望虞河西岸控制工程与走马塘工程联合调度方案研究

陆志华，李 敏，陈 俊，蔡 梅，龚李莉，王元元

(1.太湖流域管理局水利发展研究中心，上海 200434；2.江苏省水文水资源勘测局常州分局，江苏 常州 213000)

1 研究背景

望虞河工程为太湖流域治太骨干工程的一部分，既是流域洪水北排长江的主要泄洪河道，又是重要的将长江水源直接引入太湖的“引江济太”通道。根据《太湖流域综合规划》，规划实施望虞河后续工程，主要包括拓宽望虞河、实施望虞河西岸有效控制、实施走马塘拓浚延伸工程，其中望虞河西岸控制工程和走马塘拓浚延伸工程被列入2008年国务院批复同意的《太湖流域水环境综合治理总体方案》。望虞河西岸控制工程的主要任务是防止引江济太期间西岸地区污水进入望虞河保障入湖水量、水质。走马塘拓浚延伸工程的主要任务是解决引江济太期间望虞河西岸地区的排水出路，实现引排分开、清污分流，减轻西岸控制工程对区域水环境的影响。走马塘拓浚延伸工程与望虞河西岸控制工程一起，可以保障望虞河引江济太入湖效率，提高太湖水环境容量[1]。目前，走马塘拓浚延伸工程已经建成运行，望虞河西岸控制工程可研前置要件全部办理完毕，已报国家发展改革委正待审批，望虞河实施“引江济太”调度的边界条件已发生一定变化，因此，亟需提前谋划，统筹协调引江济太期间望虞河引江入湖水量水质安全与西岸地区水体有序流动之间的关系，研究制定望虞河西岸控制工程与走马塘工程联合调度方案，为太湖流域面向防洪、供水、水生态环境安全的综合调度研究提供技术支撑。

2 工程调度基本情况

2.1 望虞河西岸控制工程

根据《望虞河西岸控制工程可行性研究报告》[2]，西岸控制工程运行调度原则拟订如下：在望虞河西岸地区遭遇5 a一遇以下暴雨时，由走马塘工程承担地区排涝任务，西岸控制工程关闭，望虞河仍可连续引江济太；在满足流域水资源调配要求的前提下，望虞河引水期可适时开启部分支河口门，允许支河从望虞河引水，缓解西岸控制后局部地区水环境的恶化。《走马塘拓浚延伸工程可行性研究报告》[3]中提出在引江济太期间，西控制线原则上关闭；为改善走马塘与望虞河之间河网水体水环境时，西岸控制后，需适当向西岸地区补给水环境用水，其中，羊尖塘和锡北运河开闸连续引水，控制流量为4 m3/s；杨安港、卫浜、古市桥港、丰泾河、黄塘河均开泵引水，杨安港、卫浜连续泵引，其他古市桥港、丰泾河、黄塘河可进行7 d引、7 d停的间隔供水调度。

2.2 走马塘延伸拓浚工程

根据《走马塘拓浚延伸工程可行性研究报告》[3]，望虞河引江济太期间，走马塘及其两岸控制建筑物调度原则如下。

(1)江边枢纽。当张家港枢纽向北排水时，江边枢纽必须配合张家港枢纽排水；当张家港枢纽不排水时，根据沿江自排区引排需要调度。

(2)张家港枢纽。①立交地涵：当无锡水位低于2.8 m或西岸南部地区来水水质未达标时，关闭；当西岸南部地区需要北排时，开启；当沿江自排区老七干河处水位超过3.6 m或西岸南部地区不需要北排时，关闭。②退水闸：根据西岸北部地区水环境改善需要或遭遇局部暴雨时，开启退水闸北排西岸北部地区来水；当沿江自排区老七干河处水位超过3.6 m时，关闭。③闸站工程：当开启立交地涵或退水闸北排时，开闸排水；当自排不能满足西岸地区河网水体流动需要时，启用泵站抽排。

