嘉祥縣南水北調(diào)干線(xiàn)灌排影響處理探討

張 敏 岳繼靈 劉淑萍

(1.山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250013；2.嘉祥縣水務(wù)局，山東 嘉祥 272400；3.山東省水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全中心，山東 濟(jì)南 250013)

1 概 述

南水北調(diào)東線(xiàn)一期工程南四湖—東平湖段輸水與航運(yùn)結(jié)合工程是南水北調(diào)東線(xiàn)山東段重要的輸水單元，承擔(dān)著南四湖—東平湖段江水北調(diào)和保障京杭大運(yùn)河航運(yùn)穩(wěn)定的任務(wù)[1]。輸水線(xiàn)路自梁濟(jì)運(yùn)河入南四湖湖口沿梁濟(jì)運(yùn)河北上至長(zhǎng)溝，經(jīng)長(zhǎng)溝泵站提水后繼續(xù)北上至鄧樓泵站，經(jīng)鄧樓泵站提水至柳長(zhǎng)河進(jìn)入東平湖新湖區(qū)，線(xiàn)路全長(zhǎng)58.25km。

嘉祥縣位于山東省濟(jì)寧市西部，縣域北部與汶上縣隔梁濟(jì)運(yùn)河相望。梁濟(jì)運(yùn)河是嘉祥北部地區(qū)重要的承接澇水外排，調(diào)引南四湖水灌溉的河道。梁濟(jì)運(yùn)河屬淮河流域南四湖水系，是南四湖湖西地區(qū)一條具有防洪除澇、引水灌溉、輸水、航運(yùn)等多功能的綜合利用河道，是京杭大運(yùn)河的重要組成部分。干流起源于黃河南岸國(guó)那里閘處的北宋金河入口，向南流經(jīng)濟(jì)寧市的梁山、汶上、嘉祥、市中區(qū)、任城區(qū)，于任城區(qū)的大張莊東入南陽(yáng)湖，河道全長(zhǎng)87.8km[2]。

2 項(xiàng)目背景

南水北調(diào)東線(xiàn)一期梁濟(jì)運(yùn)河段工程自2013年11月正式通水運(yùn)行以來(lái)，輸水期間嘉祥境內(nèi)的南四湖及梁濟(jì)運(yùn)河均為南水北調(diào)調(diào)水通道，為了保證輸水水量，現(xiàn)有攔河節(jié)制閘(涵閘)的支流河道均需關(guān)閉，在調(diào)水期間無(wú)法直接調(diào)引湖水和運(yùn)河水灌溉；調(diào)水期間的澇水以及上游客水?dāng)r蓄在嘉祥縣域內(nèi)，在非調(diào)水期才能適時(shí)排放。

嘉祥縣趙王河以北區(qū)域，涉及梁寶寺、黃垓、老僧堂、孟姑集、大張樓、馬村等6個(gè)鎮(zhèn)(街)，總面積約306km2，其中耕地面積35萬(wàn)畝。自南水北調(diào)東線(xiàn)利用梁濟(jì)運(yùn)河進(jìn)行輸水以后，在輸水過(guò)程中，為了保證南水北調(diào)長(zhǎng)溝泵站以上水量安全，梁寶寺引河引水涵閘和鄆城新河的新莊閘均關(guān)閉；趙王河的楊集閘雖位于長(zhǎng)溝泵站以下，但為了保證南水北調(diào)水質(zhì)安全也并未開(kāi)啟。從而趙王河以北區(qū)域站灌區(qū)原灌溉引水河道無(wú)法調(diào)引南四湖湖水，站灌區(qū)僅能利用有限的河道蓄水和上游的引黃退水，造成灌溉水源缺乏、水量不足，灌溉來(lái)水時(shí)間不及時(shí)。南水北調(diào)輸水期嘉祥縣趙王河以北區(qū)域的澇水也因此無(wú)法外排，導(dǎo)致區(qū)域受澇減產(chǎn)，群眾意見(jiàn)很大，要求盡快予以解決。

