式，并建成了各种形式的高效节水园区。截至目前交城县已发展低压管道254km，可灌溉面积0．33万hm；建成标准化节水园区2处，达标节水面积353hm。
2发展农业节水灌溉的巨大效益
2．1促进了农民收入稳步增加
农业灌溉一改传统灌溉方式，跑、漏水现象基本杜绝，降低了农业生产成本，保证了农业作物适时、适量需水要求，使农作物达到了优质高产，提高了农民种粮的积极性和种地的经济效益，而且新的灌溉技术节能高效，有效地促进了农业生产效益的全面提高和农民收入的稳步增加。
2．2提高了水土资源的使用效率
实施节水灌溉后，灌溉水利用率显著提高，增加了灌水面积和灌水亩次。我县王村发展节水灌溉后，全部采用低压管道浇灌，灌溉水利用率由原来的40％一50％，提高到95％以上，而且可以长距离灌溉，扩大了灌溉范围，使一块地势较高，独立的地块得到灌溉，深受当地群众称赞。节水灌溉不仅缩短了灌溉时间和轮灌周期，而且有效地利用了光热资源，提高了水土资源的使用效率。
2．3为城市发展和工业发展提供了有力保障
近年来，我县城市和工业发展速度突飞猛进，城市人口由2000年的5．37万人，增加到2007年5．6万人；工业总产值由2000年的374507万元，增加到2007年的753336万元。这些都得益于大力发展节水园区建设后，有充足的水资源可供调配用于工业。2003年兴建的瓦窑集中供水工程和2006年兴建的西营集中供水工程都是从西营镇取水的远距离调水工程，分别供县城和夏家营工业园区用水需求，两工程年供水量分别为180万m和200万m3。
2．4促进了现代种植技术、栽培技术和灌溉技术的推广和应用
兴建节水工程后，灌溉用水量大幅度减少，促进了现代化种植技术、栽培技术和灌溉技术的推广和应用，在我县日光温室大棚内普遍采用了先进的种植技术、栽培技术和节水灌溉技术，使农产品达到高产优质，绿色环保，成为农民致富的主要经济来源。
3发展农业节水灌溉的思考
3．1因地制宜。按不同水源分区采取适宜的节水灌溉形式
交城县山地面积大，沟壑纵横，地形地貌十分复杂，气候十年九旱，水资源分布极不均匀的特点，决定了农业灌溉应网地制宜采取不同的灌溉方式。所以选择最适宜的农业灌溉方式是今后发展农业生产，节约用水的主要目的。经过几十年的灌溉实践，建议采取以下分区灌溉形式。
(1)井水灌区：在交城文峪河及磁窑河冲积平原区具有地下水埋深浅、输水距离短、水量小、水质好的特点，发展低压管道节水灌溉最为适宜，在这类灌区实现输水管道化，可将渠系损失控制在5％左右。同时结合先进的喷滴灌技术．可减少农业灌溉地下水用量，为工业用水提供支持；可维护文峪河及磁窑河洪积平原区地下水采补平衡。
(2)水库灌区：水库灌区来水含沙量多、流量大、来水时间短都为明渠输水，对支渠采取防渗措施，斗农渠需清除渠内杂草淤泥，防止灌水时堵塞，无需防渗。这类灌区的关键是做好田问工程配套，变大水漫灌为小畦灌，防止跑漏水和深层渗漏现象发生。
(3)小泉小水灌区：全县小泉小水达500余处，出流量多在0．1—5L／s，出流量最大的西治泉，出流量120L／s。这些都是山区农业灌溉的主要水源，对出流量大、已防渗的引水渠考虑渠顶加盖，变明渠为暗渠减少蒸发；对出流量小的则采用低压塑料软硬管相结合方式输水。这样既节省耕地便于耕作，又可使防渗渠道安全越冬；既可延长渠道使用寿命，义能减少渠系水蒸发，达到节水灌溉的目的。
3．2加强水资源管理。做好水资源规划
首先，要对全县的水资源总量进行综合评价，在可利用的水资源总量中确定工业、农业川水和城市生活用水的比例，防止各行业超计划用水，促使节水农业的发展。其次，要根据各地区农业用水资源的承载能力，制定和完善各项政策法规，确定节水工程规模，使水资源配置更加合理。
