潮汐能在廣州海珠生態城中的利用實踐 劉明宇 (廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東廣州510060)

潮汐能在廣州海珠生態城中的利用實踐

劉明宇

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東廣州510060)

摘要：隨著資源環境的日趨嚴峻，能源與水資源的結合利用成為當前關注熱點。以廣州海珠生態城為例，探索了“水—能”結合利用方式，介紹了利用潮汐能調水補水工程，并評估了對水環境改善的效果。

廣州市海珠生態城位于廣州中南部珠江三角洲河網區,由珠江前航道與珠江后航道環抱，面積為52 km²。區內河涌縱橫，河涌水系總長度為116 km。規劃區河涌分布密集，共有30多條不同大小的河涌，岸線總長約48 km。較大的河涌有石榴崗河、黃埔涌、赤沙涌、海珠涌、北濠涌、土華涌等,前、后航道屬徑流潮流共同作用的河段。洪水季節以徑流為主，枯水季節以潮流為主。各河涌出口均有水閘控制，內涌水位受水閘調控。受到潮汐影響，河涌為雙向流，容易造成回流和淤積，河涌污染嚴重，水質惡化。

海珠生態城現已建立較完善的外江堤閘防洪和內澇泵排系統，需要進一步完善防洪排澇體系，在安全的前提下強調生態、景觀的要求，解決廣州水資源分布不均、污染嚴重的問題。在感潮地區，可利用潮汐水動力特性，漲潮引水，落潮排水，實施引清調水工程改善感潮地區城市水環境。

1 海珠生態城潮汐特征

海珠生態城位于珠江三角洲弱潮河口，潮汐為不規則半日潮，即在一個太陰日里出現兩次高潮和兩次低潮，日潮不等現象顯著。大潮出現在每月朔望（初一，十五），小潮出現在上、下弦（初八，二十三），周期為15天。

海珠區石榴崗河水閘的閘底板高程為-4.0 m,10孔總凈寬為42 m,北濠涌水閘的閘底板高程為-2.2 m,3孔總凈寬為24 m,而引水排水主要通道石榴崗河、淋沙涌、西碌涌、北濠涌的涌底高程為-3~-2.5 m。因此,一般情況下通過合理調度水閘都能滿足引水和排水的要求。

根據統計，75%保證率下水位在0 m以上的歷時為9.0 h，在引水過程中，外江在一個漲潮過程中潮位在0～1.0 m之間的時間平均為2.4 h，在-0.3～0.4 m之間的平均漲潮歷時為2.2 h；在一個落潮過程中（即可排水歷時中），潮位在-0.2～0.6 m之間的平均歷時為3.6 h，在-0.7～0.0 m之間的平均歷時為2.7 h。海珠生態城附近潮位站1973年—1998年的統計資料見表1。

表1 廣州浮標廠站潮汐要素統計結果

2 海珠生態城水系調水補水工程

根據海珠生態城潮汐特征，可利用潮汐水動力進行調水，實現“以動治靜、以凈釋污、以豐補枯”，改變內河涌水體流態，變往復流為整體單向流，改善河涌水質，初步消除黑臭現象，逐步提高河涌水體自凈能力。具體方式通過水閘、泵站等水利設施的聯合調控，利用漲潮引外江水入內河涌，并通過河涌水動力的作用將內河涌的水體排出，進行水體置換，并對內河涌截污可以起到明顯改善內河涌水質的效果。感潮河網區改善水環境，需在截污的前提下，通過科學調度泵站及節制閘，利用漲潮引入大量外江清水入河涌，抬高內水位，加快水體循環，可逐步改善圩內水環境。

2.1 石榴崗北部片調水補水

對石榴崗北部片的引水補水主要利用石榴崗河引潮水方案（見圖1），通過新建西碌水閘、土華西閘、龍潭水閘、臺涌水閘以及支涌涌口的節制閘，合理進行群閘聯控，優化調度，以達到凈水的目的。

圖1 石榴崗北部片調水補水方案

首先在土華涌與石榴崗河交叉處設土華西閘；在西碌涌匯入后滘涌處建西碌水閘；在龍潭涌、臺涌匯入石榴崗河處設龍潭水閘及臺涌水閘；并在五鳳、康樂、墩和、大塘4條支涌涌口處設節制閘以保證污水沖到下游不至重復利用。

① 外江落潮水位低于內涌水位時，關閉石榴崗水閘，開啟北濠涌水閘、黃涌水閘、土華西閘、西碌水閘，石榴崗河北部片水主要是通過北濠涌及黃沖涌排出；漲潮時外江水位高于內涌水位，開啟石榴崗水閘、土華西閘，關閉北濠涌水閘、黃沖涌水閘，從石榴崗河閘外引水，靠海潮潮汐自然力將河道水位提高到一定程度，以達到換水改善水質的目的。

