陸志華，李 敏，陳 俊，蔡 梅，龔李莉，王元元

(1.太湖流域管理局水利發(fā)展研究中心，上海 200434；2.江蘇省水文水資源勘測(cè)局常州分局，江蘇 常州 213000)

1 研究背景

望虞河工程為太湖流域治太骨干工程的一部分，既是流域洪水北排長(zhǎng)江的主要泄洪河道，又是重要的將長(zhǎng)江水源直接引入太湖的“引江濟(jì)太”通道。根據(jù)《太湖流域綜合規(guī)劃》，規(guī)劃實(shí)施望虞河后續(xù)工程，主要包括拓寬望虞河、實(shí)施望虞河西岸有效控制、實(shí)施走馬塘拓浚延伸工程，其中望虞河西岸控制工程和走馬塘拓浚延伸工程被列入2008年國(guó)務(wù)院批復(fù)同意的《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案》。望虞河西岸控制工程的主要任務(wù)是防止引江濟(jì)太期間西岸地區(qū)污水進(jìn)入望虞河保障入湖水量、水質(zhì)。走馬塘拓浚延伸工程的主要任務(wù)是解決引江濟(jì)太期間望虞河西岸地區(qū)的排水出路，實(shí)現(xiàn)引排分開(kāi)、清污分流，減輕西岸控制工程對(duì)區(qū)域水環(huán)境的影響。走馬塘拓浚延伸工程與望虞河西岸控制工程一起，可以保障望虞河引江濟(jì)太入湖效率，提高太湖水環(huán)境容量[1]。目前，走馬塘拓浚延伸工程已經(jīng)建成運(yùn)行，望虞河西岸控制工程可研前置要件全部辦理完畢，已報(bào)國(guó)家發(fā)展改革委正待審批，望虞河實(shí)施“引江濟(jì)太”調(diào)度的邊界條件已發(fā)生一定變化，因此，亟需提前謀劃，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)引江濟(jì)太期間望虞河引江入湖水量水質(zhì)安全與西岸地區(qū)水體有序流動(dòng)之間的關(guān)系，研究制定望虞河西岸控制工程與走馬塘工程聯(lián)合調(diào)度方案，為太湖流域面向防洪、供水、水生態(tài)環(huán)境安全的綜合調(diào)度研究提供技術(shù)支撐。

2 工程調(diào)度基本情況

2.1 望虞河西岸控制工程

根據(jù)《望虞河西岸控制工程可行性研究報(bào)告》[2]，西岸控制工程運(yùn)行調(diào)度原則擬訂如下：在望虞河西岸地區(qū)遭遇5 a一遇以下暴雨時(shí)，由走馬塘工程承擔(dān)地區(qū)排澇任務(wù)，西岸控制工程關(guān)閉，望虞河仍可連續(xù)引江濟(jì)太；在滿(mǎn)足流域水資源調(diào)配要求的前提下，望虞河引水期可適時(shí)開(kāi)啟部分支河口門(mén)，允許支河從望虞河引水，緩解西岸控制后局部地區(qū)水環(huán)境的惡化?！蹲唏R塘拓浚延伸工程可行性研究報(bào)告》[3]中提出在引江濟(jì)太期間，西控制線(xiàn)原則上關(guān)閉；為改善走馬塘與望虞河之間河網(wǎng)水體水環(huán)境時(shí)，西岸控制后，需適當(dāng)向西岸地區(qū)補(bǔ)給水環(huán)境用水，其中，羊尖塘和錫北運(yùn)河開(kāi)閘連續(xù)引水，控制流量為4 m3/s；楊安港、衛(wèi)浜、古市橋港、豐涇河、黃塘河均開(kāi)泵引水，楊安港、衛(wèi)浜連續(xù)泵引，其他古市橋港、豐涇河、黃塘河可進(jìn)行7 d引、7 d停的間隔供水調(diào)度。

2.2 走馬塘延伸拓浚工程

根據(jù)《走馬塘拓浚延伸工程可行性研究報(bào)告》[3]，望虞河引江濟(jì)太期間，走馬塘及其兩岸控制建筑物調(diào)度原則如下。

(1)江邊樞紐。當(dāng)張家港樞紐向北排水時(shí)，江邊樞紐必須配合張家港樞紐排水；當(dāng)張家港樞紐不排水時(shí)，根據(jù)沿江自排區(qū)引排需要調(diào)度。

