(14)--5.3闸门调控技术环境生态工程.ppt

闸门调控技术蓄水排洪调节水量闸门调度，改善流域水环境闸门调控技术城市河湖为例：特点：城市河湖突出特点水动力性能差，流量小，流速低，水体更新较慢。是导致城市河湖发生水华污染严重主要因素。l城市河道一般较窄，闸门的调节对于河道水力学性能的改变影响较明显。l对于研究区内的河道，调度闸门可以改变水体的动力学特征，主要是改变水体的流动性能，提高水体的自净化能力，改善水环境，从而发挥其城市水系“生态开关”的功能。l下面以北京市水系生态环境为例介绍闸门调控技术。闸门调控技术闸门调控技术技术简介l北京是一个缺水城市。l河流上游来水减少。l凭官厅水库和密云水库补给城市河湖水系已经远远不能满足要求。l据计算，北京“六海”最小生态需水量约为1100万m3/a，铁灵闸年均总来水仅为862万m3，而且呈逐年减少的趋势。l据统计，永引渠道、南长河、双紫支渠、北护城河及筒子河共有排污口378个，年污水排放量约为1063.89万t，按照当前北京市中水回用率20计算，可提供再生水资源220万m3/a，再加上每年的降水量及周边地区的地表径流量，只要能够合理进行配置，可以满足“六海”水系的最小生态需水要求。闸门调控技术技术简介l研究区共有各种闸门40个，形成了多闸门、人工控制的水利格局（表5-3）。闸门调控技术技术简介河段闸门名称工程目的闸孔闸门结构孔数孔宽/m宽高(mm)结构型式南长河长河闸为内城河湖供水120.2220.223.8翻板式水闸紫御湾船闸16.03.93.28平板人字钢门北展节制闸25.05.23.1平板钢门北洼闸双紫支渠进水2D=1.41.5铸铁门北护城河西护城河暗沟进水闸控制南长河水位控制西护城河雨水位12.52.52.5平板钢门西土城沟引水闸11.51.51.5平板钢门北郊四湖引水闸1D=0.81.081.30平板木门松林闸控制水位引水、排洪17.07.05.0平板舌瓣钢门安定闸壅高水位美化河道35.05.02.2平板舌瓣钢门坝河进水闸16.06.03.5平板钢门东直门拦河闸灌溉、供水、分洪17.07.03.0平板舌瓣钢门东直门进水闸13.03.02.6平板舌瓣钢门内城河湖铁灵闸向城河湖进水13.53.52.0平板钢门德胜闸控制水位、输水21.872.052.0平板木闸门地安闸泄洪20.60.60.5钢板叠梁西压闸14.04.0三海闸控制水位、补水22.02.251.40叠梁木闸门内城河湖濠濮涧闸补水、换水11.361.782.20平板木门连通管闸2D=1.21.2铸铁门中山公园退水闸玉带河输水筒子河泄水11.0蝶阀闸门文化宫退水闸筒子河泄水11.0蝶阀闸门玉带河进口闸玉带河输水23.1522平面铸铁闸门玉带河出口闸控制水位满足景观要求21.31.302.14平板钢门菖蒲河退水闸13.03.361.95叠梁木门大红闸控制水位、输水4883.8平板钢闸门新华闸换水、泄洪1平板钢闸门表5-3研究区闸门技术指标闸门调控技术技术简介现状闸门调度方式还存在不足：现状闸门调度以蓄水排洪，水量调节为主要目标，而兼顾生态健康的目标管理则考虑不足。现状闸门调度一定程度上割裂了城市河湖系统。现状闸门调度主要采用均匀供水的单一调控模式，对河湖生态需水量的时空变化要求考虑甚少。闸门调控技术技术简介闸门调控技术关键技术参数确定l据统计根据城市水系的功能分区，结合各闸门功能和规模，将研究区的主要控制闸门分成三个类别。l第一类闸门主要包括污染控制区的节制闸。