3 工程建設(shè)的必要性分析

3.1 原灌排情況

嘉祥地處魯西南，屬黃泛平原區(qū)。嘉祥縣總耕地面積105萬(wàn)畝，其中有效灌溉面積81.7萬(wàn)畝。按其灌溉形式，可分為站灌區(qū)、井灌區(qū)、井站雙配套灌區(qū)和節(jié)水灌溉區(qū)四種類(lèi)型。經(jīng)過(guò)幾代水利人的探索，逐步形成了“以河補(bǔ)源、以井保豐”的路子。嘉祥縣主要的引河灌溉由南四湖和梁濟(jì)運(yùn)河供水，由嘉祥縣境內(nèi)的各級(jí)支流進(jìn)入嘉祥縣灌溉區(qū)，通過(guò)提水灌溉至田間，從而解決嘉祥縣引河灌溉的問(wèn)題。根據(jù)嘉祥縣雨情、水情，梁濟(jì)運(yùn)河以及南四湖上級(jí)湖水位等情況，澇水可適時(shí)通過(guò)各個(gè)支流出口閘提閘放水至南四湖。

嘉祥縣北部(趙王河以北)各鎮(zhèn)街原灌排系統(tǒng)利用梁濟(jì)運(yùn)河、梁寶寺引河、鄆城新河以及嘉祥縣各支流。嘉祥縣北部約35萬(wàn)畝耕地，可通過(guò)趙王河、梁寶寺引河、鄆城新河從梁濟(jì)運(yùn)河自流調(diào)引湖水，農(nóng)灌期的調(diào)水流量分別約為20m3/s、5m3/s、15m3/s，能夠滿(mǎn)足灌溉用水要求。

3.2 灌排影響分析

3.2.1 灌溉影響方面

南水北調(diào)東線(xiàn)一期梁濟(jì)運(yùn)河工程實(shí)施前，嘉祥縣北部灌溉水源分為兩部分。一部分利用梁濟(jì)運(yùn)河位于嘉祥境內(nèi)的一級(jí)支流(鄆城新河、梁寶寺引河、趙王河)調(diào)引南四湖湖水，通過(guò)新莊引河、袁莊引河、紅旗河、趙王河故道、靳莊引河、牛頭河、前進(jìn)河、老趙王河等河道，輸水至北部鎮(zhèn)(街)提水灌溉。另一部分通過(guò)鄆城新河上新莊攔河閘，攔蓄鄆城、梁山兩縣引黃退水，通過(guò)新莊引河、袁莊引河、紅旗河進(jìn)入部分灌溉區(qū)域，作為調(diào)引南四湖湖水的補(bǔ)充水源，滿(mǎn)足灌溉需求。

輸水線(xiàn)路見(jiàn)圖1：

圖1 輸水線(xiàn)路示意圖

南四湖上級(jí)湖死水位32.8m，湖底高程32.3m；上級(jí)湖設(shè)計(jì)蓄水位34.0m，多年平均水位33.69m。鄆城新河縱坡比降1/15000，其余河道均為平底。鄆城新河新莊節(jié)制閘處河底高程32.3m，其他河底高程均在30.3～32.3m，均低于南四湖上級(jí)湖湖底高程，同時(shí)經(jīng)過(guò)測(cè)算梁濟(jì)運(yùn)河非汛期8個(gè)月的多年平均水位在33.3～34.3m之間，因而通過(guò)梁濟(jì)運(yùn)河能夠調(diào)引南四湖湖水滿(mǎn)足灌溉要求。

南水北調(diào)東線(xiàn)一期工程自正式供水以來(lái)，為了確保輸水期間的水量安全，梁濟(jì)運(yùn)河長(zhǎng)溝泵站以上嘉祥縣境內(nèi)與梁濟(jì)運(yùn)河相通的河道及提水站均不能夠引水灌溉，因此梁寶寺引河入口涵閘和鄆城新河新莊節(jié)制閘均不得開(kāi)啟引水。為確保南水北調(diào)輸水期間的水質(zhì)安全，實(shí)現(xiàn)Ⅲ類(lèi)水質(zhì)的目標(biāo)，近年來(lái)南水北調(diào)東線(xiàn)供水期間由嘉祥縣自行運(yùn)行管理的鄆城新河新莊閘、梁寶寺引河入口涵閘、趙王河楊莊閘，以及與南水北調(diào)連接的其他支流等攔河節(jié)制建筑物均未開(kāi)啟，致使從趙王河調(diào)引梁濟(jì)運(yùn)河長(zhǎng)溝泵站以下南四湖湖水受到制約。

