多目標(biāo)協(xié)同的洪澤湖水量調(diào)度方案研究

焦 軍 顧雨田 曹先樹 詹同濤

一、洪澤湖概況

洪澤湖是淮河流域最大的淡水湖，位于淮河下游，蘇北平原中部，湖面分屬淮安、宿遷兩市，為淺水型湖泊，湖內(nèi)平均水深1.35m，最大水深4.75m。湖盆呈淺蝶形，岸坡平緩，由湖岸向湖心呈緩慢傾斜，湖底平坦，總體上湖盆西高東低，由西北向東南傾斜。洪澤湖死水位11.30m（廢黃河高程基準(zhǔn)，下同），死庫容7.00 億m3；汛限水位12.50m，相應(yīng)庫容22.31 億m3；正常蓄水位13.50m，庫容38.35億m3。洪澤湖具有防洪除澇、水資源供給、生態(tài)保護(hù)等多種功能，具體體現(xiàn)在以下方面：

（1）洪澤湖承泄淮河上中游15.8 萬km2的來水，經(jīng)三河閘控制由入江水道通過高郵湖入江，經(jīng)入海水道和蘇北灌溉總渠入海，經(jīng)淮沭河可利用新沂河入海通道分泄部分淮河流域洪水，是淮河流域洪水調(diào)度的重要組成部分。

（2）南水北調(diào)東線工程利用京杭大運(yùn)河將沿線洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖作為調(diào)蓄湖泊，經(jīng)泵站逐級提水北送，經(jīng)過多年運(yùn)行，洪澤湖在南水北調(diào)東線工程的作用越來越重要。

（3）湖區(qū)分布著洪澤區(qū)洪澤湖周橋干渠水源地飲用水水源保護(hù)區(qū)、泗陽縣成子湖盧集飲用水水源保護(hù)區(qū)、泗洪縣成子湖龍集飲用水水源保護(hù)區(qū)，洪澤湖是淮安、宿遷重要的城鄉(xiāng)供水水源地。

（4）沿湖分布有運(yùn)南灌區(qū)、洪金灌區(qū)、蔣壩灌區(qū)、三河農(nóng)場雙橋灌區(qū)、孫莊灌區(qū)、北圩灌區(qū)等大量灌區(qū)，現(xiàn)狀洪澤湖用水量中農(nóng)業(yè)用水約占八成，洪澤湖已成為沿湖周邊農(nóng)田灌溉用水的重要水源保障。

（5）湖內(nèi)建有洪澤湖南線、北線、西線和西南線航道，是溝通淮河、京杭運(yùn)河、長江和黃海的重要航運(yùn)樞紐，隨著高良澗復(fù)線船閘、蔣壩復(fù)線船閘等的興建，洪澤湖在淮河流域水運(yùn)交通樞紐中也發(fā)揮著越來越大的作用。

（6）周邊有泗洪洪澤湖濕地國家級自然保護(hù)區(qū)、洪澤湖東部濕地省級自然保護(hù)區(qū)、盱眙縣陡湖濕地市級自然保護(hù)區(qū)，以及洪澤湖銀魚、青蝦、河蜆、秀麗白蝦、鱖魚、黃顙魚等國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)等重要生態(tài)保護(hù)對象，是國家重要的濕地生態(tài)自然保護(hù)區(qū)。

除以上主要功能外，洪澤湖還兼有水力發(fā)電以及漁業(yè)養(yǎng)殖、采砂、旅游等功能。按照最嚴(yán)格水資源管理制度的要求，堅(jiān)持“系統(tǒng)治理”的治水思路，全面統(tǒng)籌洪澤湖水安全、水資源、水生態(tài)、水環(huán)境，必須立足于洪澤湖保護(hù)治理、開發(fā)利用全局，在洪澤湖各單目標(biāo)功能調(diào)度方案和管理規(guī)定基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)整合形成多目標(biāo)協(xié)同的洪澤湖水量調(diào)度方案，以最大程度發(fā)揮洪澤湖整體效益，充分保障防洪、供水、生態(tài)、灌溉、航運(yùn)等多目標(biāo)用途。

二、單一功能洪澤湖調(diào)度分析

（一）洪水調(diào)度

（1）洪澤湖汛限水位為12.5m。當(dāng)預(yù)報(bào)淮河上中游發(fā)生較大洪水時(shí)，洪澤湖應(yīng)提前預(yù)泄，盡可能降低湖水位。

