1　研究背景

潮汐河网区的海陆相互作用频繁,城镇化程度较高,人口密度大。随着社会经济的快速发展,入河排污量加大,截污和污水处理措施的建设步伐跟不上污染物的排放速度,导致入河污染物总量接近或超过水功能区的纳污能力,河流污染严重[1]。潮汐河网区的水流随潮汐涨落而变化,表现出往复流的特征,污染物在河网区内来回游荡,在自然条件下难以有效净化。同时,为了保障主干河道的水量水质状况,河网区内修筑了大量水闸、泵站,阻隔了水体交换,在一定程度上影响了水体的水质迁移转化过程。此外,潮汐河网区主干河涌大多为跨行政区河流或边界河流,各行政区的水资源管理各自为政,缺乏流域层面和上一级行政层面的统一管理,导致河涌上下游、左右岸竞争性用水问题突出。

从20世纪80年代开始,我国已开展多项与水环境调度相关的研究与实践工作。闸控潮汐河网区水环境调度策略可在保证防洪排涝安全、满足正常供水灌溉和航运需求的前提下,充分利用外江潮汐动力和清水资源,通过水闸、泵站等水利工程设施的调度,改变或控制水流流向和流量,使河网内主要河涌水体定向有序流动,加快水体循环,促使污染物有效降解、扩散和输移,从而改善河涌水质[2]。1996年,徐贵泉等[3]在针对感潮河网的研究过程中构建了统一水量水质模式——Hwqnow模型,将其应用于上海浦东新区水环境调度中,并制定了有效的调水方案;2003年，徐祖信等[4]借助河网汊点连续方程以及一维Saint-Venant方程组进行了河网水动力学模型的构建,并基于感潮河网的水动力水质特征,通过水质过程方程以及一维对流扩散方程建立了河网水质模型[5];2014年,江涛等[6]在已建立的西、北江三角洲潮汐河网水量水质数学模型的基础上,以COD为污染物代表,模拟分析了枯水期沙口、石啃闸泵站联合调度引水情景下佛山水道的水质改善效果。现阶段,对河网水动力及水质模型的研究已经较为完善,以此为基础开展了大量实际课题研究。潮汐河网区内的水系，涉及众多具有水力联系的河道与水闸,由于受水闸调度控制,具有相对独立性和完整性；同时又受外江径流和潮汐作用影响,是个复杂的水资源调度系统。但现有的研究大多以单一河流和平原河流水系为研究范围,对潮汐河网区的水环境调度缺乏系统研究。且河流水系主干河道大多为边界河流或跨行政区河流,现有的研究主要以单一行政区为研究区域,调度方案的设置也较少从现实管理角度出发，统筹区域与流域的调度需求。鉴于此,本文针对闸控潮汐河网区的水系条件和水动力特征,立足现实管理需求,研究构建闸控潮汐河网区水环境调度模型,选择珠江三角洲“中珠联围”为研究区开展实证研究,为潮汐河网区水环境改善工作提供借鉴和技术支撑。

选取水解度及ABTS自由基清除能力最大的乳酸菌与嗜热链球菌和瑞士乳杆菌以4%的接种量按（1∶1∶1；1∶2∶1；1∶1∶2；2∶1∶1；1∶1∶3））5种配比进行复配，接种发酵后取上清液测定水解度及ABTS自由基清除能力，确定山羊发酵菌种的最佳配比。

2　水环境调度模型

2.1　模型结构

闸控潮汐河网区改善水环境调度模型由潮汐河网区一维水动力模型、河网一维水质模型以及水闸调控模拟模型3个模块构成。其中:河网区一维水动力模型用于模拟典型河网区河涌各断面处的水位、流速等水动力要素;河网一维水质模型以水动力模型为基础,计算分析联围内河涌各断面处的污染物浓度变化过程;水闸调控模拟模型主要模拟在一定调度方案下的外江水闸、河网区内节制闸对水流的调控过程,从而控制内河涌污染物的运动。