嘉祥縣屬平原區(qū)，無(wú)山林涵養(yǎng)水源的條件，同時(shí)鄆城、梁山兩縣引黃退水來(lái)水時(shí)間、來(lái)水水量、來(lái)水水質(zhì)均不能夠保證，僅能作為補(bǔ)充灌溉水源應(yīng)用，根據(jù)嘉祥縣現(xiàn)狀農(nóng)田灌溉情況，河道攔蓄的地表水源并不能夠滿(mǎn)足灌溉需求；嘉祥北部的老僧堂、孟姑集、臥龍山等鎮(zhèn)(街)地下水水質(zhì)差，礦化度在1.5g/L以上，不能用于農(nóng)業(yè)灌溉，不能采用機(jī)井抽取地下水替換。因而，采取相應(yīng)措施解決灌溉影響是有必要的。

3.2.2 排澇影響方面

南水北調(diào)東線(xiàn)一期梁濟(jì)運(yùn)河工程實(shí)施前，嘉祥縣根據(jù)雨情、水情，梁濟(jì)運(yùn)河以及南四湖上級(jí)湖水位等情況，可適時(shí)通過(guò)各個(gè)支流出口閘提閘放水，通過(guò)梁濟(jì)運(yùn)河、洙水河、洙趙新河、蔡河四個(gè)水系注入南四湖。嘉祥縣海拔在35～40m之間。低點(diǎn)在縣城東南金屯鎮(zhèn)東部，海拔35m；高點(diǎn)在縣城西北黃垓鎮(zhèn)中部，海拔40m。非汛期(10月至翌年5月)的梁濟(jì)運(yùn)河常水位在33.5～34.5m，汛期一般在34.5m以上，南四湖正常蓄水位34.0m，1960—2000年多年平均水位33.69m，多年最高水位34.64m，排澇較通暢。

東線(xiàn)工程實(shí)施后，在南水北調(diào)輸水期間，梁濟(jì)運(yùn)河輸水水位35.3～34.7m，即長(zhǎng)溝泵站出水口35.3m，嘉梁邊界處34.7m。輸水期間，如遇降雨易造成頂托，排水不暢；為確保南水北調(diào)輸水期間的水量和水質(zhì)安全，新莊閘和楊莊閘輸水期間均未開(kāi)閘排澇，形成內(nèi)澇。因而，采取工程措施減輕嘉祥縣北部(趙王河以北)內(nèi)澇問(wèn)題是有必要的。

4 處理方案探討

為解決嘉祥縣南水北調(diào)干線(xiàn)影響問(wèn)題，確定了兩個(gè)工程方案進(jìn)行比選。一方案為通過(guò)趙王河調(diào)引長(zhǎng)溝泵站以下梁濟(jì)運(yùn)河南四湖湖水；另一方案為通過(guò)現(xiàn)有洙水河左岸嘉祥村提水泵站提調(diào)洙水河南四湖湖水。

4.1 調(diào)引梁濟(jì)運(yùn)河南四湖湖水方案

采用兩套工程方案進(jìn)行比選。一方案為直接提水恢復(fù)方案：直接在趙王河楊莊閘附近新建提水泵站從而恢復(fù)嘉祥縣趙王河以北部分的灌排影響；另一方案為利用水庫(kù)調(diào)蓄方案：在趙王河楊莊閘附近新建提水泵站提梁濟(jì)運(yùn)河南四湖水后，結(jié)合在建的梁寶寺水庫(kù)兩級(jí)提蓄灌排水量，利用水庫(kù)調(diào)蓄灌溉排澇水量，減小楊莊閘提水泵站建設(shè)規(guī)模。

4.1.1 直接提水恢復(fù)方案

4.1.1.1 工程布置情況

為了恢復(fù)南水北調(diào)東線(xiàn)利用梁濟(jì)運(yùn)河輸水對(duì)嘉祥縣趙王河北部地區(qū)的灌溉影響，規(guī)劃在趙王河楊莊閘處新建提水泵站一座。