3．3加强农业种植结构调整。增强土壤蓄水保墒能力
首先，采用合理的种植制度，根据各种农作物的生长发育期不同需水量调整农作物品种、种植比例，充分利用现有的灌水工程适时灌溉。其次，采取耕作措施保墒、涵养水资源。夏秋深耕、疏松土壤，积蓄雨水，减少径流；增施有机肥、改良土壤结构，增加保水保肥能力；适时耙耱切断土壤毛细管，减少蒸发，保持土壤水分。
3．4加快节水工程建设，进行节水工程管理制度改革
交城工农业生产及城镇生活用水总量5122万m，其中农业灌溉用水4622万m，，占总用水量的90．2％，由此可见，加快农业节水_T程建设，发展节水农业是解决交城水资源供求关系紧张的一条最佳出路；同时要大力进行节水工程管理制度改革，建立供水公司，直接供水到农户，收费到农户；确定基本灌水定额，节约用水奖励，浪费用水处罚，使节约用水真正落到实处。
1研究区域与方法1·1研究区域本研究主要集中在滇池北岸草海流域范围内。对影响草海水质的船房河、西坝河、大观河、乌龙河、老运粮河、新运粮河和王家堆渠进行研究。这些河流流经区域是昆明市工农业生产、城市发展和人口增长的集中地区,河流受污染严重。1·2研究方法每条河流设置有固定的监测断面,由昆明城市排水监测站进行长期的水质监测工作。取样方法和水质分析方法均按照国家标准进行。
2结果与讨论2·1北岸主要入湖河流水环境污染现状表1北岸入湖河流水质情况(mg/L)王家堆渠新运粮河老运粮河乌龙河大观河船房河西坝河BOD52005年13·746·833·071·67·7128·921·72006年13·151·612·883·816·545·9522·22007年11·621·912·811·219·424·1CODCr2005年47·612410416437·282·263·42006年48·814336·220455·312273·02007年42·916245·444·556·874·7总磷2005年0·8921·781·741·991·231·661·582006年1·232·181·312·971·492·391·772007年1·341·191·901·031·251·54总氮2005年8·0523·320·121·915·517·116·72006年9·5331·418·232·116·426·219·72007年10·917·121·115·316·118·8氨氮2005年3·7917·512·714·910·212·411·92006年5·8824·610·724·010·520·816·02007年6·9013·411·59·999·0413·3水质类别劣V类劣V类劣V类劣V类劣V类劣V类劣V类
从北岸河流水质情况分析,七条入湖河流水质都为劣V类水,总氮、总磷超标情况非常严重,有多条河流总氮浓度超过V类水质标准10倍以上,未整治河流水质存在逐年恶化趋势,因此,每条河流都亟需得到整治。北岸河流污染严重的影响因素是多方面的:①排水系统管网建设不完善,污水纳管率低造成未进入总管道的污水直接或间接进入河道;②雨水的冲刷作用下,地表污染物随雨水少部分进入雨水管道,大部分初期雨水携带大量的污染物进入河道;③多数河流自身的水动力条件差,加上支沟众多,河网水质情况复杂;④河道长期未进行底泥疏浚,河底淤积的底泥不断释放出污染物质,造成河水水质恶化。河道水质恶化是造成草海水环境污染、湖泊富营养化非常重要的原因之