(3)锡北运河以北段两岸口门控制建筑物：在改善南部地区水环境时，锡北运河以北段两岸口门控制建筑物关闭；其余时间开闸排水。

2.3 其他相关工程

望虞河工程现行调度依据《太湖流域洪水与水量调度方案》，当太湖水位低于调水限制水位时，相机实施水量调度。在实施水量调度期间，严格控制望虞河西岸支流口门闸门，避免西岸支流污水进入望虞河，严格控制九里河、伯渎港引水；对望虞河东岸口门实行控制运行；对于望虞河西岸澄锡虞地区沿江口门，适时加大排江流量，尽量降低地区河网水位，避免西岸支流污水进入望虞河。

3 联合调度需求分析

3.1 流域层面需求分析

太湖水资源安全对引江济太入湖水质提出了明确要求，需满足III类水入湖标准，《太湖流域水量分配方案(报批稿)》提出2020年(张家港枢纽未实施)望虞河引水入湖效率需达到68.4%，并且在望虞河及西岸控制工程执行水资源调度时，应保证太湖最低旬平均水位不低于2.80 m。

根据2002-2014年引江济太实测数据统计，累计已从望虞河调引长江水262.7 亿m3入太湖流域，通过望亭水利枢纽引水入太湖120.2 亿m3，通过太浦闸向下游地区增加供水179.6 亿m3，总引水入湖率为45.4%。历年引水入湖效率一般为40%～56%，均未达到要求。根据2012-2014年引江济太期间望虞河干流沿线水质变化过程(见图1)，望虞河入湖断面望亭立交闸下水质好于Ⅲ类标准，但是望虞河高锰酸盐指数、氨氮、总氮呈沿程增加趋势。这说明现状望虞河西岸没有控制的情况下，引江济太期间西岸污水进入了望虞河，需要较多的清水进行稀释才能到达入湖要求，导致入湖水量减少。因此，需要考虑待西岸控制工程实施后，望虞河西岸与走马塘工程进行联合调度，防止引江济太期间西岸地区污水进入望虞河。

图1 2012-2014年引江济太期间望虞河干流沿程水质

3.2 区域层面需求分析

为保障引江济太期间望虞河水质安全，《引江济太期间望虞河纳污能力及限制排污总量试行意见》对西岸支流入望虞河各节点提出了具体的水质浓度控制要求(见表1)。根据2012-2014年引江济太期间西岸支流水质变化过程(见图1)，引江济太期间张家港、锡北运河、九里河、伯渎港氨氮浓度均未达到水质控制要求，高锰酸盐指数相对较好。此外，西岸支流中羊尖塘现状水质也较差。因此，待西岸控制工程实施后，可以考虑对有水质浓度控制要求以及现状水质较差的河道进行加大补水，促进水体流动，改善区域水环境质量。

表1 西岸支流入望虞河各节点水质浓度控制要求 mg/L

采用太湖流域水量水质数学模型平水年灌溉用水量数据对进行区域用水需求分析。灌溉用水量集中于5月至10月的作物生长期，其中6月中旬至8月下旬是用水高峰期，占全年灌溉用水的81.4%。在非作物生长期，则基本无灌溉用水量。因此，为提高区域用水需求保障程度，可以考虑在满足望虞河引水入湖要求的基础上，对区域需水重点时段6月中旬至8月下旬适当增加西岸地区分流。

同时，根据《引江济太期间走马塘拓浚延伸工程调度方案复核分析报告》[4]，由于走马塘拓浚延伸工程建成运行，西岸地区水文情势发生了变化。走马塘张家港枢纽泵排水量主要来自锡北运河，走马塘枢纽泵排解决了望虞河西岸锡澄地区锡北运河以北地区的排水出路，可有效防止污水进入望虞河，但是走马塘以东、锡北运河以南地区河网不能得到有效拉动，水体流动性较差，使局部地区水环境受到一定影响。因此，待西岸控制工程实施后，考虑在引江济太期间向西岸地区进行补水，联合走马塘工程促进区域水体流动、改善地区水环境，解决西岸地区因“控”致“滞”问题。

