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 水利部水质 监督检验测试中心 |
 院电力环境影响 评价与研究中心 |
【报告名称】 郑东新区龙湖水系水环境保护水体流动优化数值模拟研究
【任务来源】 水利部黄河水利委员会勘测规划设计研究院
【项目负责】 李振海
【报告编号】 WQ-2003-5-3
【报告审查】 廖文根
【审查日期】 2003年7月23日
【报告关键词 龙湖 流场 水体置换率 水质 富营养化
【报告摘要】
郑州市城市规划重要建设项目—郑东新区采用日本著名建筑设计大师黑川纪章提出的“郑东新区总体发展概念规划”设计方案，提出城市建设“以人为本”的思想理念，从人与自然和谐共处、生态环境与经济生活协调持续发展的角度，提出了建设“龙湖水系”人工景观，把现有养鱼塘改造成为人工湖，取名为龙湖，面积与杭州西湖大小相当，通过运河将龙湖与新区的CBD（中心商务区）中心连接起来。龙湖水系作为郑东新区概念规划的点晴之笔，龙湖大面积水面的形成及诸运河网络的连接，与湖周建筑物及中心CBD建筑物相互辉映，将使未来的郑州以崭新的姿态呈现在人们眼前。而龙湖水系的水环境保护就成为龙湖水系规划设计中的重要内容，龙湖和运河在实际应用中，要满足景观用水和行船用水的需要，始终维持一定的水面水位，同时又要为城市防洪服务，不能增加城市的防洪压力，在满足上述要求的同时，必须保护好龙湖的水体水质，避免出现水质恶化、水体富营养化等水环境问题。
为实现保护龙湖水环境的目标，在龙湖水系专项规划设计中提出了多种水环境保护措施，其中利用水源地供水，不断利用补充的相对干净水源替换龙湖水系中的原有旧水，实现龙湖水系的水体有效循环流动，基本保证龙湖水系的有序流动性，是保护龙湖水系水环境的关键设计思路。如何利用水体的流动性，将水中污染物质有效稀释，并随水流有效地流出敏感区域（龙湖）是此次工作的重点研究问题。
在此次的研究任务中，暂不涉及水源地工程，不考虑龙湖自身的防洪问题。主要分析不同引排水布置工况和黄河引水方案下的龙湖水系流动特性，选择能够维持最佳水流循环运动、实现龙湖水体高效置换的合理、经济引水方案。并模拟预测污染物质在龙湖水系中的分布特征，同时对可能存在的龙湖富营养化问题进行初步分析。最终对龙湖水系的水体运行提出合理性建议，为龙湖水系规划可研报告提供辅助技术支持。
受规划水体的资料短缺限制，为了数值模拟水体交换现象，并便于工程设计部门理解，引入“置换率”的概念，通过水体置换率分析新旧水体的交换过程，并在置换率基础上对龙湖水系水质变化进行预测分析。
利用外部引水对龙湖水系进行换水，龙湖的水体置换过程主要是由水流特性决定的，通过合理的布置引、排水口工程以及外部可供水量的合理引水过程，按照水体置换率最高的基本原则来进行工程方案的优选。龙湖水系水流的调度运行影响中，对比分析了采用水位和流量两种控制方式下的水流特性和水体置换效果，提出采用水位控制作为龙湖水系泄水出口处的运用方式。引水口工程布置方案中主要对比分析了引黄水源地的最大供水能力、龙湖引黄进水口位置、龙湖进水口水量分配比例的不同对龙湖水系水流特性以及水体置换率的影响，并提出了推荐的引水口工程布置方案。在设计外部引水过程方案中，月水量的分配比例依据龙湖水系专项规划报告中给出的方案，对月内水量分配提出以最大引水流量进行引水的天、周和2周运行方案。根据对3种的引水过程方案下的水流运动数值模拟，初步分析是2周运行方案要稍好些，水体置换量稍大些，水质分布的均匀性强，可避免局部区域出现污染物浓度过高的情况。推荐采用2周运行方案进行龙湖水系的外部引水过程调度。
此次研究中，对风因素对水体流动和水体置换的影响进行了研究分析，对不同风向和风速作用下的水流运动进行数值模拟计算，分析风向和风速的不同引起的水体特性变化规律。同时，对闸门调度对改变水流运动的效果进行了初步分析，也对龙湖富营养化变化趋势进行了简单预测分析，并提出了控制龙湖富营养化的各种措施。
龙湖水系的水质保护与龙湖水系的水体运行方式密切相关，龙湖水系水体运行方案包括有引排水工程布置、外部引水过程调度和闸门控制调度等内容。根据水流、水质模拟预测结果分析，初步推荐龙湖水系引、排水口布置优选方案以及采用2周运行方案进行龙湖水系的外部引水过程调度。7个控制闸门的优化调度将在以后工作中继续研究。龙湖水系将来的实际运行调度中，具体水体的运行方式可根据实际情况适时改变和进行人为调控，以保护龙湖水系的水质为最终目标来进行龙湖水系的运行调度。