平原城市河网动力调控水环境提升技术

任务来源：

技术领域：水环境与水生态

技术来源：国家计划，省部计划，自主研发。发明名称：一种用于预测河道水体透明度的原位清水置换方法（ZL201710304996.9）；发明名称：一种平原河网地区河道水量建模调控方法（ZL201710131699.9）。

技术原理

城市河网水环境提升理论以“控源截污、河道整治、水系连通、动力调控、强化净化、生态修复、长效管理”相关措施及相互关联的时序支撑关系为研究对象。重点围绕流域、区域、城市水系空间格局，兼顾防洪排涝，统筹规划，因地制宜，成片治理，一城一策。合理利用优质水资源与相关水利工程，以水文-水动力-水质精细化数学模型为驱动，通过水利工程合理布控与调度优化，提高水环境承载能力。利用物联感知的水文-水动力参数、水质指标、视频等监控网络，基于大数据、云平台、远程工控技术，形成城市河网防洪排涝与水环境治理联控联调的模型云服务平台，构建城区河网活水畅流和水环境提升的良性循环系统，实现人与自然和谐共生。

技术特色

（1）首创城市河网水环境提升理论与成套技术体系。确定了动力调控阈值，揭示了水动力与水质响应关系，形成了以水系连通、水动力调控为核心的治理理论与技术体系。（2）污染源解析与动态调控技术，揭示了城市产流产污时空变化规律，量化入河负荷来源与分布，便于动态调控。（3）河道分级建模，双向嵌套，适应流域-区域-城镇不同空间尺度，扩展透明度指标模拟功能。（4）利用物联网与云平台技术，构建了基于数学模型-决策系统-信息化工程数据智能互馈技术的联控联调平台。

技术指标

（1）多尺度城市河网水文-水动力-水质耦合嵌套模型。模型精度：太湖区模型达到4级构模精度，城市活水模型达到6级；计算误差：河网水位（H）、流速（V）、流量（Q）模拟精度平均相对误差小于5%，水位绝对误差小于2cm；水质参数透明度平均相对误差在10%以内。（2）联控联调系统对城市河网水动力、水质指标预见期可达3d；预报甲等水平；水位调控精度达到厘米级。（3）平原河网区人工造成水位差超过20cm；河网水体流动性提高10%以上，流速大于0.1m/s的河道占比高于50%，不考虑断头浜条件下，实现100%全城活水；城区水质指标提高一个等级以上。

应用范围及前景

适用于平原城市河网动力调控水环境提升工程。该技术成功应用于上海、江苏等省市水环境治理实践，对于珠三角、京津冀等平原地区水环境改善也有参考价值。该成果被上海、江苏等省市的行业主管部门应用。成功解决了杭州G20核心区、中国国际进口博览会区域等城市水环境治理难题，城市河网水质由劣Ⅴ类提升到Ⅲ～Ⅳ类，部分区域水体透明度提升至1m以上，并在全国多个城市成功推广应用，取得显著的社会经济和生态环境效益，有力支撑了水生态文明建设及政府决策。获2019年度国家科学技术进步二等奖“长三角地区城市河网水环境提升技术与应用”，2018年度大禹水利科学技术特等奖“城市河网水环境提升理论技术创新与应用”。典型应用案例：案例1：苏州市水利局项目。2013年至今，整体技术体系应用于苏州古城区（面积14k㎡）河道水质提升行动计划。90%以上河道由劣Ⅴ类提升到Ⅲ～Ⅳ类，由滞流变为自流流速达0.1m/s以上。透明度预测模型技术应用于苏州市主城区（面积100k㎡），提出并论证清水工程规模及效果，被苏州清水工程-生态净水工程采纳。案例2：浙江省水利厅五水共治办公室项目。2015—2016年，成果技术应用于杭州G20峰会区域水质保障（面积22.3k㎡），全部河道由劣Ⅴ类提升到Ⅲ～Ⅳ类，透明度1m以上。案例3：常熟市水利局项目。2015年至今，应用于常熟市城区畅流活水工程（面积60k㎡）。统筹兼顾防洪排涝与水环境提升。全城除个别断头浜，其余140多条河道均能活水，消除黑臭，防洪能力提高到100年一遇，排涝20年一遇。案例4：上海市水务局项目。2015年至今，应用于上海市中心城区水功能区水质提升（面积360k㎡）。提出了增流提质方案，水环境容量增加50%，流动性增加30%。案例5：常州市水利局项目。2017年至今，应用于常州市主城区畅流活水工程（面积179.2k㎡）。新建四座控导工程，形成三级梯级水位，提升河网流动性，改善城区水环境。案例6：上海市青浦区水务局。应用于2018年首届进博会区域水质提升工程（面积12k㎡）。原创装配式活动溢流堰，形成三级水位，促进水体持续流动，提升河网水质，进博会区域全部河道，由原来Ⅴ～劣Ⅴ类提升至Ⅲ～Ⅳ类，透明度提升至1m以上，核心区1.5m以上。

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范子武

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南京水利科学研究院

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