技术领域
[0001] 本
发明涉及供水领域的供水安全保障技术，特别涉及咸潮影响地区保障
饮用水安全的抢淡蓄淡应急供水调度技术。
背景技术
[0002] 珠江河口枯水期咸潮上溯严重，尤其是20世纪90年代以来，咸潮越来越频繁、范围越来越大、强度越来越高、时间越来越提前。咸潮上溯导致取水口
水体含氯度超标，极大的影响了珠江三
角洲地区的供水安全，受影响范围涉及澳
门、珠海、中山、广州、东莞等城市，受影响人口多达1500万人。
[0003] 为应对咸潮危机，珠江三角洲地区各联围常采用“抢淡蓄淡”的方式应急供水，即充分利用水网区内河涌的有效涌容，通过
水闸进行抢引
淡水，将外江淡水蓄积到内河涌，以保障枯水期的饮用水安全。然而，由于水闸调度实施受内河涌水量水质变化、外江径流条件和咸潮活动等多重影响，因此在抢淡蓄淡应急调度实施过程中，常常面临抢淡时机难以把握、抢淡过程与供淡过程难以有机协调、抢淡蓄淡效率较低等诸多问题。如何考虑外江径流特征和咸潮活动规律，充分发挥水网区水利工程的调度功能，高效实施抢淡蓄淡应急供水调度，是保障珠江三角洲饮用水安全亟待解决的重要科技问题。
[0004] 开展基于水闸-河涌-水库-
泵站联调的抢淡蓄淡应急供水调度技术研究，研究提出优化调度方案，提高珠江河口水网区淡水资源利用效率，增强区域供水能
力，对于保障珠江三角洲饮水安全具有重要意义。
发明内容
[0005] 本发明的目的，在于克服珠江三角洲联围内传统供水方案的缺点与不足，通过开展咸潮影响地区基于水闸-河涌-水库-泵站联调的抢淡蓄淡应急供水调度关键技术研究，提出系统的调度优化方案，科学地改善区域水环境、增强区域供水能力。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] 本发明的咸潮影响地区抢淡蓄淡应急供水调度方法，核心为基于水闸-河涌-水库-泵站联调的抢淡蓄淡应急供水调度模型，具体实现过程如下：
[0008] S1、集成珠江河口-河网整体咸潮数学模型，以便在三角洲联围闸泵群联合调度中更准确确定闸外
盐度边界、更精细制定水闸调度方案。
[0009] S2、建立基于水闸-河涌-水库-泵站联调的抢淡蓄淡应急供水调度模型，主要包括水闸抢淡、河涌蓄淡、水库调咸、泵站供淡等四个技术模
块，模型的表达形式包括目标函数与约束条件。
[0010] S3、建立咸潮影响地区抢淡蓄淡应急供水调度效果评估指标体系，即抢淡蓄淡评估指标体系。
[0011] S4、利用咸潮影响地区抢淡蓄淡应急供水调度方法，确定区域的抢淡蓄淡方案。
[0012] 优选的，在S1中，珠江河口-河网整体咸潮数学模型，实现步骤如下：
[0013] S11、模型搭建
[0014] 为实现上游水库总体调控下的三角洲联围闸泵群调度，将近海河口、三角洲整体河网以及联围内河涌水动力水质调控过程模拟耦合起来，构建一个完整的珠江河口-河网-联围水流盐度模拟与闸泵群调度模型。考虑到珠江河口咸潮
时空变异的复杂性和外江盐度对闸泵调度规则确定的重要性，对水流和盐度的模型将采用河口-河网整体三维咸潮数学模型，将典型联围闸泵群调度模型与之耦合。
[0015] S12、模型构成
[0016] (1)计算方程
[0017] 三维咸潮数学模型的
基础是雷诺平均化的N-S方程，包括紊流影响以及
密度变化，同时包含盐度及
温度平衡方程：
[0018]
[0019]
[0020]
[0021]
[0022] 式中：xi与xj为笛卡尔
坐标系；ρ为水的密度；cs为
海水中声的传播速度；ui与uj分别为xi与xj方向的速度分量；Ωij为克氏张量；p为压力；gi为重力矢量；VT为紊动粘性系数；δij为克罗奈克函数；k为紊动
动能；S与T分别指温度与盐度；DT与DS分别指相关的温度与盐度扩散系数；t指时间；SS为各自的源汇项。
[0023] (2)边界条件
[0024] 对于水动力计算，模型上、下游分别采用相应
位置水位变化序列；对于水质计算，主要预测污染物质为盐度，设定为相应位置盐度变化序列。
[0025] (3)初始条件
[0026] 利用卫星遥感资料反演得到的表层盐度值，再根据初始时刻水动力情况和珠江河口各层盐度分布的经验规律，进行盐度值的垂向插值，得到计算所需的盐度初始场。
[0027] S13、模型计算
[0028]
