太湖流域骨干工程聯合調度效果分析
——以望虞河、走馬塘工程為例

廖志盛，馬農樂，薛 宣

（1.廣州華申建設工程管理有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524037；2.上海東南工程咨詢有限責任公司，上海 200434）

望虞河既是太湖流域洪水北排長江的主要泄洪河道，又是流域引長江水入太湖的“引江濟太”通道，對流域整體供水安全起著重要作用。為避免望虞河西岸污水的影響，統籌解決望虞河西岸地區排水出路問題，充分發揮望虞河引江濟太效益和效率，實施望虞河西岸控制工程和走馬塘拓浚延伸工程，實現“引江濟太”期間引排分開、清污分流，形成望虞河引江清水通道。平原河網地區，眾多水閘、泵站和堤防等水利工程是控制河網地區水位、調節流量的重要設施，通過對水利工程聯合調度實現河網區域防洪、排澇和引水、灌溉、改善水環境及航運等調度功能的需要。本文在開展調度需求分析基礎上，提出聯合調度的方向和方案，分析不同調度方案對望虞河引江濟太以及西岸地區的影響，確定工程聯合調度方案，促進望虞河西岸地區水體有序流動，為工程調度方案提供技術參考。

1 工程概況

（1）望虞河西岸控制工程是《太湖流域防洪規劃》提出的望虞河后續工程主要工程內容之一，也是國務院批復的《太湖流域水環境綜合治理總體方案》中近期優先安排實施的治理工程項目，同時也是《太湖流域綜合規劃》中確定的重要工程項目。主要建設內容包括新建支河口門建筑物35 座及水系調整等。水系調整包括新開河道約5.78 km、疏浚河道約34.1 km 等。同時，為緩解望虞河西岸控制對地區河網水環境等方面的影響，望虞河引水期間，通過支河口門適當向西岸地區補水，設置望虞河西岸8 m3/s補水泵站，同時設置了3.5 m3/s的備用泵站。

（2）河道全長66.51 km，南起京杭運河，利用現有沈瀆港、走馬塘、錫北運河，穿越無錫市錫山區東北部，于常熟市王莊東北沿常熟、張家港兩市交界處平地開河至張家港七干河，與張家港立交后經七干河入長江。望虞河西岸控制工程實施后，為解決“引江濟太”期間望虞河西岸的排水出路，將西岸地區走馬塘北排長江，提高“引江濟太”效率。即望虞河引江濟太期間，望虞河西岸地區遭遇5 a 一遇設計降雨時，西岸地區的洪水由走馬塘拓浚延伸工程北排長江，同時承擔引水初期望虞河水體置換的部分退水任務。

2 聯合調度需求分析

2.1 流域層面

2.1.1 太湖水位

太湖流域多年平均水資源總量約176 億m3，遠遠不能滿足流域用水需求，為提高太湖的供水能力以及水環境承載能力，太湖最低旬平均水位不宜低于2.80 m。根據2011年國家防總批復的《太湖流域洪水與水量調度方案》（國汛〔2011〕17 號），當太湖水位低于調水限制水位時相機實施水量調度。太湖調度控制水位見圖1。

2.1.2 引江濟太入湖效率

統計2002 年后10 余年引江濟太數據，望虞河平均引水入湖率為46.11%。為保障太湖供水安全，水量分配方案對望虞河入湖效率提出要求，望虞河西岸控制工程實施后，多年平均引水入湖效率達到68.4%，同時，望虞河引水入湖時，東岸口門分水比例不超過常熟水利樞紐引水量的30%，且分水總流量不超過50 m3/s；西岸口門不得向望虞河排水，可視西岸地區水環境狀況，適當從望虞河引水，維持西岸主要支流斷面水質類別不降低。“引江濟太”入湖水量及入湖效率統計見表1。

表1 引江濟太入湖水量及入湖效率統計

2.1.3 望虞河入湖水質

《太湖流域洪水與水量調度方案》中要求水量調度時，當望亭水利樞紐閘下水質調度指標和參考指標均滿足Ⅲ類標準時，望亭水利樞紐開閘向太湖輸水；當望亭水利樞紐閘下水質調度指標滿足Ⅲ類標準，水質調度參考指標為Ⅳ類標準時，如望虞河大橋角新橋水質調度參考指標滿足Ⅲ類標準，望亭水利樞紐可控制向太湖輸水。