嘉祥縣北部澇水需在南水北調(diào)東線(xiàn)運(yùn)行期內(nèi)攔蓄至現(xiàn)狀嘉祥縣河道內(nèi)，當(dāng)運(yùn)行期灌溉時(shí)優(yōu)先使用滯蓄的澇水，在南水北調(diào)非運(yùn)行期時(shí)相機(jī)排澇。

4.1.1.2 相關(guān)規(guī)模測(cè)算

a.提水泵站規(guī)模確定。南水北調(diào)東線(xiàn)影響嘉祥縣趙王河北部灌溉面積35萬(wàn)畝，根據(jù)已有批復(fù)的報(bào)告中的嘉祥縣北部種植作物的灌溉制度，選用農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)0.70，根據(jù)北部地區(qū)的復(fù)種指數(shù)綜合確定泵站提灌流量。趙王河楊莊閘處新建提水泵站流量為20m3/s，才能夠基本恢復(fù)嘉祥縣趙王河以北區(qū)域的灌溉需求。

b.現(xiàn)狀河道滯蓄能力分析。根據(jù)洙趙新河梁山閘水文站1967—2003年實(shí)測(cè)非汛期徑流系列，多年平均非汛期(10月至翌年5月)徑流深為12.97mm，3年一遇徑流深為12.84mm。

嘉祥縣趙王河以北區(qū)域面積306km2，嘉祥縣區(qū)域在非汛期多年平均徑流量達(dá)到396.9萬(wàn)m3，非汛期3年一遇徑流量392.9萬(wàn)m3。上游鄆城縣和梁山縣通過(guò)新趙王河和鄆城新河匯入嘉祥境內(nèi)流域面積約602km2(鄆城新河流域面積518km2，新趙王河非嘉祥縣境內(nèi)流域面積84km2)，非汛期多年平均徑流量估算780.8萬(wàn)m3，非汛期3年一遇徑流量773.0萬(wàn)m3。非汛期多年平均徑流量達(dá)1177.7萬(wàn)m3，非汛期3年一遇徑流量1165.9萬(wàn)m3，北部現(xiàn)狀河道估算蓄水容積達(dá)1000萬(wàn)m3，滯蓄澇水的壓力較大，幾乎達(dá)到了嘉祥縣北部河道滯蓄能力的極限。

4.1.2 利用水庫(kù)調(diào)蓄方案

4.1.2.1 工程布置情況

規(guī)劃利用目前在建的梁寶寺水庫(kù)調(diào)節(jié)灌溉期供水，減小灌溉期提調(diào)南四湖水提水泵站流量，減少規(guī)模；利用梁寶寺水庫(kù)增加趙王河以北區(qū)域的滯蓄能力，滯蓄澇水相機(jī)外排或灌溉利用。

目前嘉祥縣利用煤礦塌陷地正在建設(shè)梁寶寺水庫(kù)，水庫(kù)總庫(kù)容970萬(wàn)m3，采用提水入庫(kù)方案，水庫(kù)主要由澇水、南四湖水充庫(kù)，為了解決因趙王河以北的灌排影響，水庫(kù)可以調(diào)節(jié)用于趙王河以北灌溉供水，同時(shí)澇水也可以提水入庫(kù)進(jìn)行滯蓄，以用于灌溉或者待輸水期結(jié)束相機(jī)外排。通過(guò)梁寶寺水庫(kù)的灌溉期供水調(diào)節(jié)作用和排水入庫(kù)增加趙王河以北滯蓄能力，從而解決嘉祥縣趙王河北部因南水北調(diào)東線(xiàn)運(yùn)行產(chǎn)生的灌排影響問(wèn)題。

南四湖水充庫(kù)通過(guò)在趙王河楊莊閘處新建提水泵站一處，提取梁濟(jì)運(yùn)河長(zhǎng)溝泵站以下的南四湖水，然后通過(guò)紅旗河，然后在紅旗河新楊村以東(設(shè)計(jì)中泓樁號(hào)16+600)新建新楊節(jié)制閘(泵站)抬高水位，至金莊村東，利用路邊溝開(kāi)挖金莊引河輸水至趙王河故道，進(jìn)入水庫(kù)。