水动力学模块采用交替方向隐式
迭代法对动量及
质量守恒方程进行积分，并对其产生的数学矩阵采用双
精度扫描法进行求解。
[0029] 优选的，在S2中，基于水闸-河涌-水库-泵站联调的抢淡蓄淡应急供水调度模型，实现步骤如下：
[0030] S21、结构模式
[0031] 为实现抢淡蓄淡保障饮用水安全，模型整个调度过程由四个重要环节组成：一是水闸抢淡环节，通过水闸调度将外江淡水引入联围内河涌；二是河涌蓄淡环节，利用联围内河涌有效涌容蓄积淡水；三是水库调咸环节，当枯水期联围内河涌淡水不足或含氯度超标时，利用水库蓄积的淡水，对内河涌进行补水调节，以满足水厂取水的水量和水质(咸度)要求；四是泵站供淡环节，利用取水泵站将内河涌蓄积的淡水供给水厂。
[0032] S22、表达形式
[0033] (1)计算原理
[0034] 网河区一维水动力数学模块采用一维圣维南方程组，方程如下：
[0035] 连续方程
[0036] 动量方程
[0037] 式中：Z为断面平均水位；Q、A、B分别为断面流量、过水面积、水面宽度；x、t为距离和时间；q为旁侧入流，负值表示流出；β为动量校正系数；g为重力
加速度；Sf为摩阻坡降，采用曼宁公式计算，Sf＝g/C2，C＝h1/6/n；ul为单位流程上的侧向出流流速在主流方向的分量。
[0038] 一维水质迁移转化基本方程：
[0039]
[0040] 式中：A为断面过水面积；Q为断面流量；C为断面污染物浓度；Ex为纵向离散系数；K为污染物降解系数，x、t为距离和时间。
[0041] (2)边界条件
[0042] 根据搭建模型的边界位置，分别采用相应的水位(流量)数据作为水动力边界，相应的污染物浓度(COD、NH3-N、含氯度)数据作为水质边界。
[0043] (3)初始条件
[0044] 根据区域实测数据，设定模型范围的初始水位、水质计算条件。
[0045] (4)求解方法
[0046] 对控制方程利用Abbott六点隐格式进行离散，在每个网格点中按顺序交替计算其水位和流量，相应的点分别为h点和Q点。
[0047] S23、目标函数
[0048] 抢淡蓄淡应急供水调度为多目标调度，包括一个总体目标和两个分目标：总体目标为供水系统满足含氯度标准的
原水缺水量最小；水闸抢淡和河涌蓄淡环节分目标为内河涌蓄积水体可利用量最高；泵站供淡环节分目标为泵站供淡水总量最大，即满足供水要求的持续时间最长。
[0049] (1)总体目标
[0050] 供水系统满足含氯度标准的原水缺水量最小，目标函数如下：
[0051] WD＝min(D-W)
[0052] 式中：WD为供水系统满足含氯度标准的原水缺水量；W为将外江淡水抢蓄到内河涌或水库后，泵站供给水厂满足含氯度标准的原水供给量；D为水厂的原水需水量。
[0053] (2)水闸抢淡和河涌蓄淡调度目标
[0054] 调度期间内河涌水位提高，其蓄积淡水量最多，目标函数如下：
[0055] V＝max(V0+Q进-Q出)
[0056] 式中，V为河涌的蓄水量；V0为河涌的初始蓄水量；Q进、Q出为上游进水水闸的进水量与下游各水闸的出水量。
[0057] (3)泵站供淡调度目标
[0058] 咸期供水保障时间最长，既满足含氯度标准(低于250mg/L)，又满足泵站取水水位的要求，综合目标函数如下：
[0059] T供＝max(min(T1+T2+…+Tn))
[0060] 式中：T供为外江含氯度超标期间供水保障时间；T1、T2…Tn分别为各取水口供水保障时间。
[0061] S24、约束条件
[0062] 约束条件主要包括河网区内河涌控制水位、闸边界水流计算、闸孔调度数量以及闸门调度方式等方面，具体如下：
[0063] (1)河网区内河涌水位约束
[0064]
[0065] 式中：Zk,t为调度t时刻内河涌第k断面处水位；Zk,t为调度t时刻内河涌第k断面处最低限制水位； 为调度t时刻内河涌第k断面处最高限制水位。
[0066] (2)过闸设计流量约束
[0067] Qj,t≤Qj,max
[0068] 式中：Qj,t为调度t时刻内河第j座水闸的过闸流量；Qj,max为内河涌第j座水闸的设计过流能力。
[0069] (3)闸门开启方式约束
[0070] 模型中主要考虑如下：
[0071] ①水闸仅存在全关和全开两种状态；