2.1.1　一维水动力模型

采用一维圣维南方程组建立研究区域的一维水动力模型,其中包括连续方程(质量守恒定律)和动量方程(牛顿第二定律)[7]。统一规定,流量流入为正、流出为负。

城市扩展强度：城市扩展强度指数表示单位时间内土地面积变化的幅度，用来比较不同时期城市扩展的强弱和快慢，是反映城市扩张空间变化的一个重要指标。通过分析城市扩展强度指数可定量地比较城市扩张的程度及速度。其计算公式如下：

连续方程：

 

(1)

动量方程：

 

(2)

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;q为旁侧入流;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;x、t为距离和时间的坐标。

(1)基于词向量与深度学习的语义相似度计算模型的优点是考虑到了文本中语义语法等信息，具有准确率较高、泛化能力较强的特点，并省去了大量的人工提取特征的工作。

2.1.2　一维水质模型

采用一维对流扩散方程建立研究区域的一维水质模型：

 

(3)

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;Sc为与输运物质浓度有关的衰减项；S为河道外部的源汇项,即单位河长、单位时间内污染源污染物的流入量或流出量。

2.1.3　水闸调控模拟模型

本例中，中国法官所说的最后“陈述”是一个具有文化特性的词，译员为了消除被告的理解障碍，在口译时增加了必要的信息：“如果你对判决有任何要求和希望，你可以向法庭提出要求和希望。”在许多情况下，当译员一时难以找到对应词时，可以直接通过解释来调解。比如，翻译一个地名时，译员可以在保留原来的发音时，解释说“这是一个地方的名称”。这样的调解策略有利于保证各方沟通的流畅而不影响庭审的节奏。

3)水文、水质内边界条件。选取降雨量、取用水口及排污口的流量数据作为模型的水文内边界条件,其相应的污染物浓度作为水质内边界条件。

此处,使用闸孔出流公式来计算过闸流量[8]。

 

(4)

式中:Q为过闸流量;ε为侧收缩系数;σs为淹没系数;μ为流量系数;b为闸门宽度;e为闸门开度为全水头;H为闸门上游水深;v0为行近流速;a0为动能修正系数。

2.2　调度目标

潮汐河网区水环境调度是在满足河网区防洪、排涝以及各河涌控制水位及用水安全的前提下,以使河网区水流形成单向有序的流动,降低内河涌各控制断面的污染物浓度,改善水环境质量为目的的。模型的目标函数为：水体更新速度最快及污染物平均浓度最低。

以病理学诊断为金标准，CT诊断侵袭性胸腺瘤的灵敏度为95.0%、特异度为91.3%、阳性预测值为90.5%和阴性预测值为95.5%。见表1。

此处使用换水率对水体更新速度进行评价。假设内河网区的水体浓度为1,而外江相对干净的水体浓度为0。换水率是河网区水体被外江水体所置换的比率[9],采用下式计算:

 

(5)

式中:r为河涌名称;l为河涌特定的位置里程标识;t0为初始时刻;t为计算时刻。

借鉴污染物等标排放量的概念,可以确定河网区污染物加权平均等标排放浓度。考虑资料数据的获取条件,选取COD及氨氮作为污染物指标,污染物平均浓度采用下式进行计算:

 

(6)

式中:Vi为第i条河段的水体容积;Ci为第i条河段的污染物浓度。

2.3　约束条件

受河网区联围内河道水位条件、外江潮位、河道断面、堤岸建设情况及水闸运行条件限制,确定约束条件，主要包括：河网区联围内河道水位约束、外江水质约束、过闸设计流量约束、闸门开启方式约束。