(2)張家港樞紐。①立交地涵：當(dāng)無(wú)錫水位低于2.8 m或西岸南部地區(qū)來(lái)水水質(zhì)未達(dá)標(biāo)時(shí)，關(guān)閉；當(dāng)西岸南部地區(qū)需要北排時(shí)，開(kāi)啟；當(dāng)沿江自排區(qū)老七干河處水位超過(guò)3.6 m或西岸南部地區(qū)不需要北排時(shí)，關(guān)閉。②退水閘：根據(jù)西岸北部地區(qū)水環(huán)境改善需要或遭遇局部暴雨時(shí)，開(kāi)啟退水閘北排西岸北部地區(qū)來(lái)水；當(dāng)沿江自排區(qū)老七干河處水位超過(guò)3.6 m時(shí)，關(guān)閉。③閘站工程：當(dāng)開(kāi)啟立交地涵或退水閘北排時(shí)，開(kāi)閘排水；當(dāng)自排不能滿(mǎn)足西岸地區(qū)河網(wǎng)水體流動(dòng)需要時(shí)，啟用泵站抽排。

(3)錫北運(yùn)河以北段兩岸口門(mén)控制建筑物：在改善南部地區(qū)水環(huán)境時(shí)，錫北運(yùn)河以北段兩岸口門(mén)控制建筑物關(guān)閉；其余時(shí)間開(kāi)閘排水。

2.3 其他相關(guān)工程

望虞河工程現(xiàn)行調(diào)度依據(jù)《太湖流域洪水與水量調(diào)度方案》，當(dāng)太湖水位低于調(diào)水限制水位時(shí)，相機(jī)實(shí)施水量調(diào)度。在實(shí)施水量調(diào)度期間，嚴(yán)格控制望虞河西岸支流口門(mén)閘門(mén)，避免西岸支流污水進(jìn)入望虞河，嚴(yán)格控制九里河、伯瀆港引水；對(duì)望虞河?xùn)|岸口門(mén)實(shí)行控制運(yùn)行；對(duì)于望虞河西岸澄錫虞地區(qū)沿江口門(mén)，適時(shí)加大排江流量，盡量降低地區(qū)河網(wǎng)水位，避免西岸支流污水進(jìn)入望虞河。

3 聯(lián)合調(diào)度需求分析

3.1 流域?qū)用嫘枨蠓治?/h3>

太湖水資源安全對(duì)引江濟(jì)太入湖水質(zhì)提出了明確要求，需滿(mǎn)足III類(lèi)水入湖標(biāo)準(zhǔn)，《太湖流域水量分配方案(報(bào)批稿)》提出2020年(張家港樞紐未實(shí)施)望虞河引水入湖效率需達(dá)到68.4%，并且在望虞河及西岸控制工程執(zhí)行水資源調(diào)度時(shí)，應(yīng)保證太湖最低旬平均水位不低于2.80 m。

根據(jù)2002-2014年引江濟(jì)太實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，累計(jì)已從望虞河調(diào)引長(zhǎng)江水262.7 億m3入太湖流域，通過(guò)望亭水利樞紐引水入太湖120.2 億m3，通過(guò)太浦閘向下游地區(qū)增加供水179.6 億m3，總引水入湖率為45.4%。歷年引水入湖效率一般為40%～56%，均未達(dá)到要求。根據(jù)2012-2014年引江濟(jì)太期間望虞河干流沿線(xiàn)水質(zhì)變化過(guò)程(見(jiàn)圖1)，望虞河入湖斷面望亭立交閘下水質(zhì)好于Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，但是望虞河高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總氮呈沿程增加趨勢(shì)。這說(shuō)明現(xiàn)狀望虞河西岸沒(méi)有控制的情況下，引江濟(jì)太期間西岸污水進(jìn)入了望虞河，需要較多的清水進(jìn)行稀釋才能到達(dá)入湖要求，導(dǎo)致入湖水量減少。因此，需要考慮待西岸控制工程實(shí)施后，望虞河西岸與走馬塘工程進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度，防止引江濟(jì)太期間西岸地區(qū)污水進(jìn)入望虞河。

圖1 2012-2014年引江濟(jì)太期間望虞河干流沿程水質(zhì)