（2）當(dāng)洪澤湖水位達(dá)到13.5m 時(shí)，充分利用入江水道、蘇北灌溉總渠及廢黃河泄洪；淮、沂洪水不遭遇時(shí)，利用淮沭河分洪。

（3）洪澤湖水位達(dá)到13.5～14.0m，啟用入海水道泄洪。

（4）當(dāng)預(yù)報(bào)洪澤湖水位將達(dá)到14.5m 時(shí)，三河閘全開敞泄，入海水道充分泄洪，在淮、沂洪水不遭遇時(shí)淮沭河充分分洪。

（5）當(dāng)洪澤湖水位達(dá)到14.5m 且繼續(xù)上漲時(shí)，濱湖圩區(qū)破圩滯洪。

（6）當(dāng)洪澤湖水位超過15.0m 時(shí)，三河閘控泄12000m3/s。如三河閘以下區(qū)間來水大且高郵水位達(dá)9.5m，或遇臺風(fēng)影響到里運(yùn)河大堤安全時(shí)，三河閘可適當(dāng)減少下泄流量，確保洪澤湖大堤、里運(yùn)河大堤安全。

（7）當(dāng)洪澤湖水位超過16.0m 時(shí)，入江水道、入海水道、淮沭河、蘇北灌溉總渠等適當(dāng)利用堤防超高強(qiáng)迫行洪，加強(qiáng)防守，控制洪澤湖蔣壩水位不超過17.0m。

（8）當(dāng)洪澤湖蔣壩水位達(dá)到17.0m，且仍有上漲趨勢時(shí)，利用入海水道北側(cè)、廢黃河南側(cè)的夾道地區(qū)泄洪入海，以確保洪澤湖大堤的安全。

（二）供水調(diào)度

洪澤湖汛期來水比較豐富，各部門用水需求往往能得到滿足，供水調(diào)度主要是做好用水統(tǒng)計(jì)，在非汛期或枯水時(shí)段，湖內(nèi)水資源不能滿足所有用戶用水時(shí)，需要根據(jù)各用水戶的優(yōu)先保障次序，協(xié)調(diào)各用水戶之間的關(guān)系。

洪澤湖供水調(diào)度的核心是確定各用水戶的優(yōu)先保障次序，根據(jù)洪澤湖供水功能定位，洪澤湖應(yīng)優(yōu)先滿足城鄉(xiāng)居民生活用水、保障生態(tài)用水、合理安排工業(yè)生產(chǎn)用水、兼顧農(nóng)業(yè)灌溉用水及航運(yùn)用水。

當(dāng)洪澤湖水資源不足時(shí)，按照供水優(yōu)先次序進(jìn)行保障，必要時(shí)采取限制低優(yōu)先級用水戶的措施保障高保障率用水需求，當(dāng)采取限制用水措施時(shí)，根據(jù)旱情災(zāi)害程度，限制用水次序?yàn)椋恨r(nóng)業(yè)、高耗水工業(yè)、一般工業(yè)、河道外生態(tài)等用水。

（三）引調(diào)水工程調(diào)度

（1）洪澤湖入湖徑流優(yōu)先滿足當(dāng)?shù)卦杏盟枨蠛髤⑴c東線一期工程統(tǒng)一調(diào)度。

（2）東線一期工程調(diào)水優(yōu)先保障供水區(qū)內(nèi)城市用水，兼顧江蘇省現(xiàn)有江水北調(diào)工程供水區(qū)和安徽省洪澤湖用水區(qū)的農(nóng)業(yè)用水，京杭運(yùn)河航運(yùn)用水。

（3）洪澤湖汛限水位12.5m（蔣壩站，下同），正常蓄水位13.5m。抽蓄控制水位汛期為12.5m，非汛期為13.0m。北調(diào)控制水位11.9～12.5m。

（4）非汛期（10 月—翌年5 月）調(diào)度：①洪澤湖水位高于北調(diào)控制水位、低于抽蓄控制水位13.0m時(shí)，按照洪澤湖以北調(diào)水、當(dāng)?shù)赜盟秃闈珊湫钏蟪樗彼停虎诤闈珊桓哂诔樾羁刂扑?3.0m、低于正常蓄水位時(shí)，停止抽江水充蓄洪澤湖，按照洪澤湖以北調(diào)水和當(dāng)?shù)赜盟蟪樗彼汀?/p>

（5）汛期（6—9 月）調(diào)度：①洪澤湖水位高于北調(diào)控制水位、低于汛限水位12.5m 時(shí)，視雨水情，按照洪澤湖以北調(diào)水、當(dāng)?shù)赜盟秃闈珊湫钏蟪樗彼停虎诤闈珊桓哂谘聪匏?2.5m 時(shí)，服從防汛抗旱調(diào)度要求。

（6）枯水時(shí)段調(diào)度，洪澤湖水位低于北調(diào)控制水位時(shí)，充分利用長江～洪澤湖段各梯級泵站抽江水北送，新增裝機(jī)規(guī)模抽江水量優(yōu)先滿足北方城市用水。