2.4　定解条件

“中珠联围”位于珠江三角洲中山市南部和珠海市东区西北部,涉及中山、珠海两市的7个镇(街),总集雨面积为338.04 km2;联围属珠江三角洲冲积平原,地势自北向南倾斜,北部和东北部分别是五桂山和南凤凰山脉,西部是磨刀门水道,南部是洪湾水道,东南部是湾仔水道;联围内水系发达,河涌纵横交错,宽度超过15 m的河涌共有40条;联围内大小水闸共20座,其中联围干堤就有7座水闸。前山水道是中珠联围的主干河涌,涉及中山、珠海和澳门3个行政区,起自磨刀门水道左岸处联石湾水闸,终至前山水道下游的石角咀水闸,下接澳门濠江,河涌全长21 km;前山水道下游贯穿珠海市主城区,其水环境直接影响着珠海城区的市容,是珠海市的母亲河。

这里所谓的综合性人才，是指跨境电商从业人员既要具备电子商务的基础知识、了解网络营销的要求，也要懂得跨境物流和传统外贸运输的差异、掌握对外贸易的技能和规则。

1)初始水位的确定。根据选定计算时期的实测水文数据,对各个监测断面的水位数据进行赋值,缺少实际测量数据的断面水位可通过插值得到。

结果表明，经过真空低温烹饪的鸡翅剪切力明显低于直接烧烤组，且SV 70+Roast组烹饪的鸡翅剪切力最小，即嫩度好，口感好，这与水分测试结果和感官评价结果一致。

2)初始流量的确定。河网区的实测流量数据较难获得。在河网区内有众多水利工程设施的条件下,如果没有发生水量交换,其流量可认为等于0.0 m3/s。在模型中,一般给一个略大于0.0 m3/s的初始流量,使模型尽快收敛。本文给定全局流量值为0.1 m3/s。

3)初始水质状况的确定。河网区的水质状况要根据研究区域的实地调查情况或实际监测的污染物浓度确定,缺乏实测数据的河段可根据河段上下游连接处的实测断面污染物浓度确定,或者根据河网区整体水质状况取值。

2.4.2　边界条件

1)水文外边界条件。一般地,潮汐河网区的边界条件通常以流量过程作为上游边界条件、以潮位过程作为下游边界条件,若有降雨产生,则将河网区自身产水作为净雨输入。在潮汐河网区的水量水质调控模型计算时,由于研究区的河道均为感潮往复流,主要受潮汐作用,故上、下边界条件可根据实际情况均设为水位过程。

3.4.1　方案比选

3.顶岗实习时间安排得当。在三月到一年的实习期间，学生较容易出现岗位厌倦期，学校与实习指导老师应当及时引导学生度过岗位厌倦期，引导学生规划自己的职业生涯，从而调动学生的工作积极性。

从此以后，上鲍老师的课，我每次都会提前30分钟来到教室。有一次，她的一位研究生迟到了20分钟，这时鲍老师突然停下来，对同学们说道：“各位同学，这位是我们北大的保安，工作任务很重，但他每周都能坚持上我的课，他比你们要积极得多，你们可要向他学习啊。”

总的来说，为了能改变当前的体育与健康教育的尴尬现状，提高学生在体育活动中主动参与的积极性，增强初中生的身体素质，学校老师需要将体育与健康教学模式和思路进行不断地探索与创新，从而为学生的健康成长创造良好的教学环境。

2.5　模型求解

对于水动力模块,模型采用Preissmann四点隐式差分格式离散圣维南方程组,并采用追赶法对方程式进行求解。该法具有较高的稳定性,且对原始数据的要求比较宽松,并不需很小的空间步长与时间步长。对于水质模块,可根据潮汐河流流向顺、逆不定的特点递推出河道方程；然后，利用河道方程、边界条件、节点连接条件形成节点方程,解得节点水质后,将其回代到河道方程中进而求得各断面的浓度值。基于以上求解思路,本次研究借助MIKE11数值模型进行模拟运算。