3.2 區(qū)域?qū)用嫘枨蠓治?/h3>

為保障引江濟(jì)太期間望虞河水質(zhì)安全，《引江濟(jì)太期間望虞河納污能力及限制排污總量試行意見(jiàn)》對(duì)西岸支流入望虞河各節(jié)點(diǎn)提出了具體的水質(zhì)濃度控制要求(見(jiàn)表1)。根據(jù)2012-2014年引江濟(jì)太期間西岸支流水質(zhì)變化過(guò)程(見(jiàn)圖1)，引江濟(jì)太期間張家港、錫北運(yùn)河、九里河、伯瀆港氨氮濃度均未達(dá)到水質(zhì)控制要求，高錳酸鹽指數(shù)相對(duì)較好。此外，西岸支流中羊尖塘現(xiàn)狀水質(zhì)也較差。因此，待西岸控制工程實(shí)施后，可以考慮對(duì)有水質(zhì)濃度控制要求以及現(xiàn)狀水質(zhì)較差的河道進(jìn)行加大補(bǔ)水，促進(jìn)水體流動(dòng)，改善區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量。

表1 西岸支流入望虞河各節(jié)點(diǎn)水質(zhì)濃度控制要求 mg/L

采用太湖流域水量水質(zhì)數(shù)學(xué)模型平水年灌溉用水量數(shù)據(jù)對(duì)進(jìn)行區(qū)域用水需求分析。灌溉用水量集中于5月至10月的作物生長(zhǎng)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%。在非作物生長(zhǎng)期，則基本無(wú)灌溉用水量。因此，為提高區(qū)域用水需求保障程度，可以考慮在滿(mǎn)足望虞河引水入湖要求的基礎(chǔ)上，對(duì)區(qū)域需水重點(diǎn)時(shí)段6月中旬至8月下旬適當(dāng)增加西岸地區(qū)分流。

同時(shí)，根據(jù)《引江濟(jì)太期間走馬塘拓浚延伸工程調(diào)度方案復(fù)核分析報(bào)告》[4]，由于走馬塘拓浚延伸工程建成運(yùn)行，西岸地區(qū)水文情勢(shì)發(fā)生了變化。走馬塘張家港樞紐泵排水量主要來(lái)自錫北運(yùn)河，走馬塘樞紐泵排解決了望虞河西岸錫澄地區(qū)錫北運(yùn)河以北地區(qū)的排水出路，可有效防止污水進(jìn)入望虞河，但是走馬塘以東、錫北運(yùn)河以南地區(qū)河網(wǎng)不能得到有效拉動(dòng)，水體流動(dòng)性較差，使局部地區(qū)水環(huán)境受到一定影響。因此，待西岸控制工程實(shí)施后，考慮在引江濟(jì)太期間向西岸地區(qū)進(jìn)行補(bǔ)水，聯(lián)合走馬塘工程促進(jìn)區(qū)域水體流動(dòng)、改善地區(qū)水環(huán)境，解決西岸地區(qū)因“控”致“滯”問(wèn)題。

4 聯(lián)合調(diào)度方案設(shè)計(jì)

主要從3個(gè)重點(diǎn)方向進(jìn)行望虞河西岸控制工程與走馬塘工程聯(lián)合調(diào)度方案設(shè)計(jì)：一是優(yōu)化走馬塘張家港樞紐調(diào)度參考水位無(wú)錫水位，擬通過(guò)抬高無(wú)錫控制水位來(lái)抬高走馬塘以東、望虞河以西地區(qū)河網(wǎng)整體水位，增加區(qū)域保水能力；二是在西岸控制情況下，對(duì)西岸補(bǔ)水進(jìn)行空間優(yōu)化，即對(duì)有入望虞河水質(zhì)濃度控制要求以及水質(zhì)較差的河道進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)水；三是對(duì)西岸補(bǔ)水進(jìn)行時(shí)間優(yōu)化，在6月中旬至8月下旬區(qū)域用水高峰期進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)水。在現(xiàn)狀方案的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了3個(gè)聯(lián)合調(diào)度比選方案(見(jiàn)表2)。

表2 望虞河西岸控制工程-走馬塘工程聯(lián)合調(diào)度方案設(shè)計(jì)

注：望虞河西岸控制工程中張家港樞紐未實(shí)施；重點(diǎn)河道主要指錫北運(yùn)河、伯瀆港、九里河、羊尖塘。

5 聯(lián)合調(diào)度方案結(jié)果分析比較

為評(píng)估各方案的優(yōu)劣，選取1990年(平水年)作為典型年，采用太湖流域水量水質(zhì)數(shù)學(xué)模型對(duì)各方案下流域引江濟(jì)太、武澄錫虞區(qū)水量、水質(zhì)影響進(jìn)行分析。

