藕池東支向大通湖補水有關問題的探討

張正賢，習業剛，李浩琮

（1.益陽市大通湖區水利管理委員會辦公室，湖南 益陽 413000；2.益陽市水利局，湖南 益陽 413000；3.益陽市水利水電勘測設計研究院有限公司，湖南 益陽 413000）

1 基本情況

大通湖垸位于益陽市北部，地處洞庭湖腹地。大通湖流域共涉及南縣、沅江市和大通湖區的3縣（市、區）14鄉鎮（辦事處）。大通湖垸四面環水，北有藕池河，南臨草尾河，西臨沱江，東臨東洞庭湖，垸內主要河道及湖泊有五七運河、金盆河、大新河、蘇河、塞陽運河、老三河、大通湖內湖及瓦崗湖。大通湖區域水系分布情況詳見圖1。

圖1 大通湖區域水系圖

藕池東支自藕池口、管家鋪、黃金嘴、南縣，北景港、注滋口、新洲注入東洞庭湖。東支到南縣九都山分一支往南，經中魚口、三仙湖至茅草街東側入南洞庭湖，已建閘控制。草尾河自勝天流經草尾、黃茅洲、漉湖蘆葦場入湖。大通湖湖泊面積79.4 km2，流域面積1 007.2 km2，是全省最大的內湖，東西長15.75 km，南北寬13.7 km。常水位時大通湖平均水深2.5 m，蓄水2.32億m3。大通湖和藕池東支之間有明山和蘇河泵站，明山泵站裝機6臺總容量13 800 kW，設計排水流量150 m3/s。

2 大通湖水環境現狀及存在的問題

2.1 水環境治理與現狀

2013年大通湖保護被列入湖南省政府十大環保工程之一，同年申報國家水質良好湖泊保護項目，但2016年起發現大通湖水質開始呈現惡化趨勢，2017年和2018年總體水質為劣Ⅴ類，主要污染指標為總磷、總氮。

近年來，當地政府全面落實省第6號總河長令《關于開展大通湖流域綜合治理的決定》。根據《大通湖水質達標方案（2017—2020）》，先后實施了大通湖區企業遺留污染治理及整改工程、化肥肥料減量工程、污水管網改造建設工程、農村垃圾清運工程、養殖場污染治理工程、恢復大通湖水生植被工程、疏浚和生態調水等10多項專項治理措施，水環境污染形勢得到有效遏制，水質持續好轉，2020年整體已提升為Ⅳ類，局部區域達到Ⅲ類。

2.2 存在的主要問題

水環境治理是一項綜合性的系統工程，內、外源污染治理又具有短期內難以全面見效的特點，加上流域面積達1 007.2 km2，大部分污染源通過漬澇水匯入大通湖，導致大通湖流域污染問題的長期性、復雜性和艱巨性，距離大通湖整體水質達到Ⅲ類水質目標仍任重道遠。

1）活水來源不足。大通湖主要入湖河流有五七運河、金盆河、蘇河，區內還有塞陽河、四興河、老三河等，其余溝渠與周邊河流相連，最終匯入大通湖。大通湖區溝渠密布，但大部分為垸內通湖河渠，與垸外水系直接連通的河渠較少，活水來源不足。

2）水體流動性差、交換困難。垸內水系使大通湖周邊污染物隨水流進入湖內，影響大通湖水質。特別是干旱期，本地降雨少，區內水體基本無流動，污染物因得不到充分稀釋而沉積在河渠，嚴重影響大通湖水質。如五七運河引水入湖后只能通過金盆河從五門閘排出，水流進、出口均位于大通湖南部，流動交換的影響區域僅限于南部水域，中部、北部水域不能有效進行循環流動。

