南水北調東線一期北延應急試通水實施效果評價

穆冬靖，齊 靜

（海河水利委員會科技咨詢中心，天津300170）

1 引言

為落實黨中央、國務院關于解決華北地區地下水超采問題的決策部署，2019年1月水利部等四部委聯合制定印發《華北地區地下水超采綜合治理行動方案》，將南水北調東線一期北延應急供水工程作為多渠道增加地下水超采治理水源供給的一項重要措施［1］。南水北調東線一期北延應急供水工程作為落實上述行動方案“一減、一增”綜合治理措施中“一增”的重要環節，是華北地區地下水壓采重點替代水源工程之一，是系統推進華北地區地下水超采治理、逐步實現地下水采補平衡、切實解決華北地區地下水超采問題的重要手段。同年3月，水利部辦公廳印發《華北地區地下水超采綜合治理行動工作實施方案和2019年重點工作安排》，提出“利用東線一期現有工程條件和供水能力，組織實施東線一期北延應急試通水”的具體要求。為驗證東線一期北延應急供水的可行性，為下步實施常態化應急供水探索經驗，2019年4月21日—6月26日，水利部部署開展了南水北調東線一期工程北延應急試通水（以下簡稱試通水）工作。

2 試通水實施情況

試通水利用南水北調東線一期工程既有輸水線路，穿黃河后由小運河至邱屯樞紐，然后沿六分干與七一六五河，至牛角峪樞紐上游，通過穿潘莊引黃倒虹吸于四女寺閘下入南運河，之后繼續向下游輸水至天津北大港水庫。自穿黃出口至北大港水庫線路全長506 km，原馬廠減河線路全長487 km。

試通水于4月21日開始，6月26日結束，歷時67 d，六五河節制閘累計調水6 868萬m3，計劃完成率130%；潘莊引黃倒虹吸累計調水量6 433萬m3，計劃完成率124%；南運河第三店（入河北省）累計調水量5 717萬m3，計劃完成率116%；九宣閘（入天津市）累積調水量1 978萬m3，計劃完成率99%。此次試通水實現了“將南水北調東線水經南運河通至天津市九宣閘”的目標。六五河節制閘以北輸水河段關鍵斷面調水量完成情況，詳見表1。

表1 關鍵斷面調水量完成情況統計

3 輸水損失分析

由于六五河節制閘以北輸水河段兩岸農業灌溉等計劃外引水沒有計量，采用斷面實測流量資料計算的實測輸水率不能真實反映輸水情況。為此，結合輸水河段長度、水面寬度、時間以及水文地質等參數，參考以往引黃輸水經驗，采用水文及水力學方法分河段對輸水損失率進行分析，提出各河段較為合理的輸水率，進而估算蒸發、滲漏損失量和沿線引水量。

3.1 輸水率分析

從2010年開始，天津應急引黃線路換為潘莊線路（穿潘莊引黃倒虹吸后從南運河至九宣閘），與試通水輸水線路南運河段一致。本次在參考2010—2011、2011—2012年度引黃濟津輸水經驗的基礎上，結合引黃濟津河北省中東部平原區河道滲漏損失率計算方法［2］，對六五河節制閘以北河段合理的輸水率進行分析確定。

（1）六五河節制閘至潘莊引黃倒虹吸段，河長約11 km，輸水前河道處于有水但斷流狀態。根據現場巡查情況，本次試通水初期，在水頭到達南運河第三店后的幾天內六五河節制閘至南運河第三店段引水現象較少，能夠近似反映輸水損失情況。4月26日6時水頭到達南運河第三店斷面后，4月27—30日期間水位基本維持在14.5 m左右且流速變動不大，所以選取4月27—30日時段進行輸水率分析。根據實測斷面資料計算，六五河節制閘至潘莊引黃倒虹吸段輸水率為91.3%～94.6%。采用引黃濟津中東部平原區河道滲漏損失率計算方法得出輸水率為97.6%，綜合考慮河道現狀選取91.3%～94.6%中較大值，確定該段合理輸水率為94%。