澇水入庫(kù)通過(guò)紅旗河新楊節(jié)制閘(泵站)抬高水位，泵站提取紅旗河下游澇水，節(jié)制閘攔蓄紅旗河上游澇水，通過(guò)金莊引河、趙王河故道入庫(kù)。

水庫(kù)灌溉供水分成兩條路線(xiàn)，自趙王河故道至王鋪溝分水，一部分通過(guò)疏浚王鋪溝(趙王河故道至靳莊河段)，由靳莊河兩岸提水泵站及其支流灌溉周邊地區(qū)，另一部分繼續(xù)通過(guò)趙王河故道至金莊引河，通過(guò)金莊引河進(jìn)入紅旗河，通過(guò)紅旗河兩岸提水泵站及其支流灌溉周邊地區(qū)。

目前，梁寶寺水庫(kù)正在建設(shè)，水庫(kù)建設(shè)須與本項(xiàng)目同步完成，以便發(fā)揮最大效益；王鋪溝(趙王河故道至靳莊河段)列入嘉祥縣水系連通項(xiàng)目中。趙王河楊莊閘泵站、金莊引河及建筑物和新楊節(jié)制閘(泵站)需要列入本次建設(shè)工程內(nèi)容。

4.1.2.2 相關(guān)規(guī)模測(cè)算

a.紅旗河新楊節(jié)制閘(泵站)規(guī)模。紅旗河新楊節(jié)制閘處20年一遇防洪流量21m3/s，5年一遇除澇流量為11m3/s；相應(yīng)設(shè)計(jì)水位分別為39.28m、36.76m。新楊節(jié)制閘的主要任務(wù)是攔蓄紅旗河上游來(lái)水，抬高水位，使?jié)乘鸵S尾水進(jìn)入水庫(kù)。

新楊節(jié)制閘泵站設(shè)計(jì)提水規(guī)模確定為8.4m3/s，梁寶寺水庫(kù)設(shè)計(jì)蓄水位36.0m，根據(jù)供水路線(xiàn)及攔河建筑物水頭損失，確定新楊節(jié)制閘處最高擋水位為37.0m。

b.金莊引河規(guī)模。根據(jù)金莊引河的作用分為三個(gè)功能。第一個(gè)功能，作為引南四湖水入庫(kù)的通道，設(shè)計(jì)過(guò)流能力根據(jù)新楊節(jié)制閘(泵站)的提水流量確定為8.4m3/s，水流流向?yàn)榧t旗河向趙王河故道方向，起始水位由水庫(kù)的設(shè)計(jì)蓄水位36.0m確定。第二個(gè)功能，作為澇水入庫(kù)的通道，設(shè)計(jì)過(guò)流能力根據(jù)新楊節(jié)制閘(泵站)攔蓄的上游排澇流量確定，設(shè)計(jì)流量為11 m3/s，水流流向?yàn)榧t旗河向趙王河故道方向，起始水位由水庫(kù)的設(shè)計(jì)蓄水位36.0m確定。第三個(gè)功能，作為紅旗河沿線(xiàn)及趙王河部分區(qū)域灌溉供水渠道，根據(jù)相關(guān)資料金莊引河控制灌溉面積約為19萬(wàn)畝，設(shè)計(jì)灌溉流量為10.5m3/s，水流流向自趙王河故道向紅旗河供水。

經(jīng)綜合確定，金莊引河設(shè)計(jì)流量為11 m3/s；因趙王河故道設(shè)計(jì)河底高程為32.0m，金莊引河設(shè)計(jì)河底高程32.0m，雙向供水，河底為平底。

c.楊莊閘泵站規(guī)模。楊莊閘泵站作為提引南四湖水的供水工程，計(jì)劃利用其在非灌溉期充水至水庫(kù)。在灌溉期水庫(kù)供水量不足時(shí)，楊莊閘泵站作為補(bǔ)充水源。水庫(kù)供水按照總庫(kù)容的80%計(jì)算，一個(gè)灌溉期需要楊莊閘泵站最大提水量744萬(wàn)m3，經(jīng)計(jì)算為9m3/s，滿(mǎn)足新楊節(jié)制閘提水泵站8.4m3/s的需求。因而確定楊莊閘泵站規(guī)模為9m3/s。