[0072] ②为避免水闸过于频繁启闭，水闸某一特定启闭状态必须维持一定时长；
[0073] Tj≥Tj
[0074] 式中：Tj为内河涌第j座水闸维持某一特定工作状态(如闸门全开或全关)的时长；Tj为内河涌第j座水闸维持某一特定工作状态允许的最短时长。
[0075] (4)水库调咸约束
[0076] Cj,t≤Cj,max
[0077] 式中：Cj,t为出库调度t时刻河涌j断面处的污染物(含氯度)浓度值；Cj,max为内河涌第j断面的污染物(含氯度)浓度值。
[0078] (5)泵站取水约束
[0079] Cj,t≤Cj,max
[0080] Zj,t≥Zj,min
[0081] 式中：Cj,t为调度t时刻内河第j断面的污染物浓度；Cj,max为内河涌第j断面满足泵站运行的污染物浓度限值；Zj,t为调度t时刻内河第j断面的水位；Zj,min为内河涌第j断面满足泵站运行的水位限值。
[0082] 优选的，在S3中，咸潮影响地区抢淡蓄淡应急供水调度效果评估指标体系，实现步骤如下：
[0083] 抢淡蓄淡调度的目的，旨在保障该区域水厂的供水问题，针对于制定的各种方案，需采取一定的指标进行优选评测。在模拟结果分析中，采用泵站运行总时长和抽水总量为主要评测指标，同时采用其它指标进行辅助评测，如采用河涌控制断面水位及含氯度的变化评测抢淡效果，采用河涌储蓄水量的变化以及取水断面的水体体积变化评测河涌蓄淡效果。
[0084] 优选的，在S4中，区域抢淡蓄淡应急供水调度方案的确定，要求在摸清区域水动力、盐度特征，以及水闸对围内水动力、盐度影响的基础上，开展调度目标和规则探讨，拟定不同的联合调度方案，并结合S3中建立的评估体系评估结果，进行权衡优选最终确定。
[0085] 本发明相对于
现有技术具有如下的优点及效果：
[0086] 1、本发明系统地提出了咸潮影响地区基于水闸-河涌-水库-泵站联调的抢淡蓄淡应急供水调度方法的理念，在考虑外江径流特征与咸潮活动规律的基础上，充分发挥水网区河涌调蓄作用和水利工程调度功能，进行水闸-河涌-水库-泵站联合调度，该技术体系，集成了珠江河口-河网整体咸潮数学模型，构建了基于水闸-河涌-水库-泵站联调的抢淡蓄淡应急供水调度模型系统，建立了咸潮影响地区抢淡蓄淡应急供水调度效果评估指标体系，调度实践证明，能有效提高枯水期区域供水保障程度。
[0087] 2、本发明构建了基于水闸-河涌-水库-泵站联调的抢淡蓄淡应急供水调度模型系统，该模型系统包括水闸抢淡模块、河涌蓄淡模块、水库调咸模块、泵站供淡模块。模型系统克服了经验调度中抢淡时机难以把握、抢淡过程与供淡过程难以有机协调、抢淡蓄淡效率较低等诸多问题，优化确定了各环节的关键调度时机，实现了满足含氯度标准的原水缺水量最小、内河涌蓄积水体可利用量最大、泵站供淡水量最大的调度目标，有效保障了咸潮影响地区枯水期供水安全。
[0088] 3、本发明建立了咸潮影响地区抢淡蓄淡应急供水调度效果评估指标体系，全面科学的对调度方案的设置进行评测分析。
附图说明
[0089] 图1是本发明
实施例所在位置的示意图(中珠联围)。
[0090] 图2是本发明实施例抢淡蓄淡调度阶段西灌河水闸抢淡量累积图。
[0091] 图3是本发明实施例抢淡蓄淡调度阶段坦洲水厂断面蓄水量变化过程线。
[0092] 图4a-4d是本发明实施例抢淡蓄淡调度阶段坦洲水厂泵站运行过程图，其中4a对应方案一，4b对应方案二，4c对应方案三，4d对应方案四。
[0093] 图5a-5d是本发明实施例抢淡蓄淡调度阶段裕洲泵站运行过程图，其中5a对应方案一，5b对应方案二，5c对应方案三，5d对应方案四。
[0094] 图6是本发明实施例优选方案四调度下坦洲水厂断面咸度变化过程图。
[0095] 图7是本发明实施例水库调咸辅助调度阶段
铁炉山水库调咸控制过程图。
[0096] 图8是本发明实施例水库调咸辅助调度阶段坦洲水厂断面咸度变化对比图。
[0097] 图9是本发明实施例水库调咸辅助调度阶段坦洲水厂断面水位变化对比图。
具体实施方式
[0098] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0099] 本发明的咸潮影响地区抢淡蓄淡应急供水调度方法，集成了珠江河口-河网整体咸潮数学模型，构建了基于水闸-河涌-水库-泵站联调的抢淡蓄淡应急供水调度模型，具体实现过程包括以下步骤：