（7）北調(diào)控制水位，是為保護(hù)洪澤湖原有用水利益而確定的湖泊水位，一般情況下，低于此水位時(shí)，停止抽湖泊既有蓄水北調(diào)出省。

（四）生態(tài)調(diào)度及應(yīng)急調(diào)度

（1）以蔣壩作為洪澤湖最低生態(tài)水位保障主要控制斷面，最低生態(tài)水位11.3m。

（2）洪澤湖最低生態(tài)水位保障納入洪澤湖水量統(tǒng)一調(diào)度，在年度水量調(diào)度計(jì)劃、月水量調(diào)度方案和實(shí)時(shí)調(diào)度指令實(shí)施過程中滿足最低生態(tài)水位保障目標(biāo)。制定洪澤湖年度水量調(diào)度計(jì)劃和月水量調(diào)度方案時(shí)，應(yīng)充分考慮保障蔣壩最低生態(tài)水位目標(biāo)的需要，實(shí)施重要控制性水利工程聯(lián)合調(diào)度，加強(qiáng)取用水管理，保障蔣壩最低生態(tài)水位。

（3）當(dāng)洪澤湖蔣壩水位小于預(yù)警水位時(shí)，在保障生活供水和高保證率生產(chǎn)用水安全的前提下，適時(shí)調(diào)度跨流域調(diào)水工程體系、重要水利工程以保證最低生態(tài)水位。

（4）河道外用水管控要求：江蘇省、安徽省依據(jù)下達(dá)的年度取用水計(jì)劃和月調(diào)度方案，加強(qiáng)取用水管理，依據(jù)區(qū)域供水和需水情況、來水條件、調(diào)水條件，合理安排用水次序及用水量，通過工程調(diào)度和取用水管控實(shí)現(xiàn)生態(tài)水位目標(biāo)。當(dāng)遇枯水期或特枯水年、連續(xù)枯水年，蔣壩生態(tài)水位不達(dá)標(biāo)時(shí)，淮委會商江蘇省、安徽省水行政主管部門，在優(yōu)先保障生活用水的前提下，制定河道外取用水壓減方案，由兩省水行政主管部門負(fù)責(zé)實(shí)施。限制用水的次序一般為：農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)和服務(wù)業(yè)等用水。

（5）應(yīng)急調(diào)度：省級及以上相關(guān)主管部門啟動抗旱應(yīng)急響應(yīng)時(shí)，優(yōu)先滿足生活用水，兼顧生產(chǎn)用水需求，努力保障最低生態(tài)水位。遇重大突發(fā)水污染事件，淮委按照《淮委應(yīng)對重大突發(fā)水污染事件工作實(shí)施辦法》，配合地方人民政府和有關(guān)部門做好處置應(yīng)對。

三、多目標(biāo)協(xié)同調(diào)度方案研究

（一）綜合調(diào)度目標(biāo)

多目標(biāo)協(xié)同的洪澤湖綜合調(diào)度旨在通過統(tǒng)籌協(xié)調(diào)洪澤湖保護(hù)治理、開發(fā)利用各種功能目標(biāo)，在現(xiàn)有各單目標(biāo)功能調(diào)度基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)協(xié)同、多方案集成，更大程度發(fā)揮洪澤湖整體效益，促進(jìn)洪澤湖水資源治理提質(zhì)增效，大幅提高洪澤湖防洪保安全、優(yōu)質(zhì)水資源、健康水生態(tài)、宜居水環(huán)境的幸福河湖社會功能，實(shí)現(xiàn)洪澤湖涉水效益“帕累托最優(yōu)”。

（二）協(xié)同調(diào)度原則

（1）洪澤湖水量調(diào)度服從防洪調(diào)度，堅(jiān)持防洪安全的原則。

（2）堅(jiān)持生態(tài)保護(hù)原則，在保障基本生活、生態(tài)基流前提下，加強(qiáng)洪澤湖生態(tài)保護(hù)。

（3）堅(jiān)持節(jié)水優(yōu)先、優(yōu)化配置原則。把區(qū)域節(jié)水水平作為年度用水計(jì)劃審核的重要環(huán)節(jié)和前提條件，強(qiáng)化水資源需求管理。

（4）堅(jiān)持用水總量控制和重要斷面水量控制原則。按照最嚴(yán)格水資源管理制度和洪澤湖水量分配方案，各行政區(qū)實(shí)施區(qū)域用水總量控制，重要控制斷面實(shí)施斷面水量或水位控制。