為保證望虞河入湖水質，“引江濟太”調度中通過望亭樞紐控制未達標水流進入太湖，常熟樞紐初期引水對望虞河水體進行置換，需要走馬塘工程承擔望虞河西岸地區排水任務。

2.2 區域層面

2.2.1 水資源需求

望虞河西岸地區需維持一定的水位用于滿足農業灌溉、航運及水環境改善等需求，相關規劃中明確了望虞河西岸地區的青陽站、無錫站的允許旬平均最低水位、河道內需水控制指標均為2.80 m。在枯水年或枯水期，西岸地區主要靠引長江水來補充河網水資源的不足。

2.2.2 水環境需求

根據監測資料，望虞河西岸地區水環境質量總體較差，各支流水質類別基本以Ⅳ～劣Ⅴ類為主，張家港水質較差。監測的71 個功能區108 個斷面（點）中，水質綜合評價為Ⅱ類的斷面占總監測斷面數的12.0%，Ⅲ類的斷面占13.0%，Ⅳ類和Ⅴ類分別占16.7%和27.8%，其余為劣Ⅴ類，占30.6%，低于Ⅲ類水標準的斷面占75.0%。在望虞河西岸支河敞開的現狀工情下，“引江濟太”期間由于望虞河引水的分流影響，各支流水質有所改善，水質基本優于非“引江濟太”期間，部分水質指標能夠提升1 個類別左右，非“引江濟太”期間西岸支流的水質基本維持在V～劣Ⅴ類。對望虞河西岸伯瀆港、九里河等主要支流水質主要超標指標NH3-N 均值的月際變化分析，1～4 月西岸地區NH3-N 指標均值為2.41 mg/L，水質類別為劣Ⅴ類，在全年相對較差，且根據對西岸地區代表站水位的分析，1～4 月水位在全年相對較低。望虞河西岸地區水環境質量評價統計見圖2。

2.2.3 排澇需求

走馬塘工程實施前，望虞河是西岸錫澄虞片區的主要泄洪排澇通道。為了充分發揮“引江濟太”效益，提高望虞河連續引水入湖的效率，根據走馬塘延伸拓浚工程及望虞河西岸控制工程的功能定位，走馬塘工程需聯合望虞河西岸控制工程，解決“引江濟太”期間望虞河西岸地區5 a 一遇以下（無錫水位低于4.0 m）洪水的排泄，將西岸地區東排望虞河改為走馬塘北排長江，滿足引江濟太期間西岸地區排水需要。

3 聯合調度方案設計

3.1 方案思路

望虞河是流域骨干引水河道，周邊區域相關工程調度與“引江濟太”效益關系密切。因此，針對望虞河西岸控制工程、走馬塘拓浚延伸工程、白屈港控制線及沿江口門等工程聯合調度，盡可能促進西岸地區水體有序流動，減少對望虞河引水入湖的影響。其中，望虞河西岸控制工程根據太湖水位分級控制合理流量向西岸地區補水；走馬塘延伸拓浚工程在解決西岸地區5 a 一遇以下澇水北排的同時，根據西岸地區水資源條件適時排水，促進地區水體流動，緩解西岸控制對區域排水、水環境的影響。

3.2 方案設計

方案設計的方向為：一是對西岸補水進行空間和時間優化，即對西岸支流中錫北運河以南區域重點河道進行補水，并考慮在水質較差的重點時段（1～4月）進行補水；二是充分利用西岸地區沿江引排能力較強的區位優勢，對白屈港控制線和沿江張家港閘進行聯合調度。主要設計4個方案（見表2）。

表2 聯合調度方案設計

4 數值模擬計算及效果分析

4.1 數值模擬計算

采用應用比較成熟的太湖流域水量水質數學模型進行數值模擬計算，計算范圍為太湖流域全部面積36 895 km2，骨干河網水系概化為河道近1800條、總長超過1.5 萬km，河道斷面超過10 000 個；調蓄節點60 余個、控制建筑物245 個，由1698 個節點相連；邊界河道101條，其中潮位邊界47條，環太湖水位邊界31條，山區入流流量邊界20條，骨干河網水系概化見圖3。選取1971 年（90%頻率枯水典型年）進行數值模擬計算，統計分析水量、水位、水質等變化情況，以評估不同調度方案的效果。

