苏州河综合调水与水环境治理研究

第卷第期力学与实践年月

苏州河综合调水与水环境之么

才口

理研究,

王道

增林

卫

青

‘

上海大学上海市应用数学和力学研究所上海

十上海市环境科学研究院上海。。

王道增教授博士生导师年毕业于武汉水利电力学院年研究生毕

业于武汉水利电力大学年年英国曼彻斯特大学访问学者曾

在黄

河水

利委员么武汉水力电力大学中国菊翻白科学研究中心和上海大学力学所从事水利水环境流体力学教学和研究工作专长实验流体力学和工程中的流体力学问题分

析

及建模曾获教育部中船总公司科技进步二等奖各项上海市科技进步三等

奖

项光华科技奖三等奖项年担任亚洲开发银行项目苏州河水质管理技术

援助项目中方顾问专家水动力学

摘要本文概述了上海市苏州河环境综合整治中与水环境相关的情况以苏州河的历史现状及水环境整治方略为背景简要介绍了苏州河污染源情况苏州河水动力特点并分析苏州河水质严重污染的原因在此基础上着重描述苏州河环境整治中的环境流体力学问题苏州河污染物迁移扩散数学模型及其主要参数的特

征苏州河水动力学特征及其对水质的影响苏州河水动力的控制及其对改善水质的作用苏州河及其河网水

环境容量总量控制的优化方法

关键词水污染平原河网潮汐水流底泥疏浚迁移扩散环境容量

概述苏州河历史上又称吴淞江古代曾是太湖东部排

水的主要入海通道后经淤积变迁逐渐束窄变成黄浦江的一条最大的支流苏州河全长源出于太湖瓜径口经江苏省苏州市后在青浦赵屯处流入上海市并于黄浦公

园

处汇入黄浦江苏州河在上海市市内全程约巩

其中市区段自华槽至河口约河面平均宽、河底宽平均约、

苏州河地处长江三角洲平原河网地区河网密度最高可达每平方千米、苏州河河底比降只有至左右苏州河沿线干支

流

纵横交错南北岸各有条主要支流支流河

口

均有水闸控制苏州河水系北起蕴藻洪南抵淀浦河东临黄浦江西至江苏省界如图所示

苏州河上海市段受黄浦江潮汐影响有日潮和

一一收到第稿一一收到修改稿

上海市重点学科建设项目资助

夜潮次属于非正规半日潮潮流界在黄渡距河口潮区界在赵屯低潮位平均

水深约

、

高潮位水深约苏州河黄渡处多年平均径

流量在”左右浙江路处为”。

苏州河水环境污染情况及主要污染源苏州河历史上水质清澈鱼虾众多自上海开埠以后随着工业及经济发展人口增长大量生活污水和工业废水排入苏州河致使年在苏州河

恒丰路附近建成的闸北自来水厂于年迁至黄浦江军工路处此后相当长的一段时期苏州河两岸遍

布码头工厂仓库以及简陋居住区由于大量工业

废水生活污水的肆意排放使苏州河部分河段黑臭年已经是由河口至曹家渡河段终年全河段黑臭年污染上溯到北新径距河

口

年上溯至华槽年上溯到赵屯此时上海市境内苏州河全部黑臭水质劣于类水力学与实践年第卷

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图上海市苏州河水系图苏州河水环境在上世纪中叶逐步出现严重污染直至整年全河段黑臭是一种典型河口平原经济发

达地区的水环境污染问题河流水环境污染一般应

从两个方面分析即污染源状况和河流自身水动力条件苏州河的污染来源主要是工业废水居民生活污水和禽畜牧场污水的排入它们分别占总污水量的和禽畜牧场排放污水量的比例不大但污染的浓度很高另外苏州河沿岸分布着座市政泵站由于历史原因设计截流系数偏小在雨季特别是暴雨时刻为保证市区不积水需向苏州河排水这样市政下水管网中高浓度污水及沉淀污泥也随雨水排入苏州河并形成很大的冲击负荷苏州河地处河口平原地区底坡平缓明显水动力不足径流量及实际泄流量很小自净能力差另外上海市苏州河处在潮流界和湖区界的范围内每日两次天然的涨落潮往往使得污水入河后形成污水云团在河道中长时间回荡在潮流的顶托下北新径下游的污水云团甚至会在河道中停留加长了耗氧反应时间从而加剧了水质恶化合流污水治理一期工程于年月全面投入迭行后据统计年平均旱流污水截流量为年平均旱流截流量为”合流污水一期工程使水体的。等一些综合性污染指标有所下降但市区河段水质仍劣于类水未能消除苏州河市区河段的黑臭落潮时仍会在苏州河和黄浦江交界处形成明