3）種植水草要求的內湖低水位難以實現。根據環境治理要求，種植水草需將內湖水位控制在25.28～25.78 m。明山、大東口泵站主要擔負著大通湖垸的排澇任務，兩泵站是綜合大通湖垸多年的水位變化特征而設計建設，泵站的選址、泵房建設高程和機電設備的設計匹配，只能滿足垸內汛期漬水外排需要，當內湖水位較低時，兩泵站均不能正常開機運行，水環境治理要求降低內湖水位進行環境治理的要求難以實現。

3 從藕池河引水的可行性分析

3.1 引水時段分析

據南縣、注滋口和東洞庭湖五門閘（外）、千山紅、五門閘（內）等水文（位）站2002—2019年水位資料，統計歷年5—9月逐日藕池東支與大通湖、五門閘內外水位差和藕池東支水位高于大通湖水位的天數及五門閘內水位高于五門閘外水位的天數，詳見表1。

表1 各河流(湖泊)水位對比情況統計表 天

從統計結果可以看出:①藕池東支水位高于大通湖水位的時間主要集中在6月、7月、8月，5月、9月有部分時間高于大通湖水位，平均每年可引水天數為104.5天，其中水位高于0.5 m的天數為97.9天；五門閘內水位高于五門閘外水位時間主要集中在5月、9月、6月月上旬、8月下旬，平均每年五門閘自排可排水天數為55.4天。②藕池東支水位高于大通湖水位主要時段在6月、7月、8月和5月、9月部分時段，汛期五門閘內水位高于東洞庭湖水位時（5月、9月、6月上旬、8月份下旬），大通湖水可通過五門閘自流外排，藕池東支引水可自流外排時段為二者重疊時段，即藕池東支水位高于千山紅水位且五門閘內水位高于五門閘外水位時段，二者重疊時段平均天數為27.0天。③大通湖水位與五門閘外水位之差0～0.5 m時段為13.2天，0.5～1.0 m時段為5.8天，1.0 m以上時段為1.6天，藕池東支水位＞千山紅水位＞五門閘外水位且后二者水頭差大于0.5 m的平均天數為7.4天。④藕池東支水位＞千山紅水位＞五門閘外水位且三者水頭差大于0.5 m的平均天數為5.4天。

3.2 藕池東支水質分析

根據環保部門提供的藕池東支2017年1月—2020年1月份東支水質資料,藕池東支水質為Ⅱ～Ⅲ類水質（河道標準），但藕池東支中總氮含量較高，達到Ⅴ類甚至劣Ⅴ類水質標準，根據現行河道水質檢測標準，總氮不納入河道水質分類標準，只作為河道營養化評價依據。

中國環境科學研究院將藕池東支水質和大通湖湖心處監測水質進行對比，用于評估調水后的水質改善效果，主要關注時段為6—8月，主要結論如下：

1）高錳酸鹽：2017—2019年，大通湖高錳酸鹽指數呈明顯上升趨勢，現已接近III類水上限。2019年6—8月，藕池河東支的高錳酸鹽指數僅為大通湖的1/3～4/5，調水后，對大通湖有明顯改善作用。

2）氨氮：2019年藕池東支和大通湖氨氮濃度基本相當，兩者都遠低于III類水上限，調水不會明顯引起大通湖氨氮變化。

3）磷：2019年6—8月，藕池東支的總磷濃度為大通湖的1/3～2/3；2017—2018年汛期，藕池東支濃度遠低于大通湖，調水有利于改善大通湖總磷。

4）總氮：2018和2019年6—8月，藕池東支的總氮濃度最好監測數據為V類，超過一半時間為劣V類，調水引起大通湖總氮污染。總體結論為：藕池東支調水改善指標為高錳酸鹽、總磷，中性平衡指標為氨氮，惡化指標為總氮。

另根據2016—2019年大通湖水質情況，總氮和總磷自2017以來一直都超負荷，總磷一直超標；總氮屬于不穩定因素，每年波動范圍較大，如果藕池東支引水總氮超標，可能導致大通湖水質惡化。