4 联合调度方案设计

主要从3个重点方向进行望虞河西岸控制工程与走马塘工程联合调度方案设计：一是优化走马塘张家港枢纽调度参考水位无锡水位，拟通过抬高无锡控制水位来抬高走马塘以东、望虞河以西地区河网整体水位，增加区域保水能力；二是在西岸控制情况下，对西岸补水进行空间优化，即对有入望虞河水质浓度控制要求以及水质较差的河道进行优化补水；三是对西岸补水进行时间优化，在6月中旬至8月下旬区域用水高峰期进行优化补水。在现状方案的基础上，设计了3个联合调度比选方案(见表2)。

表2 望虞河西岸控制工程-走马塘工程联合调度方案设计

注：望虞河西岸控制工程中张家港枢纽未实施；重点河道主要指锡北运河、伯渎港、九里河、羊尖塘。

5 联合调度方案结果分析比较

为评估各方案的优劣，选取1990年(平水年)作为典型年，采用太湖流域水量水质数学模型对各方案下流域引江济太、武澄锡虞区水量、水质影响进行分析。

5.1 太湖及地区代表站水位

各方案太湖、无锡计算水位过程见图2，模拟结果显示ZH1、ZH2、ZH3方案引水期均与JC方案一致，即1月1日至3月22日、7月10日至9月1日、10月10日至12月31日。与JC方案相比，3种优化方案太湖水位过程基本没有变化，引江济太期间，3种方案太湖最低旬均水位均高于最低允许旬均水位2.80 m，ZH1方案、ZH2方案均为2.96 m，与JC方案一样，ZH3方案为2.97 m，较JC方案略有偏高，因此，均不会对太湖水位产生不利影响。3种方案无锡水位过程也基本没有变化，ZH3方案在12月中旬至2月中旬水位有一定抬高，ZH1、ZH2方案无锡最低旬均水位均为3.09 m，与JC方案一样，ZH3方案为3.12 m，较JC方案增加0.03 m，3种方案最低旬均水位均高于最低允许旬均水位2.80 m，均可以满足区域水资源需求。

图2 不同方案太湖、无锡计算水位过程

5.2 望虞河及区域进出水量

1990年型下不同优化方案望虞河进出水量计算成果见表3。引江济太期间，ZH1方案、ZH2方案望虞河引江入湖效率分别为82.9%、82.8%，较JC方案略有偏低；ZH3方案引江入湖效率为84.9%，较JC方案有所增加，3种方案均可以满足望虞河引江入湖效率要求。

表3 不同方案引江济太期间望虞河进出水量计算成果 亿m3

引江济太期间西岸分流占同期引江量的比例不同方案各有不同，在不考虑张家港分流的情况下，ZH1、ZH2方案西岸分流量均为1.22 亿m3，占同期引江量6.1%，较JC方案增加0.9%；ZH3方案西岸分流量为1.23 亿m3，占同期引江量6.2%，较JC方案增加1.0%。由于在重点时段重点河道增加了分流，3个方案锡北运河、伯渎港、九里河、羊尖塘分流量均较JC方案明显增加，ZH1、ZH2方案各重点河道分流量增幅均为24.3%左右；ZH3方案由于进一步抬高了走马塘工程无锡控制水位，重点河道分流量增幅与ZH1、ZH2方案不完全一致，增幅为23.9%～26.4%，但是造成了九里河黄塘河、伯渎港杨安港2条支流分流量有所减少，减幅为0.5%。

引江济太期间，ZH1方案、ZH2方案对走马塘干支流水量的影响几乎一致，走马塘西岸支流入走马塘水量均有小幅减少，减幅为1.7%、1.9%，东岸支流入走马塘水量均明显增加，增幅为13.5%、13.6%，走马塘(锡北运河-张家港枢纽段)干流水量略有增加，增幅为0.3%、0.2%，张家港枢纽北排水量略有增加，增幅为0.2%、0.1%。但是，ZH3方案对走马塘干支流影响更为明显，较JC方案，走马塘西岸支流入走马塘水量明显减少，减幅达28.1%，东岸支流入走马塘水量增幅为12.8%，小于ZH1、ZH2方案，走马塘(锡北运河-张家港枢纽段)干流水量明显减少，减幅达28.9%，张家港枢纽北排水量也明显减少，减幅达29.9%，因此，ZH3方案不利于区域河网水体流动。

