調水情況下滆湖及周邊河網水網水量水質調控方案研究

張舒羽，李星南，朱 勇

(上海勘測設計研究院有限公司，上海200434)

0 引言

滆湖是太湖上游的典型河湖相聯復雜水系的湖蕩，具有水量調蓄、水質凈化、攔截沉降污染物等生態服務功能。源自鎮江、丹陽、金壇等地區的徑流經洮、滆湖調蓄后由常州太滆運河、宜興漕橋河、殷村港等河流匯入太湖。隨著滆湖周邊城市快速發展，近年來滆湖水質惡化、水環境富營養化進程加快[1]。

2017年新孟河延伸拓竣工程正式開工建設，預計2021年底建成后全線通水。工程穿越滆湖自北干河入，至太滆運河和漕橋河出，線路橫跨了整個滆湖[2]。當工程引江期間，滆湖入流和出流水量將大大增加，勢必會對滆湖的水文和水環境產生一定程度影響。一方面滆湖出入流增加可以改善滆湖水動力條件，另一方面水質較好的長江水進入滆湖可以改善滆湖的水環境。因此，在滿足滆湖及周邊主干河道防洪及引水要求的基礎上，根據污染防治及生態調控對于滆湖及河網的水位、流速、含沙量方面的生境營造要求，優化新孟河工程運行調度方案，通過水文情勢的調控提出最有利于污染控制及健康水生態構建的河湖水網調控方案具有重要的意義。

1 研究區概況

滆湖，俗稱沙子湖、西太湖，亦稱西滆湖和西滆沙子湖，位于常州武進區西南部與無錫宜興市東北部之間，現狀水域面積 144.1 km2，為全省第六大湖泊，蘇南地區僅次于太湖[3]。滆湖位于太湖流域湖西地區腹部，周邊水系為平原水網，無明顯匯水邊界，西滆湖、東連太湖、北承蘇南運河來水、東西兩岸分別有武宜運河和孟津河自北而南縱向環繞[4]。主要的入湖河道有扁擔河、夏溪河、湟里河、北干河、中干河等，出湖河道主要有太滆運河、漕橋河、殷村港等東注太湖，出入湖河道上均無水工建筑物控制。滆湖周邊水系見圖1。

2 研究方法

2.1 模型介紹

采用河海大學研制的太湖流域河網一維水量水質模型，該模型經水利部及國家有關科技部門的鑒定認證，被認為是太湖流域可推行使用的水量水質模型，曾應用于太湖流域防洪規劃、水資源綜合規劃等重大規劃的水利計算，是目前流域認知度和可行度較高的計算模型[1]。

模型運用水文、水動力學等原理，在綜合分析太湖流域平原河網特點和大量基礎資料的基礎上，對流域平原河湖、河道汊口連接和各種控制建筑物及其調度運行方式進行模擬，對流域各類供水、用水、耗水、排水進行合理概化，并采用一體化集成模式，將模型核心技術、數據庫技術、地理信息系統技術及最新信息處理技術在系統底層進行集成，最終建立適合于太湖流域河網水量水質計算的系統平臺[5]。

本次模型選取2000年全年流域實況水情對水量和水質參數率定。2000年是流域平水年，全流域全年降雨保證率為51.9%，7月份降雨保證率為80.8%，8月份降雨保證率為36.5%，且長江潮位也接近于多年平均，從水文條件而言，基本代表平均水文狀況。率定結果表明計算水位、沿江水閘的引排水量與實測值基本一致，代表站的水質計算濃度與實測值基本接近。

2.2 優化方案

結合流域的“引江濟太”大格局，將滆湖水位提升為主要的控制調度條件，改善滆湖水動力條件、湖水流態、滆湖水環境質量，增強滆湖水量水質調節能力[5-9]。在水生態因子與水文響應關系研究成果的基礎上，以滆湖適宜水位作為目標水文條件建立優化調控方案，新孟河工程實施后，承擔著流域防洪、水資源配置、水環境改善的任務。因此，優化調控方案重點從流域、區域水位調控著手，新孟河江邊樞紐在滿足太湖調度線和區域水位雙重控制下，通過適當增大泵閘開度，來調控引江水量，達到提高流域、區域水資源配置能力、改善水環境目的的效果。具體調度原則如下：

太湖水位處于防洪調度區時，滆湖水位超過4.2 m時，沿江口門開閘排水；當滆湖水位高于4.6 m時，增開新孟河江邊泵站排水；太湖水位處于適時調度區，滆湖水位高于4.2 m時，開閘排水；太湖水位處于自引區或泵引區時，開啟節制閘或泵站引長江水；太湖水位處于適時調度區，當滆湖水位低于3.0 m時，逢長江高潮位開閘引水；當滆湖水位超過3.0 m但不超過3.7 m時，根據區域用水需要適時逢高潮位開閘引水；當滆湖水位在3.7 m～4.2 m時關閘。