显的黑带

苏州河至世纪年代它接纳的污染负荷已远远超过其自净能力基本上全年黑臭水生物绝迹但它又是穿越市区上海市重要的地表水因此治理好苏州河已是政府和人民群众的决心和夙愿合流污水一期工程自年开工至年月日建成基本截流了丹巴路以东地区直排苏州河干流的污染源在一定程度上改善了市区河道的水质苏州河水环境综合整治方略根据苏州河水环境现状一期合流污水工程投入运行后主要污染源的类型河道水动力特征以及上海市苏州河各河段的功能定位和水质目标苏州河水环境综合整治一期工程、年的目标为消除苏州河干流黑臭治理方略为截污排污综合调水底泥疏浚两岸整治和相关水系治理等大措施苏州河水环境综合整抬一期工程于年完成苏州河干流消除了黑臭水质重要指标达到国家规定的景观河道标准河道生态系统开始逐渐恢复苏州河市区支流截污率达以上苏州河环境综合整治一期工程竣工后一些主要污染源得到治理水质总体上得到改善但仍面临三个问题即苏州河的中上游上海市河段地区仍有大量的直排污染源特别是嘉定的南翔江桥黄渡和青浦的赵屯华新白鹤等镇沿线个市政泵

站雨天排放的冲击污染负荷仍然影响干流使水质不稳定特别在苏州河南岸的新北新径芙蓉

江中山西江苏昌平和成都北个市政泵站约占苏州河沿岸泵站平均排放量

的第期王道增等苏州河综合调水与水环境治理研

究

另外苏州河干流污染底泥对上覆水体的影响底泥的耗氧降低河水的自净能力和对生态系统的破坏

在水质改善后这种影响更为明显所以在年继续实施苏州河环境综合整治二期工程二期工程首先进一步截污治污主要包括上游

嘉定地区个镇的截污合流青浦地区个镇则分别建污水处理厂达标排放中游地区重点解

决条

支流及二级支流的截污和水泵站内河污染源下游地区是巩固完善截流收集系统另外在截污治理方面的一项重要工程是削减苏州河沿岸市政泵站的放江量使苏州河水质稳定达到类水标准此项工程内容有疏通管道建造座泵站的调蓄池解

决雨天放江冲击污染负荷维持苏州河水质稳定其次底泥疏浚处置苏州河污染底泥对上覆水体影响是一个重要问题又是一个十分复杂的问题从北新径至河口的全面疏浚将大幅度提高苏州河市

区河段的溶氧浓度最后实行灵活的调水方

式改建吴淞路桥闸将苏州河河口附近的昊淞路

闸

由单向挡黄浦江潮水改为双向挡水这样可以利用黄浦江涨潮动力提高苏州河水动力改善水质按苏州河水环境数学模型预测当二期工程全面竣工时苏州河干流水质为,

、、、届时苏州河水质除氮磷指标外总

体上将达到类水标准值将大幅度提高水更清实现全河段有鱼

后得到一维概化模型如下

连续性方程

下万二二二

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动量方程口、么亩丽戈才少

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污染物迁移扩散方程誓十以豁一豁艺人

一

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连续性方程和动量方程即一维非定常圣维南

方程组它是污染物扩散的水动力基础污染物迁移扩散方程即带有源项和衰减项的对

流扩散方程式中为过水断面面积为断面平均流量为动量修正系数为断面平均水位为流量模数。为断面平均流速

为

纵向离散系数为自净系数人为源汇项

礁一人子诚为径流降水或者污染源在单位时间

”“一叭目卜一「一,

单位河段长度输入的污水负荷为污染物浓度通

常采用反映污染物浓度的某些综合指标如和等

若需考虑两个相互作用综合指标的关系例如在

溶氧系统则需解祸合系统方程

苏州河污染物迁移扩散模型

苏州河综合整治核心是水环境的治理主要问题之一是利用水动力学原理通过综合调水方案的实

施高效经济地治理苏州河水环境然而解决此问

题的基础就是整体了解和掌握污染物的来源及其在

河道的水动力条件下它的迁移扩散降解与转化规

律为此建立苏州河的水环境数学模型是苏州河综

合整治一期二期工程污染源截污底泥疏浚调水

方案的规划设计的基础也是苏州河水质目标及水环境管理的重要依据

苏州河水环境数学模型苏州河及其支流属于平原感潮河流除了喇叭河

口如长江口外河道的纵向尺度都远远超过垂向和横向尺度污染物除了在近区之外都将比较均匀的扩散至全断面所以通常将河流的水力水质模型简化为一维同时再对其它次要因素近似处理二二一十材二,一口口十艺人一汤口二二一十二口口一二器一、器十艺人一场几一对于综合考虑耗氧有机物的模型有斯特里特菲尔普斯模型口丽丽丽丽一兀一兀一式中为溶解氧浓度为某温度饱和氧浓度为降解率凡为复氧系数斯特里特菲尔普斯模型有两点约定即水质迁移扩散方程中源汇项人只考虑好氧微生物参与

的降解反应是符合一级反应动力学艺九一同时水体中减少原因只是降解

引起且速率相同