5.3 区域河网水质

不同方案引江济太期间区域河网水质计算成果见表4。较JC方案，ZH1方案、ZH2方案对于锡北运河、伯渎港、九里河、羊尖塘等重点河道的水质具有一定改善作用，且ZH2方案的改善效果比ZH1方案要好，对于重点河道，ZH1方案COD浓度降幅为0.5%～9.9%，NH3-N浓度降幅为2.8%～12.6%，ZH2方案COD浓度降幅为0.6%～10.0%，NH3-N浓度降幅为3.2%～12.8%；对于其他河道的水质改善情况，ZH2方案的改善效果也比ZH1方案要好。ZH3方案望虞河西岸支流水质有所恶化，较JC方案，对于重点河道，九里河水质虽有一定改善，但是改善幅度不及ZH1方案、ZH2方案，锡北运河、羊尖塘水质有所恶化，ZH3方案也造成了古市桥港水质恶化。对于走马塘两岸支流，ZH1方案、ZH2方案对于走马塘东岸支流有一定改善作用，且2者效果基本相当，ZH1方案对于走马塘西岸支流水质几乎没有改善作用，且略有恶化，但是ZH2方案对于走马塘西岸部分支流具有一定的改善作用，COD浓度降幅为0.2%～0.5%，NH3-N浓度降幅为0.2%～0.8%。ZH3方案虽对走马塘东岸锡北运河、九里河水质具有一定改善作用，但改善效果不及ZH1方案、ZH2方案，并对伯渎港等其他支流造成了水质恶化，同时也对走马塘西岸支流也造成了明显的水质恶化。因此，ZH2方案对于区域河网水质改善效果最好。

表4 不同方案引江济太期间望虞河西岸支流水质计算成果 %

续表4 不同方案引江济太期间望虞河西岸支流水质计算成果 %

综上所述，认为望虞河西岸控制工程-走马塘工程联合调度ZH2方案在不影响流域引江入湖效率的前提下，在一定时段内适当抬高了区域河网水位，对重点河道进行了有针对性的优化补水，对于望虞河西岸支流、走马塘两岸支流等区域河网水质改善效果最好。

6 结 语

望虞河是太湖流域“引江济太”的调水通道，其周边相关工程调度与望虞河引江济太效益关系密切，对区域水资源补给也非常重要。针对望虞河西岸地区排水出路问题以及区域河网水环境改善需要，建议在望虞河西岸控制工程实施以后，由望虞河西岸控制工程与走马塘工程进行联合调度，在西岸控制总流量11 m3/s的前提下，在望虞河实施引江济太期间，对西岸锡北运河、伯渎港、九里河、羊尖塘等重点河道在区域需水重点时段(6月10日至8月31日)进行加大分流、优化补水，并且适当抬高走马塘工程调度参考水位无锡水位(由2.8 m抬高至3.0 m)，可以在一定程度上抬高区域河网水位，增加区域保水能力，在望虞河西岸、走马塘以东、锡澄运河以南地区形成较为有序的水体流动格局，有利于改善区域河网水质，提升水环境质量。

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[1] 吴巍巍. 走马塘拓浚延伸工程对望虞河西岸地区水环境的影响研究[J]. 中国农村水利水电,2013,(9):20-22.

[2] 上海勘测设计研究院. 望虞河西岸控制工程可行性研究报告[R]. 上海：上海勘测设计研究院，2009-05.

[3] 上海勘测设计研究院. 走马塘拓浚延伸工程可行性研究报告[R]. 上海：上海勘测设计研究院，2009-04.

[4] 太湖流域管理局水利发展研究中心. 引江济太期间走马塘拓浚延伸工程调度方案复核分析报告[R]. 上海：太湖流域管理局水利发展研究中心，2015-03.