高淳區農村水系連通方案研究

徐玉亭，邱 超，劉 聰

（南京市水利規劃設計院股份有限公司，江蘇南京 210000）

農村水系是農村水環境的重要載體，也是農村發展和人居環境改善密不可分的關鍵要素，而水系的連通是保持農村生態環境的穩定、維持生態系統可持續發展的重要保障。2019 年12 月，經江蘇省水利廳、財政廳組織專家評審，南京高淳區、吳江區和泗陽縣被初定為江蘇省第一批水系連通及水美鄉村建設試點縣。2020 年5 月29 日，江蘇省水利廳批復同意實施高淳區水系連通及農村水系綜合整治試點工程，工程總投資6.3 億元。

高淳項目區河道均屬于水陽江流域，周邊較大的水體主要有水陽江、運糧河和固城湖等。河道大部分為圩區內部河道，現狀區域水系大部分已能保障連通性，但仍存在部分河道之間的連通節點未打通或無控制、現狀引排水設施規模不足等問題。

本文結合南京市高淳區水系連通及農村水系綜合整治試點縣工程，通過對工程實施區現狀引水節點、引排水體系和水系連通方面存在問題的分析，提出了水系連通總體設計思路，并對關鍵節點進行方案設計研究。

1 工程概況

高淳區隸屬于江蘇省南京市，北接溧水區，東鄰蘇、錫、常，西接安徽的宣城、馬鞍山。高淳區現狀需整治水系涉及磚墻、陽江、古柏、漆橋、固城、東壩、椏溪7 個鎮街，涉及問題主要包括水系不連通、存在“四亂”現象、河道淤積、岸坡整治不到位、生態系統不完善等問題，本工程選取高淳區中西部380km2范圍作為本次實施范圍。工程通過水系連通、清淤疏浚、岸坡整治、水生態修復等工程措施，對橫溪河、磚墻河、唐家河、茅城河、時家河等河道進行綜合整治。

2 水系連通總體方案

2.1 現狀分析

橫溪河、唐家河、時家河、茅城河、磚墻河主要位于磚墻鎮，包含永勝圩、相國圩和保勝圩等幾個圩區。圩區東西兩側分別為水陽江和固城湖，水資源量較為充沛，引水也都從這兩個較大水體引入，主要用于圩區灌溉和水量保障。

河道周邊的永勝圩、相國圩和保勝圩均位于固城湖以西，圩區情況較為相似，圩內河網密布，水面率較高，目前以水產養殖為主，兼顧其他農業生產。圩區灌溉用水大部分通過涵閘、泵站從水陽江和固城河引入橫溪河、磚墻河，再通過唐家河、時家河、茅城河等骨干河道上的涵閘、口門補充至圩內水網后分散取水。

圩區排澇時將關閉與骨干河道的取水通道，由圩內各排水泵站集中排水入水陽江和固城湖，當工程涉及的5 條河道水位高于最高控制水位后，河水將排入圩區由泵站排出，因此本工程5 條河僅承擔部分排澇任務。

項目區5 條河道均屬于水陽江流域，周邊較大的水體主要有水陽江、港口河和固城湖。河道大部分為圩區內部河道，河道之間連通性大部分較好。

目前圩區區域主要有以下幾個節點：

1）扁擔河起點有澄溝泵站（在建），可從水陽江引水補充至圩區和獅樹河，澄溝泵站為灌排兩用泵站，泵站設計引水流量7.5m3/s。

2）磚墻河起點建有楊新壩涵閘，可從港口河引水補充至圩內各條河道，楊新壩涵閘規模為2.0m×1.6m。

3）橫溪河起點建有永勝閘，可從固城湖引水，補充至獅樹河與茅城河東段，永勝閘設計引水流量25m3/s，主要用于擋洪和灌溉。

目前區域引水主要通過這幾個節點引入圩內河道后再通過涵閘口門等補充至圩區用于灌溉，排水主要通過圩區內的各個排澇泵站排入水陽江和固城湖。

現狀區域水系大部分已能保障連通性，但仍存在部分河道之間的連通節點未打通或無控制、現狀引排水設施規模不足等問題。

對以上河道存在的問題進行分類說明如表1。

表1 橫溪河、磚墻河、茅城河等河道水系連通存在問題表

2.2 總體布局

結合現狀的引水節點和引排水體系，針對現狀水系連通方面存在的問題，制定本工程治理思路和措施表，如表2。

表2 水系連通措施表

2.3 總體規模確定

2.3.1 排澇規模

排澇標準采用20 年一遇[1]。雨水設計流量計算公式[2]為：

式中：Q—雨水設計流量，L/s；ψ—徑流系數，由于河道以水面為主，徑流系數取1；q—暴雨強度，L/hm2·s；F—匯水面積，hm2。

疊加周邊排澇站流量后，計算各河道排水流量。

2.3.2 河道水位確定

本次河道水位確定主要依據河道現狀水位情況、河道水流情況和周邊地形情況確定。

本工程涉及河道為橫溪河、磚墻河、茅城河、時家河和唐家河。河道主要用于灌溉引水和保持生態環境，橫溪河水位為8.0～9.0m，磚墻河水位為8.0～8.5m，茅城河、時家河和唐家河水位為6.5～7.3m。

本次采用濕周法[3]，確定河道生態水位。磚墻河濕周為30.2m，對應水位為8.3m，對應生態流量為3.58m3/s。

2.3.3 河道引補水規模

根據《河湖生態環境需水計算規范》（SLZ712-2014）[4]，由于本工程河道主要功能為灌溉，匯水面積較小，結合河道特點，河道生態流量主要從水量平衡、生態槽蓄量和供水需求三方面確定。