5.1 太湖及地區(qū)代表站水位

各方案太湖、無(wú)錫計(jì)算水位過(guò)程見(jiàn)圖2，模擬結(jié)果顯示ZH1、ZH2、ZH3方案引水期均與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。與JC方案相比，3種優(yōu)化方案太湖水位過(guò)程基本沒(méi)有變化，引江濟(jì)太期間，3種方案太湖最低旬均水位均高于最低允許旬均水位2.80 m，ZH1方案、ZH2方案均為2.96 m，與JC方案一樣，ZH3方案為2.97 m，較JC方案略有偏高，因此，均不會(huì)對(duì)太湖水位產(chǎn)生不利影響。3種方案無(wú)錫水位過(guò)程也基本沒(méi)有變化，ZH3方案在12月中旬至2月中旬水位有一定抬高，ZH1、ZH2方案無(wú)錫最低旬均水位均為3.09 m，與JC方案一樣，ZH3方案為3.12 m，較JC方案增加0.03 m，3種方案最低旬均水位均高于最低允許旬均水位2.80 m，均可以滿(mǎn)足區(qū)域水資源需求。

圖2 不同方案太湖、無(wú)錫計(jì)算水位過(guò)程

5.2 望虞河及區(qū)域進(jìn)出水量

1990年型下不同優(yōu)化方案望虞河進(jìn)出水量計(jì)算成果見(jiàn)表3。引江濟(jì)太期間，ZH1方案、ZH2方案望虞河引江入湖效率分別為82.9%、82.8%，較JC方案略有偏低；ZH3方案引江入湖效率為84.9%，較JC方案有所增加，3種方案均可以滿(mǎn)足望虞河引江入湖效率要求。

表3 不同方案引江濟(jì)太期間望虞河進(jìn)出水量計(jì)算成果 億m3

引江濟(jì)太期間西岸分流占同期引江量的比例不同方案各有不同，在不考慮張家港分流的情況下，ZH1、ZH2方案西岸分流量均為1.22 億m3，占同期引江量6.1%，較JC方案增加0.9%；ZH3方案西岸分流量為1.23 億m3，占同期引江量6.2%，較JC方案增加1.0%。由于在重點(diǎn)時(shí)段重點(diǎn)河道增加了分流，3個(gè)方案錫北運(yùn)河、伯瀆港、九里河、羊尖塘分流量均較JC方案明顯增加，ZH1、ZH2方案各重點(diǎn)河道分流量增幅均為24.3%左右；ZH3方案由于進(jìn)一步抬高了走馬塘工程無(wú)錫控制水位，重點(diǎn)河道分流量增幅與ZH1、ZH2方案不完全一致，增幅為23.9%～26.4%，但是造成了九里河黃塘河、伯瀆港楊安港2條支流分流量有所減少，減幅為0.5%。

引江濟(jì)太期間，ZH1方案、ZH2方案對(duì)走馬塘干支流水量的影響幾乎一致，走馬塘西岸支流入走馬塘水量均有小幅減少，減幅為1.7%、1.9%，東岸支流入走馬塘水量均明顯增加，增幅為13.5%、13.6%，走馬塘(錫北運(yùn)河-張家港樞紐段)干流水量略有增加，增幅為0.3%、0.2%，張家港樞紐北排水量略有增加，增幅為0.2%、0.1%。但是，ZH3方案對(duì)走馬塘干支流影響更為明顯，較JC方案，走馬塘西岸支流入走馬塘水量明顯減少，減幅達(dá)28.1%，東岸支流入走馬塘水量增幅為12.8%，小于ZH1、ZH2方案，走馬塘(錫北運(yùn)河-張家港樞紐段)干流水量明顯減少，減幅達(dá)28.9%，張家港樞紐北排水量也明顯減少，減幅達(dá)29.9%，因此，ZH3方案不利于區(qū)域河網(wǎng)水體流動(dòng)。

5.3 區(qū)域河網(wǎng)水質(zhì)

