厦门筼筜湖水动力改善思路分析

曾华荣

(厦门市筼筜湖保护中心,福建厦门,361004)

0 引言

筼筜湖位于厦门岛内西部,湖区北、东、南三面环山,流域上游山地植被良好,山坡较陡;湖区通过西堤闸门与西海域联通,湖区水域面积1.6km2,可划分为天地湖、松柏湖、引水渠、干渠、筼筜湖内湖、筼筜湖外湖5个区域,汇水面积37km2,排洪沟33条,是厦门市最重要和历史最悠久的湖泊之一。二十世纪八十年代以来,伴随着厦门岛的不断发展,筼筜湖秉承“依法治湖、截污处理、清淤筑岸、搞活水体、美化环境”的理念,经历了四次大规模的治理[1],周边已经形成了相对完整的污水收集系统,达到了旱天污水不入湖的目的,从而实现筼筜湖水环境总体得到改善,尤其是改善了旱天的水环境品质。筼筜湖作为城市系统自然地理的一部分,汛期提供防洪、排涝及排水的水安全功能,非汛期为城市提供水源、绿地、滨水空间及市民文体娱乐场所等一系列的水生态、水景观功能。

1 筼筜湖现状

1.1 水体现状

筼筜湖湖水的主要来源有两项,一是依靠纳潮闸在高潮位时从西海域纳入新鲜海水,沿引水渠进入筼筜湖,低潮位时将湖水通过排潮闸排出;二是雨天的雨水通过排洪沟进入筼筜湖,湖水通过排涝泵站抽排或排潮闸排出。经过持续的治理,筼筜湖周边已实施全截流,旱天污水不入湖,主要污染源为雨天污水截留设施溢流及初雨径流[2-4]。目前,主要通过纳潮入湖进行水体交换,提高水动力,改善筼筜湖水质。

1.2 水动力现状

日常筼筜湖水动力交换通过西堤闸进行调控,控制湖区水位在黄海高程-0.70m～0.0m。纳潮时海水通过西堤纳潮闸由引水渠进入内湖东侧及干渠西侧后,沿导流堤拐弯进入内湖和外湖;排水时,湖水通过西堤排潮闸排至西海域纳潮排潮闸。引水渠中段海水泵站负责为上游天地湖、松柏湖和南18号排洪沟进行补水,增加水动力,补水在莲岳路处汇入干渠东侧,进而至内湖。

1.3 在建项目影响

第二排涝泵站及西堤闸工程主要建设50m3/s泵站一座,提升筼筜湖防洪能力至50年一遇;重建西堤闸,增加纳潮能力,通过边纳边排方式调控,纳潮能力最高可提升约1.5倍[5],对于湖东桥以西湖区水动力改善明显,但对干渠水动力改善效果较小[6]。

“西水东调”生态补水工程主要建设内容为新建海水补水管道并修复原有补水管道,形成互为备用,保障补水稳定性;改造海水泵站,提升补水能力至最高27万m3/d,沿途增设5个补水点,明显改善天地湖、松柏湖等水体交换能力,水动力明显改善。

2 局部水动力不足问题分析

筼筜湖整体水动力条件向好,但因历史原因,仍存在局部本底条件相对不足,水质亟待改善[7-8]。根据筼筜湖特点,主要存在三类缓流点:①交换不畅类,如干渠;②堵坝类,如湖滨中路南侧引桥两侧;③弯角死水类,如南6号沟沟口弯角。

2.1 交换不畅类

干渠属于水体交换不畅类,总长约1.2km,宽120m,库容约38万m3,区位见图1。干渠上游,松柏湖通过溢流或莲岳闸门进入干渠东侧后向西流动,流量理论上为15万m3/d,但受制于该流量已消纳上游污染源,水质较差,其换水对干渠水质改善不明显;干渠下游,受纳潮时引入海水顶托影响,水流存在短时间自西向东的现象,上游来水较难通过纳潮、排潮进行交换。因此,干渠承接上游污染源、下游纳潮顶托,虽然总体水流自东向西,但干渠水体交换非常不畅,甚至局部时段有下降风险,再加之干渠两岸南17号、18号和北11号等3条大排洪沟污染源输入,特别不利于降雨后水体改善。