3　实例研究

2.4.1　初始条件

“中珠联围”河网密布、水闸众多,联围内河涌水位、流量受外江磨刀门水道影响,随外江潮汐涨落呈现不规则变化,为典型的闸控潮汐河网区,水动力条件复杂。污染物进入联围内河涌后,在河涌中来回游荡,无法及时排出；另外，河涌水体自身净化能力有限,导致水环境恶化。联围内中山和珠海的调度需求不一致,中山以防洪排涝为主,珠海以改善水环境为主,两个行政区在水闸调度方面各自为政,尚未形成统一的调度管理机制,使得前山水道上、下游调度矛盾较突出。

在模型中,水闸通常作为流量点处理,其流量是根据相邻水位点的水位关系采用流量公式计算确定的。水闸在进行调度时,将其上、下游的水位差作为控制参数：闸外水位高于闸内水位时开闸引水,并在河涌内水位控制点达到高位控制水位时关闸；闸外水位低于闸内水位时开闸排水,并在河涌内水位控制点达到低位控制水位或内、外水位齐平时关闸。

3.1　研究区概化

将2016年5月7日至5月8日污染物指标中COD和氨氮的实测数据与水质模型的计算数据进行比较,并对水质模型的参数进行验证。此处选取有实测数据的3个监测断面进行参数验证,分别是前山河观景台断面、沙心涌尾断面和鹅咀涌首断面,比较结果见表1。

  

图1　模型研究区

研究区域涵盖围内主要河涌40条,设置断面共计762处,水闸17座。模型概化如图2所示。

利用道路卡口数据进行车牌识别，使得对单个车辆轨迹的出行链进行识别，对个体规律进行跟踪和预测分析. 道路卡口车牌识别获取的数据字段包括抓拍时间、车牌号码、车牌颜色、抓拍路段和方向等信息. 主要利用卡口捕获和记录过往车辆的号牌，通过对车牌号、时间、路段等信息继进行空间、时间以及车辆的三维匹配，精确定位车辆的车身属性、时间分布、空间分布、出行轨迹等信息，为交通运营管理提供精细化的数据支持.

  

图2　模型概化

3.2　模型率定与验证

选取2016年5月7日8:00至5月10日7:30历时3 d调度过程的实测水位数据对模型进行率定,得到“中珠联围”内河涌综合粗糙系数在0.02～0.03范围内,率定的水位情况如图3所示;将率定结果用于对2013年12月3日8:00至12月5日23:00时段的水位进行验证,验证的水位情况如图4所示。将模型计算结果和实测水位数据进行对比可知：本次率定中，安阜、坦洲站的最大水位差分别为0.100、0.098 m,均满足规范要求;在验证期，安阜、坦洲站的最大水位差分别为0.100、0.097 m,也均满足规范要求。可见，本次率定的水动力模型参数可被较好地运用于中珠联围水动力模拟计算中。

该方法主要是对碗扣式模板支架半刚性连接。在采用有限元程序对碗扣式模型进行分析时，由于碗扣式节点接头不属于刚接，也不属于铰接，属于两者之间的“半铰”状态，为了模拟这种接头，折减刚度法是通过碗口节点的简化模型和实体模型的拟合，得到了碗扣式模板支架半刚性连接的一种简易模型，即通过将横杆刚度进行折减的方式来模拟接头的有限抗转刚度和横杆的抗弯刚度对立杆轴向变形的约束作用[2]。

水质模型的衰减系数可根据对已有成果的综合分析确定。调度模型中COD的衰减系数取为0.10 L/d,氨氮的衰减系数取为0.05 L/d。

  

图3　一维水动力模型的率定

  

图4　一维水动力模型的验证

模型研究区的最北端起于茅湾涌入坦洲镇境处,南部以与澳门内港相连的石角咀水闸为界,西边界是磨刀门水道左岸马角水闸至洪湾水闸,东边界为东灌河,如图1所示。

由表1可知，从污染物浓度的整体变化趋势来看,模型模拟计算结果和实测值的吻合程度较好。可见本次选取的水质模型参数可被较好地运用于“中珠联围”的水质模拟计算中。

 

表1　水质模型计算值与实测值比较

  

