利用青草沙水库洪季换排水改善长兴岛水系水质初探

谢东

摘 要：青草沙水库的建设改变了长兴岛原有引调水的格局，从长兴岛北侧引青草沙水库洪季换排水，不仅能够对全岛的水动力起到补偿作用，在加大长兴岛西部水系水动力的同时，可改善长兴岛水系水质；而且增加了青草沙水库排水口门宽度，换排水期间可加速青草沙水库的水体流动，增强水动力，有利于提高青草沙水库水体的自净能力。

关键词：青草沙 水库 长兴岛 引水 改善水质

中图分类号：TV87 文献标识码：A

上海市长兴岛位于长江口，是仅次于崇明岛的上海第二大岛，四面临江，有着优越的地理条件和独特的气候环境。青草沙水库建成后，封堵了长兴岛西北侧和大部分北侧的引、排水口门，改变了长兴岛的水资源调度方式，全岛水动力减弱，不利于水质的保持。考虑到青草沙水库水质良好、含沙量小，在水库需要排水或定期换水时，若能够合理调引其下泄水体，则能够对全岛的水动力起到补偿作用，在加大长兴岛西部水系水动力的同时，可改善长兴岛水系水质。

1.青草沙水库及长兴岛水系概况

青草沙水库位于长江口南支下段南北港分流口水域，南靠上海崇明区长兴岛，由青草沙库区和中央沙库区两部分组成，其功能是蓄淡避咸、蓄清避污。库区总面积66.26km2，有效库容4.82亿m3，规模为目前国内外同类之最。其取水泵站规模200m3/s；下游排水闸净宽20m，是水库唯一的排水口门。

长兴岛由东南向西北呈带状形态，东西长约31k m，南北宽仅2～4km，岛域总面积约93.31km2。根据统计数据，全岛均匀分布乡镇级河道约138条，村沟宅河约422条。青草沙水库建设前，岛内水资源调度方式为西南引，东北排；受青草沙水库建设的影响，靠青草沙水库侧长兴岛大堤上的泵站、涵闸等水利工程被封堵或废弃，岛内的水系也进行了重新梳理和规划，东西向为规划贯穿的骨干河道，目前水资源调度方案为：引长江口水体，西南引东排。

2.引青草沙水库换排水的必要性分析

（1）补偿长兴岛北沿引水口门的需要。青草沙水库建设前，长兴岛可通过其西侧、西北侧和北侧的口门引水，引入的水体能够较为均匀地流经全岛；青草沙水库建成后，封堵了长兴岛西北侧和大部分北侧的引、排水口门，打乱了长兴岛原有的引排水线路，长兴岛北沿受影响线路长度达到12km，仅余西侧水闸和北侧前卫水闸引水，引水动力减弱。如能在青草沙水库南侧大堤处设置引水口门，在青草沙水库需要排水或定期换水时，利用其外排水体，可加大长兴岛西部水体水动力，从而在一定程度上弥补青草沙水库建设对长兴岛北沿水系的影响。

（2）增加青草沙水库排水口门宽度的需要。青草沙水库库容大，根据运行情况，夏季温度高时，水库水质变化较快，水库在不换水的情况下保持较好水质的时间约为7天。青草沙水库排水主要依靠位于水库东北端的排水闸排水（净宽20m，排水控制流量约为155m3/s），在长江口潮位低于水库内水位时排水，每天可排水时间约为10～12h；同时，青草沙水库日输水量约为719万m3。根据青草沙水库2.00～4.00m的库容和排、输水流量，从4.00m排水至2.00m需8.3天，加上引水时间3.5天，总换排水时间为11.8天，超出了维持水质较好时间4.8天。因此，引水工程的实施不仅有助于加快非汛期青草沙水库的换排水速度，有利于青草沙水库维持较好水质；同时，引水工程可加速青草沙水库的水体流动，增强水动力，从而有利于提高青草沙水库水体的自净能力。

（3）长兴岛水资源调度的需要。长兴岛水资源调度方案为：引长江口水体，主要为西南引东北排。此方案优点是引水水源水质好、水量大；缺点是长江口含沙量较大，容易淤积河道。而青草沙水库水质更好，泥沙含量少，利用其洪季换排水对长兴岛水体进行置换，对进一步改善岛内河网水质具有重要意义，是引长江口水体非常有益的补充。

3.引水方案及效果分析

3.1 引水口门位置及规模初拟

为引青草沙水库换排水，进一步改善长兴岛水系水质，通过水力数学模型计算，初拟了两处引水口门位置：长兴岛西北端和长兴岛北沿中部附近。

引水口门规模可按调水2天置换全岛水系的水体计算，并按照引水出口段河道水位不超过最高控制水位2.70m、断面平均流速小于不冲流速0.6m/s双重控制，试算引水流量Q，两处引水口门宽度拟定为8m、泵站40m3/s，同時实施，共同引清调水。

3.2 引水调度方案

根据青草沙水库的运行调度方式，咸潮期水库不排水，非咸潮期频繁换排水，则长兴岛水系仅在非咸潮期待机从库内引水。引水时，若水库水位高于长兴岛河道水位时，则通过水闸自流引水；当水库水位低于长兴岛河道水位时，则通过泵站引水。

3.3 引水效果分析

青草沙水库引水局限于青草沙水库换排水时段，在水动力模型计算结果的基础上，进行水质数学模型计算。在引调长江水前，长兴岛水系平均水质劣于地表水Ⅳ类标准，不符合旅游景观岛的水环境指标，见图3；在洪季引调长江水1天后，水质能够达到地表水Ⅳ类标准，符合旅游景观岛的水环境指标。青草沙水库水体水质为地表水Ⅰ～Ⅱ类标准，调水1天后长兴岛水系水质能达到地表水Ⅲ～Ⅳ类标准；调水2天后的水质基本能达到地表水Ⅲ类标准，符合水源生态岛的水环境指标，见图4。

由此可以看出，在引调长江水的基础上，再引调青草沙水库水，长兴岛水系水质得到了进一步的改善，达到了水源生态岛的水环境指标。加大流速和增加引排水频次可以缩短水质点在青草沙水库内的停留时间，增强水体的自净能力，从而保证青草沙水库的良好水质。

4.存在的问题及注意事项

在引水过程中，应采取工程措施保证青草沙水库内的水体只出不进，防止外部水体进入青草沙水库对库内水质造成影响。工程运行受青草沙水库与长兴岛河道管理部门双重控制，只有得到双方共同许可，才能开闸引水，建议设置两套控制系统，确保水库供水安全。为减小工程实施对青草沙大堤及供水的影响，引水工程建议采用内退式布置，以现有围堤作为施工围堰，主体结构施工将在长兴岛侧进行。

5.结语

利用青草沙水库洪季换排水对长兴岛水体进行置换，对进一步改善岛内河网水质具有重要意义，可在一定程度上弥补青草沙水库建设对长兴岛北沿水系的影响。同时，青草沙水库将增加两处排水口门，能有效带动库内水体流动，并缩短了水库换排水的周期，有利于库内水体的水质保持和改善。

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