严格控制污染排放，为下游水体环境质量改善创造条件。l第二类闸门主要包括生态恢复区的各种节制闸、进水闸和分水闸等。通过水生植被的重建，恢复水体的生态系统和结构，同时还发挥向下游引水，控制水位，改善水体流动性的作用。闸门调控技术关键技术参数确定l第三类闸门主要包括综合改善区的各类节制闸和退水闸等。利用现有闸坝，将河段建设成为若干个稳定塘处理系统或人工湿地系统，通过建造近自然的河流形态和生态型的水滨结构，改善河流的自净化能力，净化水质。通过闸门控制，改善水体系统的水动力特点，为防止水华的产生创造有利条件。闸门调控技术关键技术参数确定闸门分类功能区闸门划分依据改善措施一类污染控制区一点源污染源较多严格控制污染排放二类生态恢复区长河闸污染源较少；水滨带建设比较好；连接源水和下游示范区的重要通道控制面源污染；建造人工湿地系统；建造近自然的河流形态；生态修复工程北洼闸紫玉湾船闸北展后湖闸大红闸水质较好；生态系统不完整生态修复；水生植被重建新华闸日知阁闸三类综合改善区松林闸点源污染源较多；生态系统不完整；连接上下游重要河道；城市主要的排洪渠道严格控制污染排放；生态修复工程；改善水滨带结构安定闸东直门闸铁灵闸城市中心重要景观水域；休闲场所；城市历史文化的重要组成部分；建设城市水生态文化的重要载体生态修复工程；增加水体循环；改善水体动力性能德胜闸西压闸三海闸连通管闸地安闸菖蒲河退水闸表5-4闸门分类及划分（引自刘静玲等，2014）闸门调控技术关键技术参数确定为了能够更有效地调控闸门，根据闸门的规模和功能，提出了闸门的分级管理。闸门调控技术关键技术参数确定闸门级别指标一级二级三级功能(=0.4)重要(0.7,1.0一般(0.3,0.7非重要(0,0.3孔宽(=0.4)5b(0.7,1.02b5(0.3,0.7b2(0,0.3闸孔数(=0.2)2(0.5,1.010.51等级区间(0.66,1.0(0.24,0.66(0,0.24表5-5闸门分级指标体系闸门调控技术关键技术参数确定功能分区闸门分级指标分数级别功能孔宽孔数污染控制区生态恢复区长河闸0.70.90.50.74一级紫玉湾船闸0.40.80.50.58二级北站后湖闸0.60.750.70.68一级北洼闸0.30.20.70.34一级大红闸0.50.80.90.7二级新华闸0.30.20.50.3二级日知阁闸0.20.20.50.26二级综合改善区松林闸0.90.850.50.8一级安定闸0.60.750.80.7一级东直门闸0.70.850.50.72一级铁灵闸0.80.60.50.66一级德胜闸0.40.30.60.4二级西压闸0.50.650.50.56二级三海闸0.50.40.70.5二级连通管闸0.40.20.70.38二级地安闸0.40.10.70.34二级菖蒲河退水闸0.30.50.50.42二级表5-6研究区主要闸门等级划分闸门调控技术关键技术参数确定把研究区的主要闸门分为两级：一级闸门规模相对较大，主要分布在干流河道，是城市水系防洪排涝、输水供水、连接不同功能区的重要水工建筑。二级闸门一般较小，过闸流量相对较小，是连接城市各河湖的重要通道。闸门调控技术关键技术参数确定通过闸门的分级，制定相应的管理措施和调度方案，有效利用水资源和改善城市水系动力性能。