监测断面污染物计算值/(mg/L)实测值/(mg/L)相对误差/%前山河COD23．7233．2328．62观景台氨氮1．711．9010．00蜘洲涌与沙心COD28．6123．3218．49涌交汇处氨氮1．731．5114．57前山河与鹅咀COD23．1227．8016．83涌交汇处氨氮1．541．9219．79

3.3　调度方案设置

本次研究统筹考虑中山和珠海的调度需求,对“中珠联围”各水闸实行统一调度。以“中珠联围”水环境整体改善为目标,重点关注前山水道下游的水环境改善,通过合理调度水闸,形成“西北进、东南出”的水流格局。根据“中珠联围”水动力条件及水闸引、排水条件,设置3个调度方案进行模拟研究。引水闸的引水条件为：当外江水位高于内河水位、水闸具有引水条件时开闸引水,各河涌接近控制水位时关闸。排水闸的排水条件为：当外江水位低于内河水位、水闸具有排水条件时开闸排水,当内江水位与外江水位持平或外江水位高于内江水位时关闸。调度方案设置情况见表2。

 

表2　调度方案设置表

  

水闸名称方案一方案二方案三马角水闸引水闸引水闸引水闸联石湾水闸引水闸引水闸引水闸灯笼水闸引水闸引水闸引水闸大涌口水闸引/排水闸引水闸引水闸广昌水闸排水闸排水闸引水闸洪湾水闸排水闸排水闸排水闸石角咀水闸排水闸排水闸排水闸

3.4　调度效果分析

2)水质外边界条件。将研究时段的河网区外江水质作为模型的水质外边界条件。

联围内水体更新周期较长,采用2015年4月6日至2015年4月10日的外江潮位作为外边界水文条件进行计算。根据联围闸群调度经验,一般以两个半日潮作为一个调度周期,采用2015年4月6日8:00至2015年4月7日8:00的外江潮位过程对COD及氨氮的平均浓度变化情况进行模拟。内河网各河涌水质根据收集的实际水环境资料确定,磨刀门水道水质根据《中山市水资源公报》,按地表Ⅱ类水取值:COD取15 mg/L,氨氮取0.5 mg/L。

3个不同调度方案的模拟计算结果见表3。由表3可知,在加快水体更新速率指标上,方案三为最佳方案；而在污染物平均浓度最低指标上,方案二为最佳方案。方案三对比方案二,增加了广昌水闸进水这一条件,但模型模拟结果表明,广昌水闸开闸进水后,对联围内水环境的改善效果有限,仅对广昌涌的水环境有所改善;且广昌水闸原为排水闸,若调整为进水闸,则必须对广昌水闸进行工程改造,对闸内底板和河道进行消能防冲处理,并在闸外设置拦污栅,防止外江垃圾进入广昌涌。综合考虑,选取方案二作为推荐方案。

 

表3　改善水环境调度模拟计算结果

  

调度方案水体更新较自然状态加快的速率/%COD平均浓度/(mg/L)氨氮平均浓度/(mg/L)方案一19．0923．901．59方案二36．6221．221．41方案三37．0921．391．43

3.4.2　联围污染物浓度分布

根据对模拟时段末COD和氨氮浓度计算结果的分析可知,COD和氨氮在联围内的分布情况基本一致,因此重点分析模拟时段末COD的浓度分布情况,结果如图5所示。在“中珠联围”内,大涌口水闸的启闭对联围内水动力和水环境状况的影响较为明显。在改变大涌口水闸的调度规则为只进水、不排水后,联围内形成了相对稳定的单向流,大部分河涌的水体更新速度加快,污染物平均浓度降低。而广昌水闸由于受到广昌涌控制水位及水动力条件的影响,进水效果不明显,无法有效地改善联围内的水环境条件。

  

图5　模拟时段末COD浓度分布情况

3.4.3　关键断面的污染物浓度变化过程

在前山水道选取前山河观景台、蜘洲涌与沙心涌交汇处、前山河与鹅咀涌交汇处共3个关键断面,分析在推荐方案(方案二)下,一个调度周期内污染物浓度的变化情况,同时选择COD作为代表污染物进行分析。