图1 筼筜湖湖区水动力现状

2.2 堵坝类

湖滨中路南岸引桥属于堵坝类,现状为长约130m的堤岸,垂直水流方向伸入内湖湖区,区位见图1。堵坝隔断了两岸水体流动,导致湖滨中路南岸引桥两侧存在较大面积的水体缓流区,其中,西侧缓流区呈条带状,长约620m、宽30m～60m,东侧缓流区呈三角状,长约110m、最宽约50m,是具有代表性的主要阻水点之一。现状水流沿北侧桥下自东向西通过,南岸引桥东、西侧受缓流影响,水质较差,尤其引桥西侧存在南10号排洪沟出口,污染物易在此区域堆积,不利于雨后水环境快速恢复[9]。

2.3 弯角死水类

南6号沟排口所处凹岸属于弯角死水类,位于外湖直角湖湾处,也是具有代表性的弯角死水点之一,区位见图1。南6号沟口本身为规模较大的弯角死水区,受地形影响,严重滞缓流,仅能通过日常湖区调度形成的涨落潮进行稀释,加之6号沟污水雨天溢流入湖,区域污染源无法快速扩散,长期集聚,水质常年不佳。

3 局部水动力改善思路

3.1 改善原则

(1)采取低影响工程措施,有效提升区域水动力;

(2)科学导流,加强区域水动力;

(3)合理打通,通畅过流,降低次生影响;

(4)科学改线,合理降低弯角水容量,提升换水效率。

3.2 交换不畅类改善思路

干渠改善重点为提升水体交换,干渠最佳水动力来源为纳潮。通过向东延伸导流堤至末端近莲岳路处,纳潮时,计划将纳潮海水引入干渠,形成稳定推流,使干渠水体快速交换。

导流堤延伸主要受位置、长度、堤顶高度等影响。根据数模分析,为避免湖滨东路两侧出现过高雍水,导流堤宜设置在干渠中间位置[10];为了更好提升排洪沟出口的水动力,导流堤宜延伸至北11号、南18号处,延伸约1km;为了降低导流堤延伸对行洪的影响,便于与周边景观协调,导流堤宜设置为潜堤,暂定比平均潮位略低。

3.3 堵坝类改善思路

湖滨中路南岸堵坝两侧改善重点为打通堵坝,连通水系,有效改善两侧缓流区水动力。

湖滨中路南岸堵坝两侧打通主要受打通范围、位置等影响。根据数模分析,为了改善两侧水动力,堵坝打通效果明显,且打通范围越大,堵坝范围水动力改善越明显,但到一定值后由于过流面积增大流速随之下降;为了更好地改善两侧水动力,且不带来次生影响,堵坝宜局部打通,利用局部水动力改善两侧水环境,使工程建设方案具有较好的经济性。

3.4 弯角死水类改善思路

南6号沟排口弯角重点为沟口改线、弯角水量降低,快速扩散污染源,提高换水速度。

南6号沟弯角死水主要受沟口改线位置、弯角水量等影响。根据数模分析,为了改善弯角污染总量,沟口改线至主流位置,可使入湖污染物随排潮加速扩散,弯角基本无污染源输入;为了提高弯角换水速度,对弯角及上游直角进行修圆处理,并且进行地形塑造,在不占水面面积和库容的情况下,降低弯角蓄水量。

3.5 总体效果验证

为了更好地验证上述三类水动力改善措施,采用现有的筼筜湖物模进行实际验证,采用恒定流、非恒定流分别进行验证,总体结论与数模基本保持一致,因此,三类水动力改善措施均切实有效。

干渠导流堤延伸后,对改善干渠水动力效果明显,纳潮时从基本不动提升至平均0.5m/s;延伸长度直接影响改善范围;堤顶高程越低对纳潮、排洪影响越小;但受精度影响,雍水高度物模无法给出结论。

湖滨中路南岸堵坝打通坝根部及中间各10m以上,即可满足两侧水动力改善需求,流速从0.01m/s提升至0.12m/s;打通区并非越宽越好,打通超60m,能改善堵坝两侧水动力,但会造成北岸形成新的滞缓流,流速从0.36m/s降低至0.06m/s。

南6号沟排口改线后,出水快速扩散,基本不入弯角;弯角内流速基本不变,如图2所示。

图2 湖区水流动改善后特征

4 结语

筼筜湖经过多次综合治理,目标从“湖水基本不臭”到“晴天污水不入湖”,再到“水更清、景更美、魂更强”。湖区水动力受天然环境限制,通过改造湖区边界与地形,加强局部水动力是改善环境的一种方式。导流堤延伸可有效改善干渠水动力;打通湖滨中路堵坝一定宽度可有效改善堵坝两侧缓流区水动力;南6号沟排口改线可有效减少弯角污染源输入,间接提升水质。通过各类点状针对性措施,可使筼筜湖局部水环境得到较大提升。