不同方案引江濟(jì)太期間區(qū)域河網(wǎng)水質(zhì)計(jì)算成果見(jiàn)表4。較JC方案，ZH1方案、ZH2方案對(duì)于錫北運(yùn)河、伯瀆港、九里河、羊尖塘等重點(diǎn)河道的水質(zhì)具有一定改善作用，且ZH2方案的改善效果比ZH1方案要好，對(duì)于重點(diǎn)河道，ZH1方案COD濃度降幅為0.5%～9.9%，NH3-N濃度降幅為2.8%～12.6%，ZH2方案COD濃度降幅為0.6%～10.0%，NH3-N濃度降幅為3.2%～12.8%；對(duì)于其他河道的水質(zhì)改善情況，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質(zhì)有所惡化，較JC方案，對(duì)于重點(diǎn)河道，九里河水質(zhì)雖有一定改善，但是改善幅度不及ZH1方案、ZH2方案，錫北運(yùn)河、羊尖塘水質(zhì)有所惡化，ZH3方案也造成了古市橋港水質(zhì)惡化。對(duì)于走馬塘兩岸支流，ZH1方案、ZH2方案對(duì)于走馬塘東岸支流有一定改善作用，且2者效果基本相當(dāng)，ZH1方案對(duì)于走馬塘西岸支流水質(zhì)幾乎沒(méi)有改善作用，且略有惡化，但是ZH2方案對(duì)于走馬塘西岸部分支流具有一定的改善作用，COD濃度降幅為0.2%～0.5%，NH3-N濃度降幅為0.2%～0.8%。ZH3方案雖對(duì)走馬塘東岸錫北運(yùn)河、九里河水質(zhì)具有一定改善作用，但改善效果不及ZH1方案、ZH2方案，并對(duì)伯瀆港等其他支流造成了水質(zhì)惡化，同時(shí)也對(duì)走馬塘西岸支流也造成了明顯的水質(zhì)惡化。因此，ZH2方案對(duì)于區(qū)域河網(wǎng)水質(zhì)改善效果最好。

表4 不同方案引江濟(jì)太期間望虞河西岸支流水質(zhì)計(jì)算成果 %

續(xù)表4 不同方案引江濟(jì)太期間望虞河西岸支流水質(zhì)計(jì)算成果 %

綜上所述，認(rèn)為望虞河西岸控制工程-走馬塘工程聯(lián)合調(diào)度ZH2方案在不影響流域引江入湖效率的前提下，在一定時(shí)段內(nèi)適當(dāng)抬高了區(qū)域河網(wǎng)水位，對(duì)重點(diǎn)河道進(jìn)行了有針對(duì)性的優(yōu)化補(bǔ)水，對(duì)于望虞河西岸支流、走馬塘兩岸支流等區(qū)域河網(wǎng)水質(zhì)改善效果最好。

6 結(jié) 語(yǔ)

望虞河是太湖流域“引江濟(jì)太”的調(diào)水通道，其周邊相關(guān)工程調(diào)度與望虞河引江濟(jì)太效益關(guān)系密切，對(duì)區(qū)域水資源補(bǔ)給也非常重要。針對(duì)望虞河西岸地區(qū)排水出路問(wèn)題以及區(qū)域河網(wǎng)水環(huán)境改善需要，建議在望虞河西岸控制工程實(shí)施以后，由望虞河西岸控制工程與走馬塘工程進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度，在西岸控制總流量11 m3/s的前提下，在望虞河實(shí)施引江濟(jì)太期間，對(duì)西岸錫北運(yùn)河、伯瀆港、九里河、羊尖塘等重點(diǎn)河道在區(qū)域需水重點(diǎn)時(shí)段(6月10日至8月31日)進(jìn)行加大分流、優(yōu)化補(bǔ)水，并且適當(dāng)抬高走馬塘工程調(diào)度參考水位無(wú)錫水位(由2.8 m抬高至3.0 m)，可以在一定程度上抬高區(qū)域河網(wǎng)水位，增加區(qū)域保水能力，在望虞河西岸、走馬塘以東、錫澄運(yùn)河以南地區(qū)形成較為有序的水體流動(dòng)格局，有利于改善區(qū)域河網(wǎng)水質(zhì)，提升水環(huán)境質(zhì)量。

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[1] 吳巍巍. 走馬塘拓浚延伸工程對(duì)望虞河西岸地區(qū)水環(huán)境的影響研究[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電,2013,(9):20-22.

[2] 上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院. 望虞河西岸控制工程可行性研究報(bào)告[R]. 上海：上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院，2009-05.

[3] 上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院. 走馬塘拓浚延伸工程可行性研究報(bào)告[R]. 上海：上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院，2009-04.

[4] 太湖流域管理局水利發(fā)展研究中心. 引江濟(jì)太期間走馬塘拓浚延伸工程調(diào)度方案復(fù)核分析報(bào)告[R]. 上海：太湖流域管理局水利發(fā)展研究中心，2015-03.