4.2 調控效果分析

4.2.1 太湖及地區水位

1971 年型下，WZ-1、WZ-2、WZ-3 三種方案太湖計算水位過程基本沒有變化（見圖4），3個方案均基本上不會對太湖水位產生明顯影響。WZ-1 方案、WZ-2 方案最低旬均水位均為2.72 m，與WZ-0方案一樣；WZ-3 方案最低旬均水位為2.71 m，較WZ-0方案降低了1 cm。

WZ-1～WZ-3方案無錫及青陽最低旬平均水位均高于河道控制指標2.80 m，可以滿足區域水資源需求。WZ-1 方案西岸時空優化方案水位與WZ-0方案沒有變化；WZ-2 方案由于對白屈港控制線進行適度控制后，白屈港西岸地區入白屈港水量減少，青陽最低旬平均水位抬升了3 cm；WZ-3方案同時對白屈港控制線適度控制及沿江張家港閘排水優化后，無錫最低旬平均水位降低了1 cm。區域主要代表站4～10月最低旬平均水位見表3。

表3 區域主要代表站4～10月最低旬平均水位m

4.2.2 區域水量交換

（1）望虞河引水入湖水量。WZ-1 方案對望虞河西岸工程補水流量的分配進行時間及空間優化，水資源調度期間及引水入湖期間望虞河引水入湖效率較WZ-0 方案相比基本沒有變化，不會對流域“引江濟太”造成影響；WZ-2 方案及WZ-3 方案在WZ-0 方案的基礎上，對白屈港控制線適度控制或沿江張家港閘排水優化后，導致走馬塘以西、錫北運河以北區域進入走馬塘水量減少，望虞河西岸口門出望虞河特別是張家港出望虞河水量明顯增多，“引江濟太”期間望虞河引水入湖效率逐漸下降，與WZ-0方案相比，WZ-2方案下降3%左右，WZ-3方案則下降了8%，WHY-3 方案的引水入湖效率為66%，低于《水量分配方案》中多年平均引水入湖效率68.4%的要求。1971 年型望虞河引水入湖期間進出水量計算成果對比見表4。

表4 1971年型望虞河引水入湖期間進出水量計算成果對比

（2）望虞河西岸分流水量。1971 年型集中引水期時段相同，望虞河西岸分流水量與WZ-0 方案相比，WZ-1 方案基本沒有變化，WZ-2 方案增多0.59 億m3、WZ-3 方案增多1.63 億m3。主要因張家港尚未建設口門建筑物，而望虞河西岸其他口門均進行了有效控制，不統計張家港分流量的情況下，各方案望虞河西岸支流的分流水量基本相當。由于WZ-1～WZ-3方案對望虞河西岸各河道的分水流量進行了空間優化，西岸各支流間補水量的分配發生了變化，主要表現為南部伯瀆港、楊安港分流量較WZ-0 方案相比分別增加了0.11 億m3，北部錫北運河分流量則減少了0.13 億m3。1971 年型引水入湖期間望虞河西岸分流水量對比見表5。

（3）走馬塘工程進出水量。與基礎方案相比，WZ-1 方案對走馬塘西岸匯入走馬塘水量影響不大，走馬塘東岸（望虞河西岸）錫北運河以南河道匯入走馬塘水量增加了約0.3 億m3，對望虞河西岸錫北運河以南區域水體有序流動和水環境產生有利影響。WZ-2方案走馬塘西岸匯入走馬塘的總水量有所減少，但位于走馬塘西岸錫北運河以南的伯瀆港、九里河、雙涇河等支流匯入走馬塘的水量較WZ-0方案增加了1.04億m3，同時，走馬塘東岸錫北運河以南河道匯入走馬塘水量也增加了0.67億m3，有效拉動了走馬塘兩岸錫北運河以南區域的水流進入走馬塘。WZ-3方案沿江張家港樞紐排水量增加，從而促進錫北運河以南區域走馬塘東西兩岸匯入水量較WZ-0 方案分別增加了0.85 億m3和1.50億m3，促進了錫北運河以南區域水體的有序流動。1971 年型引水入湖期間走馬塘工程進出水量對比見表6。