1）水量平衡

根據河道功能定位，河道主要水量損失為蒸發、滲漏，河道蒸發主要為水面蒸發，水面蒸發損失主要與蒸發量和水面面積有關，可表示為：

式中：WE—河道蒸發耗水量，萬m3；EP—高淳區水面蒸發強度，mm；L—計算河段長度，m；B—計算河段水面寬度，m。

水面蒸發量由《江蘇省水文手冊》中水面年蒸發量均值圖查得各月蒸發量。

河道滲漏主要為河道底部滲漏和岸邊側滲，滲漏損失主要與滲漏面積和河床滲透介質參數有關，根據場區河道土質條件，計算各河道日損失水量情況。

2）生態槽蓄量

本次生態槽蓄量[5]從河道換水周期角度考慮，參考南京市其他河道引補水經驗，大型河道換水周期一般取5～10 天，本次高淳區水系連通涉及河道槽蓄量均較大，考慮換水周期為7 天。

3）河道供水需求確定

工程涉及河道供水主要是向圩區內補充灌溉用水，根據現場調查和統計，圩區內耕地面積較小，以蟹塘為主。蟹塘用水需求主要為：（1）蟹塘換水，每年換水時間為4—11 月，換水方式為每隔2～3 天按10～15cm 水深控制進行換水；（2）每年蟹塘排干后要在4 月前對蟹塘再次蓄滿，蓄水時間按15 天計算。根據蟹塘用水需求，確定各圩區用水需求和各引水河道引水流量，根據灌溉需水量計算結果，現狀各河道引水規模基本可滿足灌溉需求。

綜上，各河道引補水規模取外包流量，確定各河道引補水規模。

4）相關節點工程規模確定

整合河道生態流量和圩區排澇流量，充分考慮河網上下游關系和特點，相關節點規模確定見表3。

表3 相關節點工程規模表

2.4 建筑物方案

通過新/改建水位控制設施、拆壩建橋等措施，使項目區水系連通，增強河道引排能力，保障生態流量。

本工程結合現有水系控制建筑物布局，擬進行新建或改造的相關建筑物共有4 處，分別為橫溪河上四園閘、茅城河上馬家圩閘、磚墻河上洪戶跌水堰和達路埂橋。

2.4.1 建筑物布局

本工程新建水位控制設施有3 處。

第一處水位控制設施位于四園村，擬建設施分隔橫溪河與四園塘，水流方向由橫溪河至四園塘，橫溪河設計控制水位為8.1m，四園塘設計控制水位為7.2m。控制設施需具備水位活動調節功能。

第二處水位控制設施位于茅城河與磚墻河交界處，設計擬將兩河連通，水流方向由磚墻河至茅城河，磚墻河設計控制水位為8.4m，茅城河設計控制水位為7.3m。控制設施不僅起溝通水系作用，且需具備水位活動調節功能。

第三處水位控制設施位于磚墻河中游時家村，磚墻河上游設計控制水位為8.4m，磚墻河下游設計控制水位為7.3m。控制設施無需具備水位活動調節功能。

2.4.2 建筑物選型

攔蓄水建筑物分為固定式和活動式兩類。

1）跌水堰

跌水堰是活水水景工程中的一種，是規則形態的落水景觀，一般采用砌石或鋼筋砼結構。跌水瀑布原始、自然，堰型可以為曲線、折線、弧線等，富有野趣，適合自然山水園林，也適合于簡潔明快的現代園林和城市環境。

2）底軸驅動翻板閘門

底軸驅動翻板閘門方案適用于大跨度低水頭的擋水需求。底軸驅動翻板閘門固定在縱向懸臂主梁，縱梁的懸臂固端與底軸剛性連接，底軸連續支承在預埋于閘底檻的多個支鉸座上。閘門的底軸伸入兩側閘墩內與液壓啟閉機連接，由液壓啟閉機實現閘門啟閉。

3）液壓升降壩

液壓升降壩的構造由弧形（或直線）壩面、液壓桿、支撐桿、液壓缸和液壓泵站組成。使用液壓控制升降閘門，實現液壓壩升壩攔水、降壩泄洪的目的。泄洪區位采用全滑動支撐桿支撐活動閘門面板，構成穩定的支墩。

4）氣盾壩

氣盾壩結構主要由盾板、充氣氣囊及控制系統等組成。利用充氣氣囊支撐盾板擋水，氣囊排氣后塌壩，氣囊臥于盾板下，可避免河道砂石、冰凌等對壩袋的破壞；氣囊內填充介質為氣體，放氣塌壩。

閘型確定：水閘門型比選主要考慮以下條件：（1）閘門應滿足功能性要求，即考慮是否需滿足泄洪及調節水位的要求；（2）閘門應具有較高可靠性及可維護性，運行管理方便；（3）周邊區域景觀效果要求。

結合總體水系布局，四園閘、馬家圩閘不僅具有水位活動調節需求，同時安全可靠要求高，故選用底軸翻板閘型式；洪戶堰無需水位活動調節需求，結合經濟性、后期運行維護，選用跌水堰。

3 結語

高淳區水系的連通對高淳區農村生態環境的穩定性和生態系統的可持續發展起到非常重要的作用。水系的連通也可以增加水資源的儲備和調節能力，使得農村地區更能夠適應氣候變化，減少干旱或洪澇災害等不利因素的影響。本文通過對工程實施區現狀引水節點、引排水體系和水系連通方面存在問題的分析，介紹了水系連通總體設計思路，并對關鍵節點進行方案設計研究、設計比選，可為類似農村水系連通項目建設提供可行的技術參考。

目前工程已完工，水系連通方案的落地，解決了高淳區河道之間連通節點未打通或無控制等問題，使高淳區的水資源利用率大大提升，水環境質量大大改善，可為該區經濟社會持續穩定的發展提供水利保障