后期,将进一步优化路由,并扩展路由协议,使其满足更多的路由指标,如可靠、吞吐量。这是后期研究工作的重点。

3个断面的COD浓度变化过程如图6所示。由图6可知：前山河观景台、前山河与鹅咀涌交汇处两个断面的COD浓度呈持续下降趋势,说明水环境调度效果较好;而蜘洲涌与沙心涌交汇处断面的COD浓度在第一次涨潮进水期间下降明显,在随后的调度时间内,由于排水闸的关闭,受到往复流的影响,导致COD浓度呈波动状变化,且未再有明显下降的趋势。

  

图6　关键断面的COD浓度变化过程

3.4.4　鹅咀涌建闸工况下联围污染物的浓度分析

“中珠联围”东北部区域远离联围干堤水闸,水动力条件较差,且要承接来自茅湾涌、东灌河排下来的污水,又受到自身区域的排污影响,导致该区域的水环境调度效果不佳。在统一调度的前提下,按照推荐方案(方案二)中设置的外江水闸调度规则,以改善联围东北部区域的局部水环境为目标,研究提出了在鹅咀涌与前山水道交汇处设置节制闸的工程改善措施。采用2015年4月6日17:00至2015年4月7日7:00的外江潮位过程对COD及氨氮的平均浓度变化情况进行模拟。

对比分析鹅咀涌不建闸和鹅咀涌建闸两种工况在2015年4月6日17:00及4月7日7:00两个时刻的联围污染物浓度状况,由于氨氮和COD的浓度变化趋势基本一致,本文重点分析COD浓度的分布情况,计算结果如图7所示。鹅咀涌建闸工况下“中珠联围”东北部区域的同胜涌、十围涌、涌头涌、十四村涌及十四村新开河水体的的污染物浓度较鹅咀涌不建闸工况下降明显;同时,污染物积聚在鹅咀涌设置的节制闸之后,再次排出后会对前山水道下游的水质造成短时的污染,但由于前山水道下游在落潮期水动力条件较好,污染物可以迅速随着水流从石角咀水闸排出,因此对前山水道下游的水环境影响较小。

  

图7　不同方案下两时刻的COD浓度分布情况

4　结语

1)本文针对闸控潮汐河网区水动力和水环境特征,建立了闸控潮汐河网区水环境调度模型,模型由潮汐河网区一维水动力模型、河网一维水质模型和水闸调控模拟模型3个模型构成。利用所建模型,以珠江三角洲“中珠联围”作为研究区,设定了3个调度方案进行模拟计算,并分析了各方案的调度效果。“中珠联围”实证研究表明,该模型可以为闸控潮汐河网区的水环境调度方案的制定提供有效的技术支撑。

2)统筹考虑中山和珠海的调度需求,实施“中珠联围”统一调度,通过马角水闸、联石湾水闸、灯笼山水闸和大涌口水闸进水,石角咀水闸、广昌水闸和洪湾水闸排水,形成“西北进、东南出”的水流格局和相对稳定的单向流,可以使联围内绝大部分河涌的水体更新速度加快,污染物平均浓度降低,有效地改善前山水道水环境。在鹅咀涌与前山水道交汇处设置节制闸,可以有效地改善联围东北部区域的局部水环境。

3)闸控潮汐河网区水污染问题是常年性问题,而非季节性问题,丰水期、平水期和枯水期都存在水环境调度需求。本文研究仅针对平水期进行了水环境调度模拟研究,未来需要针对不同时期的水文条件和调度需求,开展全时期精细化调度研究。现有调度方案不能很好地改善沙心涌等往复流河段的水环境,对于此方面今后的调度模型和调度方案应进一步地完善。此外,还应加强闸控潮汐河网区水环境调度机理和原型调度试验等方面的研究。

参　考　文　献

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