调水情况下滆湖及周边河网水网水量水质调控方案研究

张舒羽，李星南，朱 勇

(上海勘测设计研究院有限公司，上海200434)

0 引言

滆湖是太湖上游的典型河湖相联复杂水系的湖荡，具有水量调蓄、水质净化、拦截沉降污染物等生态服务功能。源自镇江、丹阳、金坛等地区的径流经洮、滆湖调蓄后由常州太滆运河、宜兴漕桥河、殷村港等河流汇入太湖。随着滆湖周边城市快速发展，近年来滆湖水质恶化、水环境富营养化进程加快[1]。

2017年新孟河延伸拓竣工程正式开工建设，预计2021年底建成后全线通水。工程穿越滆湖自北干河入，至太滆运河和漕桥河出，线路横跨了整个滆湖[2]。当工程引江期间，滆湖入流和出流水量将大大增加，势必会对滆湖的水文和水环境产生一定程度影响。一方面滆湖出入流增加可以改善滆湖水动力条件，另一方面水质较好的长江水进入滆湖可以改善滆湖的水环境。因此，在满足滆湖及周边主干河道防洪及引水要求的基础上，根据污染防治及生态调控对于滆湖及河网的水位、流速、含沙量方面的生境营造要求，优化新孟河工程运行调度方案，通过水文情势的调控提出最有利于污染控制及健康水生态构建的河湖水网调控方案具有重要的意义。

1 研究区概况

滆湖，俗称沙子湖、西太湖，亦称西滆湖和西滆沙子湖，位于常州武进区西南部与无锡宜兴市东北部之间，现状水域面积 144.1 km2，为全省第六大湖泊，苏南地区仅次于太湖[3]。滆湖位于太湖流域湖西地区腹部，周边水系为平原水网，无明显汇水边界，西滆湖、东连太湖、北承苏南运河来水、东西两岸分别有武宜运河和孟津河自北而南纵向环绕[4]。主要的入湖河道有扁担河、夏溪河、湟里河、北干河、中干河等，出湖河道主要有太滆运河、漕桥河、殷村港等东注太湖，出入湖河道上均无水工建筑物控制。滆湖周边水系见图1。

2 研究方法

2.1 模型介绍

采用河海大学研制的太湖流域河网一维水量水质模型，该模型经水利部及国家有关科技部门的鉴定认证，被认为是太湖流域可推行使用的水量水质模型，曾应用于太湖流域防洪规划、水资源综合规划等重大规划的水利计算，是目前流域认知度和可行度较高的计算模型[1]。

模型运用水文、水动力学等原理，在综合分析太湖流域平原河网特点和大量基础资料的基础上，对流域平原河湖、河道汊口连接和各种控制建筑物及其调度运行方式进行模拟，对流域各类供水、用水、耗水、排水进行合理概化，并采用一体化集成模式，将模型核心技术、数据库技术、地理信息系统技术及最新信息处理技术在系统底层进行集成，最终建立适合于太湖流域河网水量水质计算的系统平台[5]。

本次模型选取2000年全年流域实况水情对水量和水质参数率定。2000年是流域平水年，全流域全年降雨保证率为51.9%，7月份降雨保证率为80.8%，8月份降雨保证率为36.5%，且长江潮位也接近于多年平均，从水文条件而言，基本代表平均水文状况。率定结果表明计算水位、沿江水闸的引排水量与实测值基本一致，代表站的水质计算浓度与实测值基本接近。

2.2 优化方案

结合流域的“引江济太”大格局，将滆湖水位提升为主要的控制调度条件，改善滆湖水动力条件、湖水流态、滆湖水环境质量，增强滆湖水量水质调节能力[5-9]。在水生态因子与水文响应关系研究成果的基础上，以滆湖适宜水位作为目标水文条件建立优化调控方案，新孟河工程实施后，承担着流域防洪、水资源配置、水环境改善的任务。因此，优化调控方案重点从流域、区域水位调控着手，新孟河江边枢纽在满足太湖调度线和区域水位双重控制下，通过适当增大泵闸开度，来调控引江水量，达到提高流域、区域水资源配置能力、改善水环境目的的效果。具体调度原则如下：

太湖水位处于防洪调度区时，滆湖水位超过4.2 m时，沿江口门开闸排水；当滆湖水位高于4.6 m时，增开新孟河江边泵站排水；太湖水位处于适时调度区，滆湖水位高于4.2 m时，开闸排水；太湖水位处于自引区或泵引区时，开启节制闸或泵站引长江水；太湖水位处于适时调度区，当滆湖水位低于3.0 m时，逢长江高潮位开闸引水；当滆湖水位超过3.0 m但不超过3.7 m时，根据区域用水需要适时逢高潮位开闸引水；当滆湖水位在3.7 m～4.2 m时关闸。

