面向多目標需求下陽澄湖水量分配方案研究

許 強 汪院生 李燦燦

（江蘇省太湖水利規劃設計研究院有限公司，江蘇 蘇州 215106）

實行最嚴格水資源管理制度是實現水資源可持續利用、維系生態環境良性循環和支撐經濟社會可持續發展的迫切需要[1]。制定水量分配方案是實行最嚴格水資源管理制度的重要手段，是深入貫徹新發展理念，把水資源作為最大的剛性約束，推進水資源集約節約安全利用的重要內容[2]。

陽澄湖位于太湖流域陽澄淀泖區，是太湖流域重要的行蓄洪湖泊，也是蘇州市重要的供水水源地。陽澄湖分水邊界錯綜復雜，為加強陽澄湖水資源統一管理和調度，規范用水秩序，確保供水安全，提高用水效率，促進水資源優化配置，實現水資源的節約、保護及合理開發，助力區域經濟轉型升級及高質量發展，開展陽澄湖水量分配方案研究十分必要。

1 研究區域及研究方法

1.1 研究區域

陽澄湖位于太湖流域陽澄淀泖區中部、蘇州市區東北部，涉及蘇州工業園區、相城區和昆山市，湖面大部分屬于相城區。湖體總面積為117.4km2，南北長約17km，東西寬約11km。湖中的南北向狹長小島將湖體分割為東湖、中湖、西湖三部分，其中，東湖面積為51.7km2，占44.0%；中湖面積為34.1km2，占29.1%；西湖面積為31.6km2，占26.9%；三湖之間有河流港汊相互貫通匯成一體。陽澄湖湖體與周邊河網通過出入湖河道連接，環陽澄湖出入湖河道有59條，其中西線17條、北線12條、東線15條、南線15條，經常有水流進出的河道33條。

陽澄湖是太湖流域重要的淡水湖泊之一，具有防洪、供水、漁業養殖、生態、景觀、旅游等多種功能[3]。陽澄湖是蘇州工業園區第二水源地、相城二水廠水源地和昆山市涇河水廠、第三水廠和第四水廠的重要水源；同時，陽澄湖具有改善河網生態環境的作用，通過陽澄湖出湖河道引清水至城區，提高城區水體水容量，提升水體自凈能力。

1.2 研究方法

湖泊水量分配與流域、區域水量分配相比，有一定的差異性，如陽澄湖水源沒有明顯的集水范圍，主要依托區域控制性工程及合理調度來滿足湖泊水量[4-5]。此外，湖泊河道內外用水需求是合理分配水量、管住用水的重要抓手。為合理配置陽澄湖河道外用水和河道內進出水量，保障陽澄湖供水安全，維持湖泊生態健康穩定，本文構建了陽澄湖水位和水量目標體系，采用典型法，運用數值模擬分析，提出不同情景下陽澄湖水量分配方案。

1.2.1 水位目標體系

鑒于區域平原河網地區獨特的地形地貌和水文特點，河網水位變化相對平穩，可直接反映河湖水資源的狀況，不同的水位可反映湖泊不同的水量需求。因此，水量分配水位控制目標體系選用適宜水位及最小生態水位。

河網適宜水位是指在保障河網水體正常水資源供給、滿足湖泊綜合功能的情況下，能夠長期保持相對穩定的水位。最小生態水位是指能夠保障生活用水，維持湖泊生態健康、滿足基本生態環境用水的最低水位。

1.2.2 水量目標體系

陽澄湖可分配水量是指統籌沿長江、望虞河東岸口門引水量和本地水資源量，滿足生活、生產和生態環境用水需求，保證陽澄湖月平均水位不低于適宜水位下限，極端低水位滿足最小生態水位目標要求時，扣除環陽澄湖自然出湖水量后的最大出湖水量，包括河道內水量和河道外直接取水量[6-7]。

1.2.3 數學模型

本研究采用太湖流域水量水質數學模型[8]，該模型根據水文、水動力學等原理，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，建立適用于太湖流域水資源綜合規劃水利計算的系統平臺。該模型系統包括降雨徑流模型、河網水量水質數學模型。該模型經水利部及國家有關科技部門的鑒定認證，已應用于太湖流域水資源綜合規劃、太湖流域綜合規劃和相關工程前期技術論證，以及引江濟太水資源調度方案編制、太湖流域取水許可總量控制指標方案研究、太湖流域水量分配方案等相關技術工作中。

1.3 情景設計

采用典型年法，利用太湖流域水量水質數學模型，以保障陽澄湖供水安全和生態安全為前提，研究以陽澄湖為水源地的現狀及規劃取水需求下陽澄湖水量分配方案。

1.3.1 典型年

陽澄湖水量分配方案主要針對常態化水資源分配而非洪水年份的洪水資源分配，平水年相對常遇，模型計算分析選擇降水頻率為50%的平水年作為主要的分析年型。同時，為保障特殊缺水年份的供水安全和生態安全，增加降雨頻率為90%的枯水年進行分析。