闸门调控技术关键技术参数确定闸门类型功能区闸门级别调度原则一类污染控制区一严格控制排放，控制下泄流量二类生态修复区一级长河闸日常开启，为北环水系引水；北展后湖闸日常控制流量，分时段向下游非均匀供水，延长河道水力停留时间，增强水之净化能力；大红闸日常关闭，控制中海水位，由万字闸和丰泽闸向南海输水二级控制水位，充分利用河道空间三类综合改善区一级松林闸控制下泄流量，保证为内城河湖供水，改造转河为湿地系统；安定闸和东直门闸日常关闭，充分利用河道空间，拦蓄雨洪；各闸泄洪后，恢复雨前水位；铁灵闸日常根据西海藻类的生长规律，分时段向内城河湖集中输水，提高瞬时过闸流量，以改善西海的水体流动性二级德胜闸、西压闸、三海闸日常控制闸上水位，分期阶梯式向下游供水，充分利用湖库的库容，增加可调控水量，提高瞬时过闸流量；修建引水管道，将前海和后海的水引入西海，通过闸门控制，实现库间循环，改善水体的流动性；充分利用河道空间，改善河道为稳定塘系统，利用生态修复功能，净化水质表5-7研究区闸门分级管理闸门调控技术关键技术参数确定闸门调控技术技术应用一般都比较窄小，在来水量有限的情况下，闸门调控对于改善湖泊水体的流动性作用不明显。水量调控以满足湖泊的生态需水为目标，湖泊间的闸门调控主要考虑水量控制、闸门的开启度，调度历时变化对水体水质的影响等。通过闸门调控，可以提高水体的流动性，改善水体的自净能力。研究区湖泊间的控制闸门图5-8城市河道系统简化图闸门调控技术技术应用W(i，j)=Q(i，j)-Q(i+1，j)t(j)W(i，j)第i河段的水量增量(m3)Q(i)第i个闸门的过闸流量(m3/s)t(j)第j次的调水时间(s)调度水量以满足系统的生态需水要求为目标，即满足W(i，j)Qst。闸门调控技术技术应用p调度水质以满足下游湖泊的水华控制要求为目标。p对城市河道，采取河流一维水质模型。C(x)预测断面污染物浓度(mg/L)C0上游起始断面污染物浓度(m/L)k污染物降解系数(d-1)x上下断面之间的距离(km)u平均流速(m/s)。闸门调控技术技术应用闸门的过闸流量Qi可以用圣维南方程进行描述：Ci第i个闸门的流量系数，C=(H,U)，取Ci=0.62Bi第i个闸门的宽度Ui第i个闸门的开启度g重力加速度s淹没系数，s=(Zu，Zd，U)，一般取s=1.0Ziu，Zid第i个闸门上游和下游水深，取Z=0.2m闸门调控技术技术应用联合调度技术技术简介l对城市水系进行联合调度时，首先应考虑水质和水量两个方面。l水量调度要考虑基于现状和基于生态需水要求两种情景，特别是对现状的调度，合理有效地配置现有水资源更有现实意义。l水质和水量互为前提和目标，必须综合考虑，才能有效促进水环境质量的改善。图5-9调度的对象联合调度技术技术简介图5-10联合调度的时空层次联合调度技术技术简介l联合调度要考虑空间层次和时间层次两个维度。l空间层次城市水系的结构空间、生态系统空间、功能空间l联合调度涉及宏观调度和微观调度两个层次。l宏观调度整个水系，按水系功能分区进行调度。联合调度技术技术简介l微观调度以城市河湖为具体的对象，将城市水系概化为河道和湖泊。l湖泊实现“控制水华-改善水质-生态恢复-城市水系生态健康”阶梯型的控制目标。l城市河道以满足下游湖泊水质、水量要求为目标。提高来水质量，控制入湖水质，特别是控制入湖TP、TN的浓度。同时，利用闸门的调控，改善城市河道水体的流动，为抑制藻类，控制水华创造条件。联合调度技术技术简介l常规调度l预警调度l应急调度针对城市水系主要存在的环境问题和防治水华污染的环境目标，提出情景调度模式：联合调度技术技术简介谢谢观看