（2）潘莊引黃倒虹吸至南運河第三店段，河長約46 km。輸水前潘莊引黃倒虹吸至德州城區南橡膠壩段（河長約20 km）河道基本有水；德州市城區景觀段（河長約5 km）有南北橡膠壩存蓄的景觀水；德州城區北橡膠壩至第三店段（河長約21 km）基本處于干涸狀態。同樣選取4月27—30日時段進行輸水率分析，經計算潘莊引黃倒虹吸至第三店段輸水率為91.5%～94.5%。根據2011—2012年度引黃濟津實測輸水數據，此段輸水率為97.3%。結合河道現狀情況分析選取91.5%～94.5%中間值，確定該段合理輸水率為93%。

（3）南運河第三店至九宣閘段，河長約218 km，除泊頭市、滄州市城區、青縣城區城市景觀段外，其余河道處于斷流狀態。2010—2011年度引黃濟津輸水歷時171 d，分兩階段進行，第三店至九宣閘段實測輸水率分別是63%和66%。2011—2012年度引黃濟津輸水歷時90 d，第三店至九宣閘段實測輸水率為65%。結合引黃濟津輸水率看，在第三店輸水流量30～50 m3/s條件下，冬季引黃濟津輸水率基本維持在65%左右。但本次試通水受上游七一河過流能力限制，輸水流量較小，第三店平均流量僅為9.9 m3/s，九宣閘平均流量僅為4.8 m3/s，輸水流量小且輸水時間短，屬于小流量長距離短歷時輸水。河道輸水率主要與輸水期間的河道入滲量相關，而河道滲漏損失量與輸水期間的河道水面寬度和河道水深成正比例關系［3］。與引黃濟津比較，本次輸水的流量小，入滲損失絕對量較小但相對損失率較大，同時輸水時段又正值五六月份，與冬季輸水相比蒸發損失也大，不能直接采用引黃濟津輸水率結果。所以，本次試通水以引黃濟津實測損失量為基礎，按照本次輸水與引黃濟津輸水典型斷面水面寬度和河道水深比例關系，采用水力學方法近似估算出此次輸水的滲漏損失水量。經測算與分析，確定此次輸水第三店至九宣閘段合理輸水率為50%。

各河段合理輸水率確定結果，詳見表2。

表2 六五河節制閘以北輸水河段合理輸水率確定

3.2 蒸發滲漏損失量估算

（1）蒸發損失。利用輸水沿線水文站實測降水與蒸發數據，用輸水期內蒸發值減掉同期降水量，并結合輸水水面面積估算蒸發損失量。水文測站采用臨清、四女寺上、安陵、捷地、九宣閘（南）上等站。經分析計算，六五河節制閘以北蒸發損失量242萬m3，其中六五河節制閘至潘莊引黃倒虹吸段11萬m3、潘莊引黃倒虹吸至南運河第三店段47萬m3、南運河第三店至九宣閘段184萬m3。

（2）滲漏損失。六五河節制閘至九宣閘段除部分城市景觀段外，其余河段輸水前處于斷流狀態，輸水結束后在上游無水量下泄情況下，河道內坑洼存蓄的少量水除了部分被農民引走外，會繼續下滲蒸發損失掉，由于此部分水量難以計量，所以一并歸入滲漏損失量中。各河段入口斷面過水量減去出口斷面估算收水量（按照合理輸水率計算）之后，再扣除該段蒸發損失量即為河道滲漏損失量。

經分析計算，六五河節制閘以北滲漏損失量約3 472萬m3，其中六五河節制閘至潘莊引黃倒虹吸段403萬m3、潘莊引黃倒虹吸至南運河第三店段395萬m3、南運河第三店至九宣閘段2 674萬m3。

3.3 沿線引水量估算

輸水末期六五河節制閘關閉后，沿線除繼續輸送尾水外，還輸送了部分原有河道閘壩槽蓄的水量。此外，本次試通水正處于沿線農業灌溉高峰期，輸水期間存在引水用于灌溉等現象。輸水實際損失量應包括閘壩槽蓄變化、蒸發滲漏損失以及沿線引水等因素的影響。由此可知，沿線各段引水量即為進口斷面過水量加上河道閘壩槽蓄變化值，再減掉蒸發滲漏損失和出口斷面實際收水量。