② 以西碌水閘和土華西閘控制，分別對石榴崗河以上各斷頭涌補水及以下的北濠涌、西碌涌、黃沖涌補水。對石榴崗河上游淋沙涌、楊灣涌及以上五鳳涌、康樂涌、墩和涌、大塘涌等斷頭涌進行補水時，在打開石榴崗水閘引水的同時關閉西碌水閘及土華西閘；反之則打開西碌涌水閘、土華西閘。上游斷頭涌五鳳涌、康樂涌、墩和涌、大塘涌采取泵站提水進行補水。

③ 落潮時石榴崗河水位低于臺涌水位，關閉龍潭涌水閘，開啟臺涌水閘，使龍潭涌、臺涌水向外流動排出；漲潮石榴崗河水位高于龍潭涌水位時，關閉臺涌水閘，開啟龍潭涌水閘引水入龍潭涌，通過兩涌之間連通處循環入臺涌，以達到換水的目的。在龍潭涌自流引水不滿足要求的情況下，開啟龍潭涌泵站抽取石榴崗河的水進入龍潭涌、臺涌。

2.2 黃埔涌片調水補水

將黃埔涌和赤崗涌作為引清通道，通過黃埔涌南、北閘及赤崗涌閘控制黃埔涌水位(見圖2)。利用外江落潮（潮位變化為-0.2～0.6 m）打開黃埔涌南閘以及與前航道相連通的磨碟沙閘、琶洲北閘、黃基涌北閘，以黃埔涌、磨碟沙涌、琶洲涌和黃基涌為主要排水通道，將河涌水位由景觀水位0.8 m降至0.0 m關閘。引水時分別從黃埔涌北閘、赤崗涌北閘及與黃埔涌相連通的水閘、新洲南閘進水，通過磨碟沙北閘、琶洲北閘、黃基北閘、新洲北閘排水，形成自南向北的單向流，引水至景觀水位0.8 m關閘。

圖2 黃埔涌片調水補水示意

2.3 海珠湖補水

引水補水時，考慮將引清通道與排水通道分開，通過不同的路線引排水可以避免污水與清水合流。

① 海珠湖換水引水

當海珠湖需要換水時，利用外江落潮水位低于內涌水位，關閉石榴崗水閘，開啟西碌水閘和北濠涌水閘，將海珠湖及周邊河涌的水通過西碌涌、北濠涌水閘排出珠江后航道。利用石榴崗河作為引清通道，當外江漲潮時(外江潮位高于內涌水位)，開啟石榴崗水閘、后滘水閘引水。由于海珠湖可引潮水的歷時有限，且進入海珠湖后潮動力變弱，在不能滿足海珠湖引水需要的情況下，通過新建的后滘泵站抽石榴崗河的水經濕地再入湖。

② 海珠湖補水

海珠湖作為周邊河涌的補水水源，為河涌動水、活水提供先決條件。當海珠湖水位比周邊河涌水位高時，通過閘控制可為周邊河涌補水；當海珠湖水位低于周邊河涌景觀水位時，通過楊灣泵站抽取海珠湖的水到周邊河涌，為上游河涌補水提供水源保證。海珠湖湖內水位從0.8 m降到-1.0 m,每次可以提供50×104 m³的水源，待外江漲潮從石榴崗河將潮水引入湖內，然后再給河涌補水，不斷循環。

海珠湖與石榴崗河、西碌涌、楊灣涌、上沖涌、大塘涌、大圍涌6條河涌構成了“一湖六脈”的天然格局，將海珠生態城的內河涌與珠江水系打通，充分利用潮汐，通過泵閘調控措施對周圍的河涌進行引水、補水，使周圍河涌均形成動水、活水，從而有效地改善了區域的水環境、水生態。

3 水質改善效果評估

針對海珠生態城水系改造工程，對于改造前后重點水體的水質情況進行了評估。評估方法：收集海珠生態城歷史水質狀況，并對生態城重點水體水質進行監測，以COD、溶解氧、BOD₅、氟化物、氨氮、總磷等為重點項目，分析工程建設前后水質變化。

以2010年—2014年的水質斷面的監測數據為基礎進行統計評價，分別對河涌水質以及湖泊水質進行評估。河涌的水質監測指標為21項，湖泊的水質監測指標在河涌21項指標的基礎上增加總氮、透明度、葉綠素a。監測指標中對溶解氧、化學需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷、氟化物6項指標進行重點評價分析，主要對水質平均污染指數及對湖泊的營養狀態進行評價。