表6 1971年型引水入湖期間走馬塘工程進出水量對比表億m3

（4）武澄錫虞區進出水量。與WZ-0 方案相比，WZ-1方案的武澄錫虞區入長江、武澄錫虞區出運河及入望虞河水量變化不大；WZ-2 方案武澄錫虞區沿江調度代表站青陽水位有所升高，入長江水量相應有所增加；WZ-3 方案由于張家港沿江樞紐加大排江，經張家港分流望虞河水量有所增加，入望虞河水量有較大幅度減少，在河道水質較差的情況下，望虞河引水及西岸地區水質產生有利影響。1971 年型引水入湖期間武澄錫虞區進出水量對比見表7。

表7 1971年型引水入湖期間武澄錫虞區進出水量對比表億m3

4.2.3 水質指標變化

（1）望虞河沿線水質。水質指標主要分析COD、NH3-N 濃度變化（見表8），計算成果表明，引江濟太期間望虞河干流自長江口至太湖沿程水質總體較好，由于望虞河西岸張家港尚未建閘控制，導致較差水體匯入望虞河后造成虞義大橋斷面水質指標濃度上升，而后沿程逐漸下降。其中WZ-3方案的下降幅度最大，望虞河大橋角新橋斷面COD平均濃度降低了2.4%，NH3-N 平均濃度降低了12%。1971 年型望虞河沿線引水入湖期間水質計算成果對比見表8。

表8 1971年型望虞河沿線引水入湖期間水質計算成果對比%

（2）望虞河西岸河網水質。分析望虞河西岸地區骨干河道斷面水質，與WZ-0方案相比，大多數支流水質有所改善，其中張家港沿線區域及錫北運河以南區域改善幅度較為顯著，3 個方案的水質改善效果為WZ-3 方案＞WZ-2 方案＞WZ-1 方案。“引江濟太”期間和重點時段1～4月，對西岸各支流補水流量的空間分配進行了優化調整，引水入湖期間WZ-1～WZ-3 方案中伯瀆港、九里河等重點增大補水流量的西岸支流水質有所改善，伯瀆港NH3-N改善幅度在20%～30%，效果較好。1971 年型望虞河西岸區域引水入湖期間水質計算成果對比見表9。

表9 1971年型望虞河西岸區域引水入湖期間水質計算成果對比%

5 結語

望虞河和走馬塘工程聯合調度，實現望虞河西岸地區水體有序流動，同時也保證引“引江濟太”湖效率，可充分發揮工程效益，實現引江濟太效益最大化。

（1）WZ-1 方案優化望虞河西岸控制工程補水流量的時間和空間分布，對太湖、地區水位以及望虞河“引江濟太”入湖效率基本無影響，錫北運河以南區域北排水量增加了0.3億m3；WZ-2方案在WZ-1方案的基礎上，對白屈港進行適當控制后，導致望虞河引江入湖期間西岸出望虞河水量較WZ-0方案增多0.59億m3，“引江濟太”入湖效率降低3%，走馬塘西岸錫北運河以南區域北排水量增加1.04億m3，望虞河沿線水質改善0.7%～9.1%；WZ-3 方案在WZ-2方案的基礎上，沿江張家港閘排水后，導致望虞河引江入湖期間西岸出望虞河水量較WZ-0方案增多1.63億m3，“引江濟太”入湖效率降低8%，走馬塘西岸錫北運河以南區域北排水量增加1.50億m3，望虞河沿線水質改善2.4%～19.7%。

（2）望虞河引水期間通過西岸支河口門進行適當的水資源調度，并結合現狀水質分析情況在區域水質相對較差的重點時段1～4 月加大補水，改善錫北運河以南地區水環境，解決西岸地區因“控”致“滯”問題，對望虞河西岸地區水環境改善是有利的。

（3）綜合各方案水量、水位、水質影響的分析成果，WZ-2、WZ-3 方案分別對白屈港控制線進行適當控制、沿江張家港樞紐排水，能夠有效形成區域的有序循環；但由于張家港與望虞河無口門建筑物控制，會導致望虞河西岸分流水量有所增多，對引江濟太入湖效率造成不利影響，低于多年平均引水入湖效率68.4%的要求，且張家港是江蘇的省級重要航道，在實際應用中應予以控制性排水。

（4）隨著區域治理工程的推進，特別是走馬塘沿江泵站建成后，建議進一步深化研究區域控制工程的聯合調度方案，綜合考慮航運需求實現精準化調度，充分發揮工程綜合效益。