根據沿線省市上報和遙感影像數據，山東省德州市景觀段河長約5 km，水位下降約1.5 m，蓄水量減少約29萬m3。河北省泊頭市城區河段（南橡膠壩至北橡膠壩）河長約6.4 km，北橡膠壩輸水前蓄水深為4.5 m，輸水結束后蓄水深為2 m，蓄水量減少約70萬m3；滄州市城區段（王希魯節制閘至北陳屯樞紐）河長約11.5 km，輸水前水位為6.8 m，輸水結束后水位6.34 m，蓄水量減少約22萬m3；青縣城市景觀段河長約16 km，城北節制閘蓄水前水位5.5 m，輸水結束后水位4.3 m，蓄水量減少約50萬m3。綜上，山東段河道槽蓄水量減少約29萬m3，河北段河道槽蓄水量減少約142萬m3。

經分析計算，六五河節制閘至九宣閘沿線引水量為1 346萬m3，其中六五河節制閘至潘莊引黃倒虹吸段21萬m3、潘莊引黃倒虹吸至南運河第三店段303萬m3、南運河第三店至九宣閘段1 022萬m3。六五河節制閘以北河段引水量估算結果，詳見表3。

表3 六五河節制閘以北河段引水量估算結果 萬m3

4 試通水效果評價分析

4.1 河湖生態補水效果評價

作為大運河文化帶建設重要組成部分的南運河，目前大部分河段處于干涸或斷流狀態，河流水生態惡化，難以支撐大運河文化帶的建設。在充分挖潛當地用水的前提下，利用南水北調東線一期北延應急供水水源補充河湖的生態用水，對恢復河湖濕地的生態起到重要的補充水源作用。

根據輸水期間現場調查與輸水前后遙感影像資料統計分析，此次試通水生態效果明顯，南運河130 km斷流河道實現通水，南運河和北大港水庫水面面積增加約6 km2，北大港水庫補水約920萬m3。東線長江水所過之處的生機盎然和水頭未達前河道的干涸地裂形成了鮮明對照，使古老的南運河恢復了勃勃生機，對大運河文化帶的建設起到了良好支撐作用。

4.2 地下水補源效果評價

4.2.1 替代超采地下水水量分析

輸水沿線淺層地下水多為微咸水無法用于農業灌溉，輸水期間農民沿線引水灌溉直接效果為減少對深層地下水的開采，沿線農業灌溉及其他的引水量即為壓采深層地下水的開采量。按照沿線引水量估算結果，此次試通水六五河節制閘以北共替代深層地下水開采量1 346萬m3，其中六五河節制閘至潘莊引黃倒虹吸段21萬m3、潘莊引黃倒虹吸至南運河第三店段303萬m3、南運河第三店至九宣閘段1 022萬m3。

4.2.2 河道回補淺層地下水效果分析

分析評估河道入滲回補地下水效果，引入河道入滲補給系數的概念（河道有效補給地下水量占滲漏損失的百分比）。綜合分析輸水河道調水前干濕狀況及淺層地下水埋深情況，河道入滲補給系數取65%。經分析計算，此次試通水六五河節制閘以北河道入滲補給淺層地下水2 611萬m3，其中六五河節制閘至潘莊引黃倒虹吸段262萬m3、潘莊引黃倒虹吸至南運河第三店段257萬m3、南運河第三店至九宣閘段1 738萬m3、天津市境內輸水段354萬m3。

5 結論

開展試通水是充分發揮南水北調工程效益的有效探索。南水北調東線一期工程應急供水能夠為華北地區地下水超采綜合治理提供可靠水源，同時能夠向沿線城市靈活調配并提供補充水源，有效保障沿線城市用水安全。

此次試通水是南水北調東線工程自2013年正式通水以來，首次把長江水輸向天津、河北兩省市，實現了“將南水北調東線水經南運河通至天津市九宣閘”的目標，檢驗了試通水線路和工程，改善了河道生態環境，通過河道回補了沿線淺層地下水，通過置換農業灌溉等深層地下水取水實現了地下水壓采，實現了“試”和“通”的目標。此外也發現了試通水在調度、巡查和沿線河道堤防運行維護等方面存在的問題，為以后常態化供水提供了必要的參考依據。