[0100] 1.集成珠江河口-河网整体咸潮数学模型，以便在三角洲联围闸泵群联合调度中更准确确定闸外盐度边界、更精细制定水闸调度方案。
[0101] (1)模型搭建
[0102] 为实现上游水库总体调控下的三角洲联围闸泵群调度，近海河口、三角洲整体河网以及联围内河涌水动力水质调控过程模拟耦合起来，集成构建一个完整的珠江河口-河网-联围水流盐度模拟与闸泵群调度模型。考虑到珠江河口咸潮时空变异的复杂性和外江盐度对闸泵调度规则确定的重要性，对水流和盐度的模型将采用河口-河网整体三维咸潮数学模型，将典型联围闸泵群调度模型与之耦合。本次实施例中模型上游边界位置分别为
马口站、三水站、老鸦岗站，新家铺和泗盛围站，下游边界取至外海约200m等深线处，计算范围
覆盖珠江三角洲网河区主要河道、珠江河口八大口门和外海冲淡水的范围。
[0103] (2)模型构成
[0104] ①计算方程
[0105] 三维咸潮数学模型的基础是雷诺平均化的N-S方程，包括紊流影响以及密度变化，同时包含盐度及温度平衡方程：
[0106]
[0107]
[0108]
[0109]
[0110] 式中:xi与xj为笛卡尔坐标系；ρ为水的密度；cs为海水中声的传播速度；ui与uj分别为xi与xj方向的速度分量；Ωij为克氏张量；p为压力；gi为重力矢量；VT为紊动粘性系数；δij为克罗奈克函数；k为紊动动能；S与T分别指温度与盐度；DT与DS分别指相关的温度与盐度扩散系数；t指时间；SS为各自的源汇项。
[0111] ②边界条件
[0112] 上游流量和盐度边界条件均可由相应
站点的实测时间序列给定，由于模式计算范围足够大，上游边界盐度值基本为接近零的定值，可直接给定为零。
[0113] 下游边界外海潮汐和盐度边界没有相应的实测资料，给定较为困难。外海水深较大时，潮汐受近岸地形和河道径流的影响较小，可由潮汐调和常数计算所得。本次，模型的外海潮汐边界由T/P卫星高度计资料调和分析得到的潮汐调和常数计算所得，包括M2、S2、N2、K2、K1、P1、O1、Q1八个主要分潮，并根据南中国海海平面季节性变化和近岸站点资料对边界条件进行校核。由于外海开边界设在距离河口足够远处，基本不受冲淡水的影响，在一定的模拟计算时段内盐度的边界条件可以给为定值。
[0114] ③初始条件
[0115] 利用卫星遥感资料反演得到的表层盐度值，再根据初始时刻水动力情况和珠江河口各层盐度分布的经验规律，进行盐度值的垂向插值，得到计算所需的盐度初始场。
[0116] (3)模型计算
[0117] 水动力学模块采用交替方向隐式迭代法对动量及质量守恒方程进行积分，并对其产生的数学矩阵采用双精度扫描法进行求解。
[0118] 2.建立基于水闸-河涌-水库-泵站联调的抢淡蓄淡应急供水调度模型，主要包括水闸抢淡、河涌蓄淡、水库调咸、泵站供淡等四个模块；模型的表达形式包括目标函数与和约束条件。
[0119] (1)结构模式
[0120] 为实现抢淡蓄淡保障饮用水安全，模型整个调度过程由四个重要环节组成：一是水闸抢淡环节，通过水闸调度将外江淡水引入联围内河涌；二是河涌蓄淡环节，利用联围内河涌有效涌容蓄积淡水；三是水库调咸环节，当枯水期联围内河涌淡水不足或含氯度超标时，利用水库蓄积的淡水，对内河涌进行补水调节，以满足水厂取水的水量和水质(咸度)要求；四是泵站供淡环节，利用取水泵站将内河涌蓄积的淡水供给水厂。
[0121] (2)表达形式
[0122] ①计算原理
[0123] 网河区一维水动力数学模块采用一维圣维南方程组，方程如下：
[0124] 连续方程
[0125] 动量方程
[0126] 式中：Z为断面平均水位；Q、A、B分别为断面流量、过水面积、水面宽度；x、t为距离和时间；q为旁侧入流，负值表示流出；β为动量校正系数；g为
重力加速度；Sf为摩阻坡降，采用曼宁公式计算，Sf＝g/C2，C＝h1/6/n；ul为单位流程上的侧向出流流速在主流方向的分量。
[0127] 一维水质迁移转化基本方程：
[0128]
[0129] 式中：A为断面过水面积；Q为断面流量；C为断面污染物浓度；Ex为纵向离散系数；K为污染物降解系数；x、t为距离和时间。
[0130] ②数据准备