本次調控情景方案以流域典型水文年進行設計，在計算水文年的工程調控效果的同時，考慮區域污染物排放情況，擬定削減污染物的情景方案。其中流域典型枯水年為1971年具體計算情景方案見表1。考慮到新孟河工程運行調度同時受流域、區域防洪、水資源配置多重影響，為準確分析調水工況下對武南片區水文情勢和水生態環境影響，計算分析時段選取連續引水期8月～9月進行分析。

圖2 滆湖二維模型及周邊概化河道示意圖

表1 調控情景方案設計列表

3 結果與分析

(1)水位變化

枯水年滆湖及主要出湖河道水位變化過程見圖3～圖4。現狀方案下滆湖引水期的日均水位為2.86 m～3.37 m，水量水質優化調控后滆湖日均水位有所抬升，為3.14 m～3.71 m，相比現狀方案平均升高了0.31 m。現狀方案下太滆運河引水期的日均水位為2.90 m～3.41 m，水量水質優化調控后為3.10 m～3.65 m，相比現狀方案平均升高了0.20 m。

圖3 枯水年引水期調控方案下滆湖水位變化過程

圖4 枯水年引水期調控方案下太滆運河水位變化過程

(2)出湖河道水量分析

引水期內，滆湖主要出湖河道過流水量變化見圖5。由圖5可知，枯水年(1971年)，現狀方案下，由于湖西區來水偏少，武南河、太滆運河、漕橋河倒灌入滆湖。規劃方案下，武南河、太滆運河、漕橋河由凈入滆湖變為凈出滆湖，太滆運河和漕橋河水量大幅增加，分別達18920萬m3和16410萬m3；殷村港和燒香港過流水量分別為10530萬m3、8970萬m3。水量水質優化調控方案后，通過增大新孟河引江水量，出滆湖河道武南河、太滆運河、漕橋河、殷村港和燒香港過水通量較規劃方案均有所增加，過水量分別為4694萬m3、20900萬m3、18040萬m3、11590萬m3和9849萬m3。

圖5 平水年滆湖出湖河道平均水量統計圖

(出為正，入為負)

(3)出湖河道流速分析

規劃方案下與現狀相比，大部分出湖河道平均流速明顯增大；水量水質優化調控方案下，出湖河道武南河、太滆運河、漕橋河、殷村港和燒香港較規劃平均流速明顯增大，武南河由規劃的0.063 m/s提高至0.123 m/s；太滆運河由規劃的0.143 m/s提高至0.184 m/s、漕橋河由規劃的0.188 m/s提高至0.232 m/s、殷村港由規劃的0.225 m/s提高至0.275 m/s；燒香港由現狀的0.206 m/s提高至0.251 m/s，枯水年不同方案下出湖河道流速變化見圖6。

圖6 枯水年滆湖出湖河道平均流速統計表(出為正，入為負)

(4)水質變化分析

規劃方案和水量優化調控方案下武南片主要河道水質變化統計成果見表2。

表2 滆湖及周邊河網不同方案下水質水質變化統計表

優化調控方案與規劃方案相比，武南片河網各河道水質均有不同程度改善，其中武南河COD、NH3-N、TP濃度分別降低8.3%、6.5%、5.9%，太滆運河COD、NH3-N、TP濃度分別降低11.1%、5.9%、3.9%，漕橋河COD、NH3-N、TP濃度分別降低10.8%、10.1%、17.7%，殷村港COD、NH3-N、TP濃度分別降低11.0%、4.5%、16.8%，燒香港COD、NH3-N、TP濃度分別降低11.0%、4.2%、13.3%。

考慮區域污染物削減方案后，入河污染物削減20%時，周邊河網COD、NH3-N、TP濃度與優化方案相比分別降低2.5%～14.4%；入河污染物削減30%時，周邊河網COD、NH3-N、TP濃度與優化方案相比分別降低3.2%～22.3%，周邊河網水質達到Ⅳ類。

4 結論

(1)基于太湖流域河網一維水量水質模型計算結果分析，得出新孟河工程實施調水后，滆湖及周邊河網水動力條件得到大幅改善。通過水量水質優化調控后， 滆湖日均水位引水后抬升0.31 m，周邊河網日均水位抬升0.2 m，河道流速增大了0.123 m/s～0.275 m/s。總體上說明枯水年新孟河工程引水后對滆湖及周邊河網水文情勢影響很大。

(2)新孟河工程實施調水后， 周邊區河網水質COD、NH3-N、TP得到較大改善下，COD、NH3-N、TP濃度分別降低3.2%～22.3%。區域污染物削減后，周邊河網水質在水量水質優化調控方案基礎上進一步改善，河網水質達到Ⅳ類，基本實現水功能區劃水質目標。按水量水質調控優化方案進行調控可有效改善滆湖的水環境條件。