陽澄湖所在的水利分區陽澄區多年平均降水量為1098.2mm，頻率為50%的降水量為1078.4mm，從降水時空分布來看，2000年陽澄淀泖區降水頻率接近50%，陽澄區降水頻率等于50%。因此，選取2000年作為陽澄湖水量分配50%頻率的典型年。陽澄區降水頻率為90%的降水量為846.7mm，從降水時空分布來看，1971年陽澄淀泖區降水頻率接近93%，陽澄區降水頻率等于92%，1971年區域整體水資源形勢更為不利。因此，選取1971年作為陽澄湖水量分配90%頻率的典型年。

1.3.2 情景設計

在滿足陽澄湖水位和水量控制指標體系下，以陽澄湖為水源，昆山市涇河水廠、第三水廠和第四水廠，工業園區二水廠和相城二水廠取水規模在現狀和規劃各情景下，針對常態調度期和枯水期，提出相應的陽澄湖水量分配方案，各情景見表1。

表1 陽澄湖水量分配情景設計

2 研究結果與討論

2.1 調度優化

許強等[9]基于頻率分析法和最小生物空間法，研究了滿足陽澄湖多功能目標需求下全年、汛期、非汛期及魚類產卵育幼期4種情況下的特征水位，綜合確定陽澄湖適宜生態水位為3.20m，最小生態水位為2.90m。本文水量分配水位控制目標采用該研究成果。

經分析，遇2000年平水年，在不加大七浦塘引江入湖水量的情況下，陽澄湖4月、5月、7月和8月月平均水位低于適宜水位（見圖1），影響了陽澄湖供水安全和生態安全。考慮到以陽澄湖為水源，園區二水廠和相城二水廠擴建后，河道外取水規模加大，應優化七浦塘引江調度，適當抬高泵引調度水位10cm、閘引調水水位10～20cm，進一步加大七浦塘引江調度水量，可保障各水廠現狀及規劃取水規模下的取水安全，并滿足環陽澄湖周邊地區河道內取水的合理需求。

圖1 優化七浦塘引江調度前后陽澄湖月均水位變化情況

2.2 水量分配方案分析

水量分配方案中，各行政區的可分配水量包含河道外水量和河道內水量[10]，河道外水量主要指以陽澄湖為水源的自來水廠取水戶直接?。ㄒ┧?，河道內水量指周邊地區環湖口門可從陽澄湖引水的水量。根據水廠現狀和規劃取水規模變化情況，分現狀和規劃兩種情景進行水量分配，現狀情景即基于水廠取水戶實際取水量進行水量分配；規劃情景即在現狀取水規?；A上，基于將工業園區二水廠取水規模擴建至5.8m3/s（50萬m3/d）和相城二水廠新增取水規模3.5m3/s（30萬m3/d）進行水量分配。

2.2.1 2000年平水年

在多年平均來水條件下，以確保飲用水安全和湖泊生態健康為前提，協調環湖地區河道內用水需求，現狀情景下陽澄湖周邊地區可分配水量分別為：姑蘇區15.00m3/s，工業園區17.35m3/s，昆山市26.90m3/s。水廠建成后陽澄湖周邊地區可分配水量分別為：姑蘇區15.00m3/s，工業園區20.85m3/s，相城區3.50m3/s，昆山市26.90m3/s。具體分配方案見表2。

表2 平水年陽澄湖周邊地區水量分配方案單位：m3/s

2.2.2 1971年枯水年

發揮長江口門引江能力，加大七浦塘引江入湖水量；加強環湖口門控制運用，適時減少環陽澄湖泵站河道內取用水，保障水源地供水安全和湖泊生態健康。現狀情景各行政區可分配水量分別為：姑蘇區14.00m3/s，工業園區16.35m3/s，昆山市24.90m3/s。規劃情景各行政區可分配水量分別為：姑蘇區12.00m3/s，工業園區17.85m3/s，相城區3.50m3/s，昆山市22.90m3/s。具體分配方案見表3。

表3 枯水年陽澄湖周邊地區水量分配方案單位：m3/s

2.3 水量分配方案合理性分析

水量分配方案合理性主要分析2000年平水年和1971年枯水年，在滿足適宜生態水位和最小生態水位的前提下，各方案行政區環湖河道出入湖流量與實際情況的符合性。通過對陽澄湖2007—2021年出入湖流量數據進行分析，剔除因骨干工程建設、河道內用水工程調度等人為影響的年份數據，可得出在現狀自然狀態下，姑蘇區、工業園區、昆山市的出湖流量占比分別為24%、28%、48%。由圖2可知，現狀和規劃情景下，2000年平水年和1971年枯水年各方案中姑蘇區、工業園區、昆山市的出湖流量占比與實際出湖流量占比基本相當，即本文采用典型年法，運用數值模擬分析各情景下陽澄湖水量分配方案符合實際，是合理的。

圖2 各情景方案出湖流量占比情況

3 結語

本文通過構建陽澄湖水位和水量目標體系，采用典型年法，運用數值模擬分析，提出不同情景下陽澄湖水量分配方案，可為進一步落實最嚴格水資源管理制度及促進水資源優化配置，實現水資源的節約、保護及合理開發提供依據，也為平原河網地區河湖分水提供技術方法。