本次调控情景方案以流域典型水文年进行设计，在计算水文年的工程调控效果的同时，考虑区域污染物排放情况，拟定削减污染物的情景方案。其中流域典型枯水年为1971年具体计算情景方案见表1。考虑到新孟河工程运行调度同时受流域、区域防洪、水资源配置多重影响，为准确分析调水工况下对武南片区水文情势和水生态环境影响，计算分析时段选取连续引水期8月～9月进行分析。

图2 滆湖二维模型及周边概化河道示意图

表1 调控情景方案设计列表

3 结果与分析

(1)水位变化

枯水年滆湖及主要出湖河道水位变化过程见图3～图4。现状方案下滆湖引水期的日均水位为2.86 m～3.37 m，水量水质优化调控后滆湖日均水位有所抬升，为3.14 m～3.71 m，相比现状方案平均升高了0.31 m。现状方案下太滆运河引水期的日均水位为2.90 m～3.41 m，水量水质优化调控后为3.10 m～3.65 m，相比现状方案平均升高了0.20 m。

图3 枯水年引水期调控方案下滆湖水位变化过程

图4 枯水年引水期调控方案下太滆运河水位变化过程

(2)出湖河道水量分析

引水期内，滆湖主要出湖河道过流水量变化见图5。由图5可知，枯水年(1971年)，现状方案下，由于湖西区来水偏少，武南河、太滆运河、漕桥河倒灌入滆湖。规划方案下，武南河、太滆运河、漕桥河由净入滆湖变为净出滆湖，太滆运河和漕桥河水量大幅增加，分别达18920万m3和16410万m3；殷村港和烧香港过流水量分别为10530万m3、8970万m3。水量水质优化调控方案后，通过增大新孟河引江水量，出滆湖河道武南河、太滆运河、漕桥河、殷村港和烧香港过水通量较规划方案均有所增加，过水量分别为4694万m3、20900万m3、18040万m3、11590万m3和9849万m3。

图5 平水年滆湖出湖河道平均水量统计图

(出为正，入为负)

(3)出湖河道流速分析

规划方案下与现状相比，大部分出湖河道平均流速明显增大；水量水质优化调控方案下，出湖河道武南河、太滆运河、漕桥河、殷村港和烧香港较规划平均流速明显增大，武南河由规划的0.063 m/s提高至0.123 m/s；太滆运河由规划的0.143 m/s提高至0.184 m/s、漕桥河由规划的0.188 m/s提高至0.232 m/s、殷村港由规划的0.225 m/s提高至0.275 m/s；烧香港由现状的0.206 m/s提高至0.251 m/s，枯水年不同方案下出湖河道流速变化见图6。

图6 枯水年滆湖出湖河道平均流速统计表(出为正，入为负)

(4)水质变化分析

规划方案和水量优化调控方案下武南片主要河道水质变化统计成果见表2。

表2 滆湖及周边河网不同方案下水质水质变化统计表

优化调控方案与规划方案相比，武南片河网各河道水质均有不同程度改善，其中武南河COD、NH3-N、TP浓度分别降低8.3%、6.5%、5.9%，太滆运河COD、NH3-N、TP浓度分别降低11.1%、5.9%、3.9%，漕桥河COD、NH3-N、TP浓度分别降低10.8%、10.1%、17.7%，殷村港COD、NH3-N、TP浓度分别降低11.0%、4.5%、16.8%，烧香港COD、NH3-N、TP浓度分别降低11.0%、4.2%、13.3%。

考虑区域污染物削减方案后，入河污染物削减20%时，周边河网COD、NH3-N、TP浓度与优化方案相比分别降低2.5%～14.4%；入河污染物削减30%时，周边河网COD、NH3-N、TP浓度与优化方案相比分别降低3.2%～22.3%，周边河网水质达到Ⅳ类。

4 结论

(1)基于太湖流域河网一维水量水质模型计算结果分析，得出新孟河工程实施调水后，滆湖及周边河网水动力条件得到大幅改善。通过水量水质优化调控后， 滆湖日均水位引水后抬升0.31 m，周边河网日均水位抬升0.2 m，河道流速增大了0.123 m/s～0.275 m/s。总体上说明枯水年新孟河工程引水后对滆湖及周边河网水文情势影响很大。

(2)新孟河工程实施调水后， 周边区河网水质COD、NH3-N、TP得到较大改善下，COD、NH3-N、TP浓度分别降低3.2%～22.3%。区域污染物削减后，周边河网水质在水量水质优化调控方案基础上进一步改善，河网水质达到Ⅳ类，基本实现水功能区划水质目标。按水量水质调控优化方案进行调控可有效改善滆湖的水环境条件。