一。根据水质情况分析,七条主要入湖河流污染程度由轻到重,分别是王家堆渠<大观河<西坝河<船房河<老运粮河<新运粮河<乌龙河。乌龙河全长3·68km,集水面积2·61km2,目前以暗渠形式流经人口居住密度较大的棕树营和白马小区,河道沿线大量未经处理的生活污水进入,使其成为城区纳污的通道。从2005年到2006年间,各污染物浓度都大幅度增加,河水呈黑臭状态,透明度极低,水质污染极其严重。王家堆渠地理位置与其它河流不同,从滇池西北岸入湖。王家堆渠主要水体功能是昆明发电厂冷却水排水渠,该冷却水是抽取草海水经过滤及除藻后使用,一次循环后温水顺王家堆渠排放,沿渠还存在部分小企业及农村居民向王家堆渠排放废水。与其它河流流域相比,王家堆渠流域人口密度相对较小,工农业污染少,因此王家堆渠是北岸七条入湖河流中污染程度最轻的。不过,由于周边的污染物未经处理直接进入河流,王家堆渠污染程度虽相对最轻,但也已经超过了地表水V类标准。2·2河流治理方法研究2·2·1截污工程截污工程主要对点源排放的污染物实行截流,能够有效减少污染物直接入河量,是防止水体受到污染的有效措施[2]。目前,截污工程在我国水污染治理领域已经得到了广泛的应用,并且对水质的改善也取得了良好的效果[3~4]。截污工程对于污染负荷的削减,一方面取决于截污管网布设的合理性与完整性;另一方面取决于城市污水处理厂的处理能力。截污工程的管网布设,对不同的区域应区别对待。在总体符合规划的前提下,按照沿河截污与区域截污相结合的原则,根据污染源分布的集中区域决定污水管道的走向,并沿部分污染严重的河道敷设截污管道[5]。城市污水处理厂是截入污水最终的处置场所,污水处理厂的处理能力以及出水水质情况表明该工程对河水水质改善效果。目前已经制定了乌龙河、新运粮河、老运粮河、船房河与西坝河的截污和综合整治工程,河道整治规划如表2所示。
截污工程受河流沿线长度、各段区域特征和工程费用的综合因素影响,难以对河道沿线进行全程截污,因此主要针对点源直接入河严重的河段进行治理。以新运粮河为例,全长14·58km,上游主要是农田,污染以农业面源为主;中段是昆明市高新技术开发区,区内已经建设有分流制排水管网;下段1/3位于草海生态保护区,该段从人民西路至入湖口现仍有105个排污口。众多的排污口直接向河道内排放污水,对草海的生态环境造成了极其严重的影响。因此,新运粮河的截污工程主要布设于下段4·36km河道,将排污口的污水截入污水干管。当前这些河道截污和综合整治工程正在逐步进行中,船房河工程已经于2007年6月完成。从表1船房河2006年与2007年的水质指标对比可以看出,BOD5浓度降至原来的42%,CODCr浓度降至原来的46%,总磷降至原来的52%,总氮降至原来的61%,氨氮降至原来的43%。船房河截污工程完成后,河水的水质有了明显改善,从该河道输入草海的污染负荷减少了50%左右,工程取得了良好的效果。表2河道整治规划河道名称全长(km)集水面积(km2)整治规划乌龙河3·682·61沿河道两侧敷设截污管3425m,河道清淤,新建污水泵站和节制闸新运粮河14·5883·4河道整治长度4·36km,沿河两岸各预留10m公共绿化带老运粮河11·318·7河道整治长度2·22km,沿河两岸各预留10m公共绿化带船房河11·47·42沿河两侧敷设截污管7654·1m,新建污水泵站和景观绿化西坝河9·054·87河道整治长度5·4km,沿河两岸各预留10m公共绿化带2·2·2河流城内段治理方法截污工程虽然有良好的治污效果,但工程的实施受限制因素较多,特别是针对流经城区段河流进行治理存在较多困难。城区内人口集中,建筑物密集,沿河两岸建有众多居民区、商业区及工业区等,城市规划建设完成后难以实施规模化的截污工程。然而,城内河流因城市发展建设的需要,不仅需满足防洪的要求,还应具有旅游、娱乐、景观、生态等多方面的功能[6],对河流水质的洁净程度具有较高的要求。根据水质监测分析,北岸入湖河流都为劣V类水质,河水呈现黑臭状态,无法满足城市生态环境和城市景观的需求。