[0131] 中珠联围地形采用2010年实测地形资料，《中山市坦洲镇水利规划》成果以及珠海市“一河两涌”清淤资料。
[0132] ③边界条件
[0133] 本次实施例调度模型的边界上游选取茅湾涌作为边界，下游选取马角水闸、联石湾水闸、灯笼山水闸、大涌口水闸、广昌水闸、洪湾水闸和石角咀水闸等作为边界。
[0134] 由于上游茅湾涌没有水文站，上游来水根据枯水期降雨量推求；下游采用各水闸闸外实测潮位和咸度数据。
[0135] ④初始条件
[0136] 水质初始条件：联围内水质按照水质监测结果，咸度为30mg/L，COD为30mg/L，NH3-N为1.5mg/L，在实施抢淡蓄淡调度之前，需改善联围内河涌的水质，为河涌蓄淡提供有利的水质条件。
[0137] 水位初始条件：联围内初始水位按±0m。
[0138] ⑤求解方法
[0139] 对控制方程利用Abbott六点隐格式进行离散，在每个网格点中按顺序交替计算其水位和流量，相应的点分别为h点和Q点。
[0140] (3)目标函数
[0141] 抢淡蓄淡应急供水调度为多目标调度，包括一个总体目标和两个分目标：总体目标为供水系统满足含氯度标准的原水缺水量最小；水闸抢淡和河涌蓄淡环节分目标为内河涌蓄积水体可利用量最高；泵站供淡环节分目标为泵站供淡水总量最大，即满足供水要求的持续时间最长。
[0142] ①总体目标
[0143] 供水系统满足含氯度标准的原水缺水量最小，目标函数如下：
[0144] WD＝min(D-W)
[0145] 式中：WD为供水系统满足含氯度标准的原水缺水量；W为将外江淡水抢蓄到内河涌或水库后，泵站供给水厂满足含氯度标准的原水供给量；D为水厂的原水需水量。
[0146] ②水闸抢淡和河涌蓄淡调度目标
[0147] 调度期间内河涌水位提高，其蓄积淡水量最多，目标函数如下：
[0148] V＝max(V0+Q进-Q出)
[0149] 式中，V为河涌的蓄水量；V0为河涌的初始蓄水量；Q进、Q出为上游进水水闸的进水量与下游各水闸的出水量。
[0150] ③泵站供淡调度目标
[0151] 咸期供水保障时间最长，既满足含氯度标准(低于250mg/L)，又满足泵站取水水位的要求，综合目标函数如下：
[0152] T供＝max(min(T1+T2+…+Tn))
[0153] 式中：T供为外江咸度超标期间供水保障时间；T1、T2…Tn分别为外江咸度超标期间坦洲水厂取水口和裕洲泵站取水口供水保障时间。
[0154] (4)约束条件
[0155] 约束条件主要包括河网区内河涌控制水位、闸边界水流计算、闸孔调度数量以及闸门调度方式等几个方面，具体如下：
[0156] ①河网区内河涌水位约束
[0157] 河网区联围各片区地理高程普遍较为低平，外江进闸水量过多、出闸排水不足将致使部分河涌水位超过最高限制水位，水流漫溢，形成内涝。同时，为保证内河涌蓄水水位水量满足正常生产之用，保证水质、景观、航运、岸堤稳定，内河涌水位不得低于最低限制水位。即：
[0158]
[0159] 式中：Zk,t为调度t时刻内河涌第k断面处水位；Zk,t为调度t时刻内河涌第k断面处最低限制水位； 为调度t时刻内河涌第k断面处最高限制水位。
[0160] 抢淡蓄淡调度西灌河控制水位：Z<0.7m；围内其它河涌内水位：Z<0.3m。
[0161] ②过闸设计流量约束
[0162] 过闸流量可以通过公式计算得到，但不得超过水闸的设计流量，否则只能按照水闸设计流量过流。即：
[0163] Qj,t≤Qj,max
[0164] 式中：Qj,t为调度t时刻内河第j座水闸的过闸流量；Qj,max为内河涌第j座水闸的设计过流能力。
[0165] ③闸门开启方式约束
[0166] 水闸工程在实际运行过程中，为避免出现不利工作状态，闸门的开启方式往往存在诸多约束和技术性限制条件。模型中主要考虑如下：
[0167] a.水闸仅存在全关和全开两种状态；
[0168] b.为避免水闸过于频繁启闭，水闸某一特定启闭状态必须维持一定时长；
[0169] Tj≥Tj
[0170] 式中：Tj为内河涌第j座水闸维持某一特定工作状态(如闸门全开或全关)的时长；Tj为内河涌第j座水闸维持某一特定工作状态允许的最短时长。
[0171] ④水库调咸约束
[0172] 利用铁炉山水库在内河涌河道水质超标时进行放水调节，以满足供水需求，其约束条件为：