3.1 河涌水質評估結果

選取海珠生態城范圍內的石榴崗河、黃埔涌和北濠涌，對其2010年—2014年的水質監測數據進行分析和評估。通過計算可知，在海珠生態城內本次評估的3條河涌的六項關鍵指標中，普遍以氨氮的污染指數值最高，溶解氧次之，氨氮污染較為突出。2010年—2014年期間，海珠生態城河涌水體的六項關鍵指標平均污染指數均有不同程度的下降，在海珠生態城建設過程中水質總體有所改善，且石榴崗河和黃埔涌的水質總體優于北濠涌。

21項指標的平均污染指數在2010年—2014年總體呈逐年下降的趨勢,從2010年的嚴重、重度污染水平逐漸下降到2013年和2014年的中度、輕度水平，其中北濠涌的水質改善最為顯著。21項指標平均污染指數值低于六項關鍵指標平均污染指數值，說明海珠生態城河涌水體同樣以有機污染為主，重金屬及有毒有害物質的污染情況相對較好。

3.2 海珠湖水質評估

海珠湖為海珠生態城范圍內的重要水體，對2010年—2014年枯、豐、平三個水期的水質監測數據進行分析和評估。根據污染指數評估結果，無論是6項關鍵指標的平均污染指數還是21項指標的平均污染指數，其數值在2010年—2014年期間總體呈現顯著下降的趨勢。枯水期和年平均21項指標平均污染指數的下降最為明顯，從2010年的重度污染水平逐漸下降到2014年的中度水平。海珠生態城開始建設后，2012年—2014年間，21項指標平均污染指數屬于輕度污染水平，但6項關鍵指標的平均污染指數則偏高，屬于中度污染水平，說明6項關鍵指標所對應的污染物仍然為海珠湖水體的主要污染物，在未來的水污染治理中仍然要堅持以6項關鍵指標為重點。

采用綜合營養狀態指數法，以5項相關指標(葉綠素a、總磷、總氮、透明度、高錳酸鹽指數)對海珠湖的營養狀態進行評價。2014年最新監測結果表明,海珠湖處于輕度富營養化水平，與2011年的綜合營養狀態指數相比有明顯的下降。總體上，2011年—2014年期間，海珠湖的營養狀態處于逐漸改善的過程，由重度富營養化提升到輕度富營養化。

3.3 綜合評估結論

對海珠生態城區域范圍內河涌、湖泊等地表水水質檢測結果進行統計和評價，可知2014年度海珠生態城范圍內的水體水質仍然不理想，但比2010年度有較為明顯的改善，水質總體在逐步好轉。

海珠生態城河流水體污染主要反映在氨氮和溶解氧上，海珠湖污染主要反映在化學需氧量、總磷和氨氮上，重金屬和有毒有害物質的污染均得到較有效的控制。因此,海珠生態城水體水質污染主要屬于有機污染。

由于水體所處環境條件不一致，導致不同水體的污染狀況有各自的特點。河涌徑流作用弱，受生活污水的影響較大，水質最差。由于水閘人工控制了河涌的漲退和流向，作為進水的黃埔涌、石榴崗河水質優于作為排水的北濠涌。對比黃埔涌2010年—2014年枯水期與2009年枯水期（海珠湖建設前未實施補水調水工程的情景）的6項指標平均污染指數，實施補水調水等工程措施，對生態城主要河涌黃埔涌枯水期的水質改善起到一定作用。

海珠生態城各水系水質(見表2)分析表明，重點河涌的水質有了一定的改善，水質平均污染指數總體上降低了41%；海珠湖水質枯水期改善趨勢相對明顯，其他水期近年波動變化，總體上平均污染指數降低了約41%，營養狀態亦略有改善，從中度富營養化過渡到輕度富營養化。

表2 海珠生態城河涌及湖泊水質變化狀況

4 結語

① 海珠生態城水系補水調水工程，利用潮汐能改善了水體水質,在能源與水資源結合利用的實踐中取得了良好效果。根據區域自然條件，充分利用可再生清潔能源（潮汐能），既節約了化石能源,又為城市水環境改善提供了條件，取得了“水—能”共贏的效果。

② 能源與水資源的結合利用應更加廣泛，不僅局限于生產領域的關聯性研究和實踐，應拓寬研究范疇，并采用多種方式結合利用。

（本文發表于《中國給水排水》雜志2015年第14期“述評與討論”欄目）

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