为了解决水质净化需求与工程布设困难的矛盾,城区内河道净化适宜选用原位治理技术,充分利用河道自身空间净化水质。依据河道自身空间的容量及周边环境特点,对不同河段布设适合的治理工艺。新、老运粮河水量大、河道宽,主要满足城区防洪排涝功能。老运粮河河宽约10m,新运粮河河宽约20m,这样宽敞的河道适宜使用移动式充氧平台。移动式充氧平台可以机动灵活地根据河道曝气需求,调整曝气船的运行,通过人工向水体中充入空气(或纯氧气[7]),加速水体复氧过程,以提高水体的溶解氧水平,恢复和增强水体中好氧微生物的活力,使水体中的污染物质得以净化,从而改善河流的水质[8]。新、老运粮河的河道空间容量大,也适合采用生物膜技术。生物膜技术是人们长期以来根据自然界水体自净现象发展起来的。现已研制的人工水草仿生生物填料[9]就是与天然水草具有相似特性的人工填料,布设在河床内,为水生动植物群落和细菌真菌等提供适宜生长的环境,通过各种生物的生长过程消耗水体中的污染物质,而且人工水草不会对河流自然流动和行洪安全产生干扰作用。进入河流的污染源主要是生活污水和初期雨水,人工水草对于受污染河水中有机物的去除效果明显,平均可达40%以上。
针对河道空间有限的河流适宜使用微生物修复技术。微生物修复技术分为两类:一类是投菌技术[10~11],最常用的投菌技术有集中式生物系统(CBS)、高效复合微生物菌群(EM)和固定化细菌技术;另一类是土著菌强化技术[12],通过向水体中投加生物促生剂来刺激土著微生物的迅速繁殖,增强水体的自净能力。微生物修复技术通过增强水体中微生物的净化能力达到水质净化的目的。该技术对于流量较小的河流如乌龙河、王家堆渠等可起到较好的净化作用。2·2·3河流城郊段治理方法城郊的地理特征与城市不同,人口密度相对较小,住宅、厂矿建筑物相对较少,有一定量的耕地、林地、草地和鱼塘等农业用地。因此,城郊河流的治理比城市河流的治理具有更多可利用的空间优势。城郊的土地和鱼塘都可以成为河水净化技术的实施空间。王家堆渠主要是昆明发电厂冷却水排水渠,由于电厂冷却水尚有—定余温,下游村落的村民在河渠两侧修建鱼场,进行温流水养殖非洲鲫鱼,现有鱼塘水面8·07hm2,鱼产量约460t。王家堆渠的水质净化方法,可以利用现有鱼塘改造成综合生物塘进行治理。综合生物塘[13]是交叉种植的凤眼莲、水浮莲、浮萍等水生植物与鱼类等水产共同养殖的塘系统。在植物生长期,不断地从塘系统中捞出大量的水生植物,用于饵料、饲料和肥料等多种用途。通过植物的打捞带出水体中大量的氮磷等营养物质,起到净化水质的作用,而且植物加工成鱼类等水产的饲料具有较好的经济效益。因此,利用鱼塘改造的综合塘净化城郊河流,是一种效果佳,经济效益好,因地制宜的技术方法。城郊河流还可利用农业用地,选择土壤深度处理技术[14]和土壤渗滤处理技术[15]进行水质净化。北岸七条入湖河流的污染特征主要是水中氮磷的含量较高,污染随河流进入湖泊后易造成湖泊的富营养化,在土壤处理技术中氮磷作为植物生长所需的营养物质被吸收利用,一方面净化了水质,另一方面减少了农业肥料的使用。该方法不仅是末端治理,净化受污染的河水,还从源头减少了农用氮磷的施用量。因此,在条件适合的地区,土壤处理技术是一种可以广泛应用的技术方法。塘系统和土壤处理技术在适宜的条件下还可以组合运用,达到更好的水质处理效果。2·2·4河口区净化方法河流经过城中和城郊的沿途治理,污染负荷削减明显,水质情况得到较大的改善,为了进一步减少入湖污染物的量,可在河口区设置人工湿地或生物浮床处理系统,为污染物入湖设置最后一道屏障。
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