[0173] Cj,t≤Cj,max
[0174] 式中：Cj,t为水库调度t时刻河涌j断面处的污染物(含氯度)浓度值；Cj,max为内河涌第j断面的污染物(含氯度)浓度限值。
[0175] ⑤泵站取水约束
[0176] 抢淡蓄淡过程中，取水河段的水质、水位应同时满足泵站取水要求，即：
[0177] Cj,t≤Cj,max
[0178] Zj,t≥Zj,min
[0179] 式中：Cj,t为调度t时刻内河第j断面的污染物浓度；Cj,max为内河涌第j断面满足泵站运行的污染物浓度限值；Zj,t为调度t时刻内河第j断面的水位；Zj,min为内河涌第j断面满足泵站运行的水位限值。
[0180] 此次污染物浓度约束：含氯度<250mg/L；COD<20mg/L；NH3-N<1.0mg/L。
[0181] 3.建立咸潮影响地区抢淡蓄淡应急供水调度效果评估指标体系，即抢淡蓄淡评估指标体系。
[0182] 中珠联围的抢淡蓄淡调度的目的，旨在保障该区域水厂的供水，针对于制定的各种方案，也需采取一定的指标进行优选评测。本次模拟结果分析中，采用泵站运行总时长和抽水总量为主要评测指标，同时采用其它指标进行辅助评测，如采用河涌控制断面水位及含氯度的变化评测抢淡效果，采用河涌储蓄水量的变化以及取水断面的水体体积变化评测河涌蓄淡效果。
[0183] 4.利用咸潮影响地区抢淡蓄淡应急供水调度技术，确定抢淡蓄淡供水调度方案。
[0184] (1)在摸清中珠联围水动力、咸度特征和水闸对围内水动力、咸度影响的基础上，开展调度目标和规则制定；
[0185] (2)根据联围取排水格局，确定中珠联围的抢淡蓄淡调水方向为“西北进，东南出”；
[0186] (3)在联围闸门布局基础上，考虑中珠联围内外水闸联合调度，尽量较少改变水闸的运行方式，以最小的改变实现调度目标；
[0187] (4)结合S3中建立的评估体系，进行权衡优选最终确定。
[0188] 实例基本情况：
[0189] 本发明选择中珠联围作为示范工程实验地点，研究范围西边界自与磨刀门水道相连的马角水闸以下至洪湾水闸，东边界为东灌渠，最北端起茅湾涌入坦洲镇境处，南部以石角咀水闸为界。中珠联围内河网水系密布，区域具有一定的调蓄能力，而且联围内闸、泵众多，为水力调度调控提供了便利的条件；同时由于中珠联围濒临的磨刀门水道咸潮上溯严重，开展该地区抢淡蓄淡应急供水调度技术研究，对于保障珠江三角洲区域饮用水安全、促进社会经济的健康发展具有重要的意义。
[0190] 中珠联围位于坦洲镇，其平原网河区就像一个集水盆，东、西、北方向的降水均向2 2
此汇集：坦洲镇镇域汇水面积约为127.6km ，北面来自三乡方向面积约113.0km的产水均汇入茅湾涌；东面珠海有面积约99.5km2的产水汇入坦洲境内，故坦洲镇实际的汇水面积为
340.1km2。镇区内水系特别发达，河涌纵横交错，河涌容量达2946万m3，其中宽度超过15m的河涌主要包括茅湾涌、西灌渠、坦洲涌、东灌渠、三沾涌、申塘涌、南沙涌、蛛洲涌、二沾涌和猪母涌等总计40条，其中最长为前山水道；此外，还有孖仔涌、糖厂涌、野仔涌、大尖尾涌和三角围仔涌等5条长度小于0.5km的短小河涌。
[0191] 中珠联围共有大小水闸共20座，运行情况基本良好。其中建在前山河流域干堤上水闸7座，自西向东分别是马角水闸、联石湾水闸、灯笼水闸、大涌口水闸、广昌水闸、洪湾水闸和石角咀水闸，均具有挡潮、排涝的功能。此外，马角水闸具有引水功能，联石湾水闸、灯笼水闸和大涌口水闸具有纳潮
灌溉和维持内涌景观水体、引水改善河涌水环境的功能。
[0192] 实例技术方案：
[0193] 1、方案设置
[0194] 根据中珠联围水动力和水质特性，首先要尽快完成内河涌的水体置换，使得内河涌水体水质达标，为内河涌蓄积淡水提供有利的水质条件，在此基础上才能实施水闸抢淡、河涌蓄淡、水库调咸和泵站供淡等调度。
[0195] (1)抢淡蓄淡
[0196] 本次研究中珠联围抢淡蓄淡应急调度思路，一方面当外江水体质量较优时，提高引水闸门的开启高度并降低闸门的开放水质要求，使磨刀门优质水源进入河涌内部，以达到“抢淡”目的；另一方面增加调蓄河涌的数量与蓄水高度，提高内涌水体排出的闸门高度限制，以达到“蓄淡”目的。具体来讲，主要是根据外江咸潮上溯规律和潮位条件，利用马角水闸、联石湾水闸、灯笼水闸、大涌口水闸引水至西灌河、联石湾涌、大沾涌、二沾涌、三沾涌、南沙涌、申堂涌等内河涌，以保障中珠联围的供水安全。