4.2 調(diào)引洙水河南四湖湖水方案

4.2.1 工程布置情況

該方案充分利用現(xiàn)狀嘉祥縣水利工程，同時(shí)與目前嘉祥縣實(shí)施的水系連通工程相結(jié)合，綜合解決嘉祥縣趙王河以北區(qū)域因南水北調(diào)東線(xiàn)運(yùn)行產(chǎn)生的灌溉排澇影響問(wèn)題。

水庫(kù)充庫(kù)引南四湖水利用現(xiàn)有洙水河左岸嘉祥提水站，提水流量12m3/s，在非灌溉期和灌溉期期末充庫(kù)。通過(guò)改建嘉祥村提水站出水口位置，經(jīng)洙水河輸水至牛官屯河，疏挖牛官屯河上游至趙王河，通過(guò)趙王河輸水至紅旗河，然后在紅旗河新楊村以東(設(shè)計(jì)中泓樁號(hào)16+600)新建新楊節(jié)制閘(泵站)抬高水位，至金莊村東，利用路邊溝新開(kāi)挖金莊引河輸水至趙王河故道，進(jìn)入水庫(kù)。

水庫(kù)澇水入庫(kù)自趙王河進(jìn)入紅旗河，然后自新楊節(jié)制閘(泵站)自流或提水入庫(kù)。

水庫(kù)灌溉供水分成兩條路線(xiàn)，自趙王河故道至王鋪溝分水，一部分通過(guò)疏浚王鋪溝(趙王河故道至靳莊河段)，由靳莊河兩岸提水泵站及其支流灌溉周邊地區(qū)，另一部分繼續(xù)通過(guò)趙王河故道至金莊引河，通過(guò)金莊引河進(jìn)入紅旗河，通過(guò)紅旗河兩岸提水泵站及其支流灌溉周邊地區(qū)。

4.2.2 紅旗河與趙王河故道

紅旗河(中泓樁號(hào)4+350～17+700段)已經(jīng)通過(guò)2012年全國(guó)重點(diǎn)小型河道治理，沿線(xiàn)清淤及配套建筑物維修加固工程均已完成并通過(guò)驗(yàn)收，不需要新的工程措施。紅旗河(0+000～4+350、17+700～23+800)段已經(jīng)列入濱湖洼地治理工程進(jìn)行建設(shè)。紅旗河供水條件較好，河道兼顧供水和排水功能。

趙王河故道為原趙王河老河道，為嘉祥縣北部排澇河道，運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，多年并未治理，隨著新趙王河的開(kāi)挖，其功能逐步退化，河道淤積嚴(yán)重，下游需要途徑馬村鎮(zhèn)多個(gè)村莊，涉及20多戶(hù)住戶(hù)搬遷，征遷難度大，不利于穩(wěn)定。同時(shí)梁寶寺煤礦的開(kāi)挖，致使河道部分區(qū)段塌陷形成塌陷地，不利于河道疏浚。

4.2.3 相關(guān)參數(shù)確定

金莊引河及新楊節(jié)制閘相關(guān)參數(shù)確定與“調(diào)引梁濟(jì)運(yùn)河南四湖水方案”中“利用水庫(kù)調(diào)蓄方案”的參數(shù)相同。

4 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)綜合測(cè)算并征詢(xún)地方同意后，調(diào)引洙水河南四湖湖水方案作為推薦方案，并已經(jīng)通過(guò)評(píng)審和經(jīng)過(guò)山東省南水北調(diào)管理局批復(fù)，項(xiàng)目已經(jīng)實(shí)施完成。經(jīng)過(guò)實(shí)施完成后的效果分析，工程基本解決了嘉祥縣北部高亢地區(qū)的灌溉問(wèn)題，排水問(wèn)題也得到了緩解，為保證南水北調(diào)第一期工程的運(yùn)行安全提供了充分的支持。