4 補水工程規模

藕池東支補水工程主要是針對大通湖水系當前存在的問題，通過在明山泵站新建引排水閘實現大通湖和藕池東支的自流連通。當藕池東支水位較高時，通過引排閘自流向大通湖補水，再經大東口排出；枯水期通過引排閘將五七閘所引之水或大通湖水自流排入藕池東支，不僅給大通湖提供新的“活水”來源，同時還能促進大通湖內部水體的流動。結合引排閘新建內低水位高揚程泵站，使大通湖水位較低不能自流外排且不能通過明山泵站開機外排時，能啟動低水位高揚程泵站向外排水以降低大通湖水位，同時將低水位高揚程泵站作為明山泵站的備用機組，提高大通湖垸的排澇能力和排澇保證率。

《大通湖流域水環境治理（截污活水）實施方案》擬在老蘇河及明山電排渠接大通湖的河口位置新建節制閘，非汛期關閉節制閘截斷老蘇河及明山電排渠匯集的流入大通湖的雨污水，使其通過明山引排水閘自流或低水位高揚程電排提排入藕池河東支。排澇設計流量為39 m3/s。

當大通湖需進行內湖與外河之間水體交換時，可通過明山引排水閘及低水位高揚程泵站將五七閘所引之水自流或提排入藕池東支，從而促進大通湖南、北部水體的流動，提高水體自凈能力，達到生態活水目的。《大通湖流域水環境治理（截污活水）實施方案》擬通過改造五七閘沉螺池、疏通河道、加固沿線岸坡提升五七運河補水效率，將五七運河補水能力提升至40m3/s。

根據《大通湖水生植被種植與水質改善實施方案（2020年9月—2021年4月）》“湖內水位控制在25.78 m以下，水生植物能夠順利且快速生長”。假定5天、15天、30天內將大通湖水位由26.28 m降至25.78 m，需排水流量分別為112 m3/s、37 m3/s、19 m3/s。

通過分析以上三種工況，在排澇工況和活水工況下，引排水閘及低水位高揚程泵站排水流量分別為39 m3/s、40 m3/s。在水草種植工況下，5天、15天、30天將水位降至25.78 m時對應流量下泵站所需裝機分別為12 000 kW、4 000 kW、2 000 kW。經技術經濟比較，水草種植所需提排流量選取37 m3/s較為合適。

綜合上述分析對比，確定引排水閘及排澇泵站排水流量均不得小于40 m3/s，即引排水閘設計排水流量取40 m3/s，泵站設計排水流量取40 m3/s。因引排水閘年平均引水天數僅5.4天，其主要功能為排水，故以排水流量確定的涵閘規模來推算引水流量。根據分析計算，相同規模涵閘引水時引排水閘涵洞內平均水深2.36 m，大于排水時涵洞內平均水深1.66 m，即在相同洞徑下引水流量大于排水流量，對應40 m3/s排水流量洞徑下，最大引水能力為114 m3/s。

5 結論及建議

大通湖地處洞庭湖湖沼平原，是湖南省最大的內湖。一直以來，大通湖在保障流域內3個縣（市、區）14個鄉鎮（辦事處）工農業正常生產及62.76萬居民的生命財產安全方面發揮著巨大作用。但隨著社會經濟的發展，大通湖水生態環境污染嚴重，對流域水生態安全造成嚴重威脅。

引排水閘具有引水和排水雙重功能，排水設計流量為40 m3/s，引水最大能力可達到114 m3/s。大通湖藕池東支補水工程的實施，能實現大通湖和藕池河東支的自流連通，不僅能從垸外水系引入新的“活水”，還能極大促進大通湖南、北部水體的流動，有效提高水體自凈能力，改善水質；能有效降低大通湖水位，滿足大通湖環境治理水草種植需求，從而改善水生態環境；內低水位高揚程泵站能作為明山泵站的備用機組，提高大通湖垸的排澇能力和排澇保證率；同時還能推動當地社會經濟的發展。工程的社會、生態、經濟效益顯著，是一項利國利民的社會公益型工程。工程技術上可行，經濟上合理，建議盡快實施。