[0197] 在中珠联围河涌与闸泵布局的基础上，为保障围内供水安全，达到调度目标，本次中珠联围抢淡蓄淡应急调度方案设置如下：
[0198] a.方案一：通过马角水闸进水，永一水闸排水的方式抢淡蓄淡，将淡水蓄积在西灌河。
[0199] 主要调度工程调度规则：
[0200] ①马角水闸：
[0201] 条件1：当外江咸度小于250mg/L、闸内水位小于0.7m，且外江水位大于内河水位时，马角水闸开闸进水，若以上三条有其一不能满足即条件2；
[0202] 条件2：当外江咸度大于250mg/L但闸内咸度小于250mg/L、闸内水位小于0.7m，且外江水位大于内河水位时，马角水闸开闸进水，若以上四条有其一不能满足即关闸。
[0203] ②永一水闸：当西灌河水位高于茅湾涌水位、且西灌河水位高于0.5m时，永一水闸开闸放水；反之关闭，确保永一水闸只出不进。
[0204] ③西灌河其他六水闸：均处于关闭状态。
[0205] ④其他水闸运行方式照常。
[0206] b.方案二：通过马角水闸进水，永一水闸不排水，由联石湾尾水闸、大沾水闸、二沾水闸、三沾水闸、南沙水闸和申堂水闸等水闸排水的方式抢淡蓄淡，将淡水蓄积在西灌河、联石湾涌、大沾涌、二沾涌、三沾涌、南沙涌、申堂涌等内河涌水体。
[0207] 主要调度工程调度规则：
[0208] ①马角水闸：
[0209] 条件1：当外江咸度小于250mg/L、闸内水位小于0.7m，且外江水位大于内河水位时，马角水闸开闸进水，若以上三条有其一不能满足即条件2；
[0210] 条件2：当外江咸度大于250mg/L但闸内咸度小于250mg/L、闸内水位小于0.7m，且外江水位大于内河水位时，马角水闸开闸进水，若以上四条有其一不能满足即关闸。
[0211] ②永一水闸：关闭。
[0212] ③西灌河其他六水闸：当西灌河水位高于六个内河涌水位，且西灌河水位高于0.5m时，
[0213] 六个水闸开闸放水；反之关闸。确保水闸只出不进。
[0214] ④其他水闸运行方式照常。
[0215] c.方案三：通过马角水闸、联石湾水闸和联石湾尾水闸进水，大沾水闸、二沾水闸、三沾水闸、南沙水闸和申堂水闸等水闸排水的方式抢淡蓄淡，将淡水蓄积在西灌河、联石湾涌、大沾涌、二沾涌、三沾涌、南沙涌、申堂涌等内河涌水体。
[0216] 主要调度工程调度规则：
[0217] ①马角水闸：
[0218] 条件1：当外江咸度小于250mg/L、闸内水位小于0.7m，且外江水位大于内河水位时，马角水闸开闸进水，若以上三条有其一不能满足即条件2；
[0219] 条件2：当外江咸度大于250mg/L但闸内咸度小于250mg/L、闸内水位小于0.7m，且外江水位大于内河水位时，马角水闸开闸进水，若以上四条有其一不能满足即关闸。
[0220] ②联石湾水闸：
[0221] 条件1：当外江咸度小于250mg/L、闸内水位小于0.5m，且外江水位大于内河水位时，联石湾水闸开闸进水，若以上三条有其一不能满足即条件2；
[0222] 条件2：当外江咸度大于250mg/L但闸内咸度小于250mg/L、闸内水位小于0.5m，且外江水位大于内河水位时，联石湾水闸开闸进水，若以上四条有其一不能满足即关闸。
[0223] ③永一水闸：关闭。
[0224] ④联石湾尾水闸：全开。
[0225] ⑤西灌河其他五水闸：当西灌河水位高于五个内河涌水位且西灌河水位高于0.5m时，五个水闸开闸放水；反之关闸。确保水闸只出不进。
[0226] ⑥其他水闸运行方式照常。
[0227] d.方案四：通过马角水闸、联石湾水闸、灯笼水闸和大涌口水闸进水，大沾水闸、二沾水闸、三沾水闸、南沙水闸和申堂水闸等水闸排水的方式抢淡蓄淡，将淡水蓄积在西灌河、联石湾涌、大沾涌、二沾涌、三沾涌、南沙涌、申堂涌等内河涌水体。
[0228] 主要调度工程调度规则：
[0229] ①马角水闸：
[0230] 条件1：当外江咸度小于250mg/L、闸内水位小于0.7m，且外江水位大于内河水位时，马角水闸开闸进水，若以上三条有其一不能满足即条件2；