（5）堅(jiān)持統(tǒng)一調(diào)度原則。流域、區(qū)域、引調(diào)水等水利工程加強(qiáng)統(tǒng)一聯(lián)合調(diào)度，洪澤湖區(qū)域水量調(diào)度服從淮河流域水資源統(tǒng)一調(diào)度。

（6）堅(jiān)持滾動修正、適時(shí)調(diào)整原則。洪澤湖多目標(biāo)協(xié)同調(diào)度要密切關(guān)注不同時(shí)間尺度的調(diào)度執(zhí)行情況，根據(jù)實(shí)時(shí)水情、雨情、旱情、墑情、水庫蓄水量及用水情況等，對已下達(dá)的調(diào)度方案和調(diào)度指標(biāo)進(jìn)行滾動修正、適時(shí)調(diào)整，并下達(dá)實(shí)時(shí)調(diào)度指令。

（7）堅(jiān)持統(tǒng)籌兼顧、公平公正原則。合理安排供水對象及供水次序，協(xié)調(diào)好流域內(nèi)外、上下游、左右岸和相關(guān)地區(qū)利益。

（三）多目標(biāo)協(xié)同調(diào)度方案

（1）洪澤湖聯(lián)合統(tǒng)一調(diào)度的控制性水工程包括出入湖水利控制工程（二河閘、三河閘及高良澗閘）、南（江）水北調(diào)翻水泵站以及洪澤湖取用水口門。

（2）洪澤湖洪水調(diào)度服從淮河洪水統(tǒng)一調(diào)度，按照《淮河洪水調(diào)度方案》規(guī)定調(diào)度。

（3）汛期統(tǒng)籌興利需要，在初汛（6 月1—15 日），視天氣情況及用水需要，可逐步控制湖泊水位至汛限水位；在主汛期后（8 月15—9 月30 日），視雨水情及中長期預(yù)報(bào)，在不影響防洪和排澇的前提下，逐步由汛限水位抬高至汛末蓄水位13.0m，充分利用洪水資源。

（4）下泄水量調(diào)度以年度水量調(diào)度計(jì)劃確定的月下泄水量指標(biāo)為依據(jù)，年總量控制為目標(biāo)。通過出湖控制工程（二河閘、三河閘及高良澗閘）調(diào)度和洪澤湖取用水口門取用水管控共同實(shí)現(xiàn)調(diào)度目標(biāo)。

（5）供水調(diào)度優(yōu)先滿足城鄉(xiāng)居民生活用水、保障生態(tài)用水、合理安排工業(yè)生產(chǎn)用水、兼顧農(nóng)業(yè)灌溉用水及航運(yùn)用水。當(dāng)供水不能完全滿足或下泄水量不滿足相應(yīng)下泄指標(biāo)時(shí)，根據(jù)旱情災(zāi)害程度，限制用水次序?yàn)椋恨r(nóng)業(yè)、高耗水工業(yè)、一般工業(yè)、河道外生態(tài)等用水。

（6）生態(tài)水位調(diào)度以保障洪澤湖旬平均最低生態(tài)水位為目標(biāo)，以生態(tài)預(yù)警水位為調(diào)度啟動條件，主要利用南（江）水北調(diào)翻水泵站對洪澤湖進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)水。調(diào)度期間，嚴(yán)格湖區(qū)周邊取用水管控，禁止違規(guī)引用湖泊生態(tài)水量。

（7）南水北調(diào)東線工程調(diào)度應(yīng)服從流域水資源統(tǒng)一調(diào)度，根據(jù)調(diào)出區(qū)來水情況、受水區(qū)年度用水需求、調(diào)水規(guī)模等，合理確定和調(diào)整年度調(diào)水過程和調(diào)水量。

四、結(jié)語

（1）多目標(biāo)協(xié)同的洪澤湖水量調(diào)度方案框架與各單目標(biāo)調(diào)度方案共同構(gòu)成洪澤湖水資源綜合調(diào)度有機(jī)整體，通過子方案內(nèi)部及子方案間互適性協(xié)同優(yōu)化，最大程度發(fā)揮洪澤湖整體效益。

（2）加大遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能等新技術(shù)、新方法的應(yīng)用，不斷提高雨水情預(yù)報(bào)精度、延長預(yù)見期、提高預(yù)報(bào)效率是實(shí)現(xiàn)洪澤湖水資源科學(xué)調(diào)度、優(yōu)化調(diào)度、精準(zhǔn)調(diào)度的重要保障。

（3）按照系統(tǒng)觀念、全局思維，充分運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)，建設(shè)數(shù)字孿生洪澤湖，實(shí)現(xiàn)洪澤湖場景數(shù)字化、模擬智慧化、決策精準(zhǔn)化，是實(shí)現(xiàn)洪澤湖多目標(biāo)協(xié)同調(diào)度的必然選擇■