4.2水環境耦合數學模型構建

該模型以水文、秦淮汙染源和水質監測資料為主，河流环境根據各類數據的域水研究信息特征，利用SQLServer2012設計相應數據庫庫表結構，生态對基礎資料進行整理和錄入，调度建立集水文、秦淮水質、河流环境汙染源、域水研究社會經濟和自然條件等數據信息於一體的生态模型。秦淮河流域骨幹河道河網水量—水環境耦合數學模型包括降雨徑流模型、调度汙染負荷模型、秦淮河網水量模型、河流环境河網水質模型。域水研究

(1)降雨徑流模型

研究區主要位於秦淮河流域下遊平原地區，生态下墊麵分布是调度影響平原區產流的主要因素，針對骨幹河道沿線不同下墊麵類型，本文按水麵、水田、旱地和城鎮建設用地等4類，采用不同產流機製進行模擬，分別構建相應的降雨徑流模型。

(2)汙染負荷模型

汙染負荷模型通過收集研究區內的點、麵源數據資料，開展各類汙染源產生、分布、排放路徑和最終去向調查。汙染負荷模型由產生模型和處理模型構成，其中產生模型估算各種汙染源的產生量，包括PROD、UNPS、DNPS和PNPS計算模式，處理模型計算各類汙染源經治理後，最終進入水體的汙染負荷入河量。

(3)河網水量模型

河網水量—水環境耦合計算模塊基本控製方程為

式中：q為旁側入流；Q、A、B、Z分別為河道斷麵流量、過水麵積、河寬和水位；Vx為旁側入流流速在水流方向上的分量；K為流量模數，反映河道的實際過流能力；α為動量校正係數，是反映河道斷麵流速分布均勻性的係數。
 

(4)河網水質模型

河網水質模型是模擬骨幹河道水量、水質指標的動態遷移變化。通過分析氮、磷元素在水體中的遷移和轉化規律，構建不同形態氮、磷元素轉化的動力反應過程的計算公式。模型共模擬5種氮素、4種磷素狀態變量，分別是2種有機形態氮(顆粒態和溶解態有機氮)、2種無機態氮(氨氮和硝態氮)、總氮、2種有機形態磷(顆粒態和溶解態有機磷)、1種無機態磷(磷酸鹽)、總磷。

4.3秦淮河流域調度方案的多情景模擬與比選

4.3.1研究方法

通過秦淮河流域骨幹河道河網水量—水環境耦合數學模型的建立，設定多組水利工程調度方案，開展基於多情景下的骨幹河道調度效果數值模擬，評估各調度方案對水生態(環境)調度目標的滿足程度，確定骨幹河道的生態基流和生態水位，比選非洪澇期研究區骨幹河道水生態(環境)調度模式，提出調度建議方案。

4.3.2研究站點選取

本研究水量調度的控製站點為東山站，調度對象為長江入江口秦淮新河水利樞紐、外秦淮河武定門閘和下遊入江口三汊河口閘;水質檢測比選站點為秦淮河七橋甕斷麵、秦淮新河鐵心橋斷麵和外秦
淮河石城橋斷麵。

4.3.3研究成果

根據不同調度方案的河網水量和水質模型預測結果，采用上述水環境和水生態評價指標的計算方法，得到各控製站點各項評價指標的統計值，評估各調度方案對研究區骨幹河道水生態(環境)調度目標的滿足程度，得出分析結論。

4.3.3.1東山站水位控製

適當降低武定門閘的調控水位有利於改善非汛期水係連通性，促進水體流動，對水質改善也具有積極作用，因此，建議非汛期將東山站水位控製在6.8m左右。

4.3.3.2在枯水年非汛期(90%保證率)條件下

(1)秦淮新河水利樞紐泵引流量≥30m3/s，流域上遊補水6～17m3/s，能夠基本滿足全流域生態基流需求。

(2)在現狀汙染源條件下，秦淮新河水利樞紐泵引流量≥30m3/s，能夠使鐵心橋和石城橋斷麵水質(氨氮除外)滿足相應水功能區要求，七橋甕斷麵水質基本滿足要求。泵引流量≥50m3/s，能夠使各斷麵水質滿足相應水功能區要求。

(3)在流域汙水接管率≥95%條件下，秦淮新河水利樞紐泵引流量≥10m3/s，能夠使各斷麵水質滿足相應水功能區要求。

(4)若不考慮A段河道生態基流需求，秦淮新河水利樞紐泵引流量≥30m3/s，可滿足下遊骨幹河道生態基流需求。

4.3.3.3在平偏枯年型非汛期(75%保證率)條件下

(1)秦淮新河水利樞紐泵引流量≥30m3/s，流域上遊補水1～10m3/s，能夠基本滿足全流域生態基流需求。

(2)在現狀汙染源條件下，秦淮新河水利樞紐泵引流量≥30m3/s，能夠使鐵心橋和石城橋(氨氮除外)斷麵水質滿足相應水功能區要求，七橋甕斷麵水質基本滿足要求。泵引流量≥50m3/s，能夠使各斷麵水質滿足相應水功能區要求。

(3)在流域汙水接管率≥95%條件下，秦淮新河水利樞紐泵引流量≥10m3/s，能夠使各斷麵水質滿足相應水功能區要求。

(4)若不考慮A段河道生態基流需求，秦淮新河水利樞紐泵引流量≥30m3/s，可滿足下遊骨幹河道生態基流需求。

4.3.3.4在平水年非汛期(50%保證率)條件下

(1)秦淮新河水利樞紐泵引流量≥30m3/s，上遊不需要補水即可基本滿足全流域生態基流需求。

(2)在現狀汙染源條件下，秦淮新河水利樞紐泵引流量≥30m3/s，能夠使鐵心橋和七橋甕斷麵水質滿足相應水功能區要求，石城橋斷麵水質基本滿足要求(達標率超過70%)。

(3)在流域汙水接管率≥95%條件下，秦淮新河不需要引水，即可使各斷麵水質滿足相應水功能區要求。

(4)若不考慮A段河道生態基流需求，秦淮新河水利樞紐泵引流量≥20m3/s，可基本滿足下遊骨幹河道生態基流需求(秦淮新河1月份除外)。

5結論與建議

(1)秦淮河流域骨幹河道的最小生態基流可為13.2～42.4m3/s，最小生態水位為6.3～6.8m。

(2)適當降低武定門閘的調控水位有利於改善水質，建議非汛期將東山站水位控製在6.8m左右。

(3)秦淮新河水利樞紐泵引流量≥30m3/s，且流域上遊補水時，能夠基本滿足全流域生態基流需求;泵引流量≥50m3/s，能夠使各斷麵水質滿足相應水功能區要求。

(4)在流域汙水接管率≥95%條件下，秦淮新河水利樞紐泵引流量≥10m3/s，能夠使各斷麵水質滿足相應水功能區要求。

(5)若不考慮A段河道生態基流需求，秦淮新河水利樞紐泵引流量≥30m3/s，可基本滿足下遊骨幹河道生態基流需求。

(6)下一步將研究範圍擴大至整個秦淮河流域，針對流域不同水體的生態功能特征，確定生態調度目標，構建全流域水量水質耦合模型，開展多情景調度模擬，評估水生態(環境)調度效果。

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