[0231] 条件2：当外江咸度大于250mg/L但闸内咸度小于250mg/L、闸内水位小于0.7m，且外江水位大于内河水位时，马角水闸开闸进水，若以上四条有其一不能满足即关闸。
[0232] ②联石湾水闸、灯笼水闸及大涌口水闸：
[0233] 条件1：当外江咸度小于250mg/L、闸内水位小于0.5m，且外江水位大于内河水位时，联石湾水闸开闸进水，若以上三条有其一不能满足即条件2；
[0234] 条件2：当外江咸度大于250mg/L但闸内咸度小于250mg/L、闸内水位小于0.5m，且外江水位大于内河水位时，联石湾水闸开闸进水，若以上四条有其一不能满足即关闸。
[0235] ③永一水闸：关闭。
[0236] ④联石湾尾水闸：全开。
[0237] ⑤西灌河其他五水闸：当西灌河水位高于五个内河涌水位且西灌河水位高于0.5m时，五个水闸开闸放水；反之关闸。确保水闸只出不进。
[0238] ⑥其他水闸运行方式照常。
[0239] (2)水库调咸
[0240] 中珠联围地区咸潮的活动受到径流、潮流和水闸的共同控制，在抢淡蓄淡设置中通过水闸尽可能抑制其对内河涌的影响。但为进一步提高该地区的供水能力，满足供水需求，可以考虑通过大沾涌上游的铁炉山水库引水调节。通过优选四种抢淡蓄淡的闸门调控方案，在选取最优方案的基础上，引入铁炉山水库流量进行调节辅助，具体方案如下：
[0241] 对于优选出的抢淡蓄淡方案：适当降低闸门的控制开启要求，将判断中的马角水闸、联石湾水闸处含氯度要求提升至300mg/L；将灯笼水闸、大涌口水闸处的含氯度要求提升至400mg/L，提高进水能力；同时对于水库的运行方案：在马角水闸开放进水的时期，同时开放铁炉山水库进行调咸，一方面为确保内河涌含氯度不会超标。
[0242] 2、效果评估
[0243] (1)抢淡蓄淡
[0244] 本次研究中，坦洲水厂与裕洲泵站的取水问题，是需要着重解决考虑的难点。在设计的四种调度方案下，河道的水力条件是不一致的，因此泵站运行的实际状况有所差别。为评测供淡效果，可以从咸度、水位的角度出发，计算出满足要求的供水时长与供水量(见图2、3、4a-4d、5a-5d)，以此为依据评选方案的优劣，具体见表1。
[0245] 表1 抢淡蓄淡方案评测表
[0246]
[0247] 注：表中加粗为较优方案
[0248] 方案四在两取水断面的供水保障方面具有绝对的优势，在模拟期间完全保障了供水的需求；方案三在坦洲水厂方面的供水效果保障良好，但是裕洲泵站方面则略有不足，方案二则相反，在裕洲泵站供水保障方面表现良好，考虑到坦洲水厂的重要地位，因此方案三的供水保障总体效果要略优于方案二；方案一则效果最差，两个水厂皆不能完全保障。依照本次各方案模拟结果的优劣进行选择，中珠联围地区抢淡蓄淡调度方案优劣的排序为方案四>方案三>方案二>方案一，因此综合选取方案四作为抢淡蓄淡的优选方案。
[0249] (2)水库调咸
[0250] 对于优选的方案四，当外江潮水进入持续高盐度的12月份，单单依靠闸泵调度难以保障供水需求。为此引入铁炉山水库调咸，在调试水库放水过程后，当其持续在12月1日-12月7日之间连续放水(见附图7)，恰好能够满足坦洲水厂与裕洲泵站的取水需求：在闸门调度作用下，初始阶段外江水体通过闸门涌入内河涌，促使内河涌水位迅速抬高，相应含氯度变化也呈现显著的上升趋势，但由于铁炉山水库的淡水调节作用，有效保证了坦洲水厂断面的含氯度达标要求(见图8)；之后在泵站的持续抽水作用下河涌内的水位逐渐降低，整个过程中一直处于最低取水水位限度之上(见图9)，保障了泵站的稳定运行。整体来讲，在铁炉山水库调咸作用下，结合抢淡蓄淡阶段优选的方案四，解决了外江含氯度持续超标期间的供水问题，充分保障了地区的饮用水安全。
[0251] 由以上可见，针对珠江三角洲受咸潮影响水网区的外江径流和咸潮特征，选择中珠联围作为典型研究区，构建基于水闸-河涌-水库-泵站联调的抢淡蓄淡应急供水调度模型是合理可行的。实施例提出了抢淡蓄淡应急供水优化调度技术，通过水闸抢淡、河涌蓄淡、水库调咸、泵站供淡等调度技术，充分发挥联围内河涌的有效涌容和水利工程的调度功能，增强区域的供水能力，保障社会经济的健康发展。
[0252] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
