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江的主要泄洪河道，又是重要的將長江水源直接引入太湖的“引江濟太”通道。根據(jù)《太湖流域綜合規(guī)劃》，規(guī)劃實施望虞河后續(xù)工程，主要包括拓寬望虞河、實施望虞河西岸有效控制、實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年國務院批復同意的《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是防止引江濟太期間西岸地區(qū)污水進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是解決引江濟太期間望虞河西岸地區(qū)的排水出路，實現(xiàn)引排分開、清污分流，減輕西岸控制工程對區(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)建成運行，望虞河西岸控制工程可研前置要件全部辦理完畢，已報國家發(fā)展改革委正待審批，望虞河實施“引江濟太”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告》[2]，西岸控制工程運行調(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，由走馬塘工程承擔地區(qū)排澇任務，西岸控制工程關(guān)閉，望虞河仍可連續(xù)引江濟太；在滿足流域水資源調(diào)配要求的前提下，望虞河引水期可適時開啟部分支河口門，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告》[3]中提出在引江濟太期間，西控制線原則上關(guān)閉；為改善走馬塘與望虞河之間河網(wǎng)水體水環(huán)境時，西岸控制后，需適當向西岸地區(qū)補給水環(huán)境用水，其中，羊尖塘和錫北運河開閘連續(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告》[3]，望虞河引江濟太期間，走馬塘及其兩岸控制建筑物調(diào)度原則如下。

(1)江邊樞紐。當張家港樞紐向北排水時，江邊樞紐必須配合張家港樞紐排水；當張家港樞紐不排水時，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：當無錫水位低于2.8 m或西岸南部地區(qū)來水水質(zhì)未達標時，關(guān)閉；當西岸南部地區(qū)需要北排時，開啟；當沿江自排區(qū)老七干河處水位超過3.6 m或西岸南部地區(qū)不需要北排時，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，開啟退水閘北排西岸北部地區(qū)來水；當沿江自排區(qū)老七干河處水位超過3.6 m時，關(guān)閉。③閘站工程：當開啟立交地涵或退水閘北排時，開閘排水；當自排不能滿足西岸地區(qū)河網(wǎng)水體流動需要時，啟用泵站抽排。

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

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》，當太湖水位低于調(diào)水限制水位時，相機實施水量調(diào)度。在實施水量調(diào)度期間，嚴格控制望虞河西岸支流口門閘門，避免西岸支流污水進入望虞河，嚴格控制九里河、伯瀆港引水；對望虞河東岸口門實行控制運行；對于望虞河西岸澄錫虞地區(qū)沿江口門，適時加大排江流量，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>

太湖水資源安全對引江濟太入湖水質(zhì)提出了明確要求，需滿足III類水入湖標準，《太湖流域水量分配方案(報批稿)》提出2020年(張家港樞紐未實施)望虞河引水入湖效率需達到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，應保證太湖最低旬平均水位不低于2.80 m。

根據(jù)2002-2014年引江濟太實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，累計已從望虞河調(diào)引長江水262.7 億m3入太湖流域，通過望亭水利樞紐引水入太湖120.2 億m3，通過太浦閘向下游地區(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%，均未達到要求。根據(jù)2012-2014年引江濟太期間望虞河干流沿線水質(zhì)變化過程(見圖1)，望虞河入湖斷面望亭立交閘下水質(zhì)好于Ⅲ類標準，但是望虞河高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總氮呈沿程增加趨勢。這說明現(xiàn)狀望虞河西岸沒有控制的情況下，引江濟太期間西岸污水進入了望虞河，需要較多的清水進行稀釋才能到達入湖要求，導致入湖水量減少。因此，需要考慮待西岸控制工程實施后，望虞河西岸與走馬塘工程進行聯(lián)合調(diào)度，防止引江濟太期間西岸地區(qū)污水進入望虞河。

圖1 2012-2014年引江濟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>

為保障引江濟太期間望虞河水質(zhì)安全，《引江濟太期間望虞河納污能力及限制排污總量試行意見》對西岸支流入望虞河各節(jié)點提出了具體的水質(zhì)濃度控制要求(見表1)。根據(jù)2012-2014年引江濟太期間西岸支流水質(zhì)變化過程(見圖1)，引江濟太期間張家港、錫北運河、九里河、伯瀆港氨氮濃度均未達到水質(zhì)控制要求，高錳酸鹽指數(shù)相對較好。此外，西岸支流中羊尖塘現(xiàn)狀水質(zhì)也較差。因此，待西岸控制工程實施后，可以考慮對有水質(zhì)濃度控制要求以及現(xiàn)狀水質(zhì)較差的河道進行加大補水，促進水體流動，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)學模型平水年灌溉用水量數(shù)據(jù)對進行區(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%。在非作物生長期，則基本無灌溉用水量。因此，為提高區(qū)域用水需求保障程度，可以考慮在滿足望虞河引水入湖要求的基礎(chǔ)上，對區(qū)域需水重點時段6月中旬至8月下旬適當增加西岸地區(qū)分流。

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

4 聯(lián)合調(diào)度方案設(shè)計

主要從3個重點方向進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：一是優(yōu)化走馬塘張家港樞紐調(diào)度參考水位無錫水位，擬通過抬高無錫控制水位來抬高走馬塘以東、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，對西岸補水進行空間優(yōu)化，即對有入望虞河水質(zhì)濃度控制要求以及水質(zhì)較差的河道進行優(yōu)化補水；三是對西岸補水進行時間優(yōu)化，在6月中旬至8月下旬區(qū)域用水高峰期進行優(yōu)化補水。在現(xiàn)狀方案的基礎(chǔ)上，設(shè)計了3個聯(lián)合調(diào)度比選方案(見表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

注：望虞河西岸控制工程中張家港樞紐未實施；重點河道主要指錫北運河、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)學模型對各方案下流域引江濟太、武澄錫虞區(qū)水量、水質(zhì)影響進行分析。

5.1 太湖及地區(qū)代表站水位

各方案太湖、無錫計算水位過程見圖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)化方案太湖水位過程基本沒有變化，引江濟太期間，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，均不會對太湖水位產(chǎn)生不利影響。3種方案無錫水位過程也基本沒有變化，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，均可以滿足區(qū)域水資源需求。

圖2 不同方案太湖、無錫計算水位過程

5.2 望虞河及區(qū)域進出水量

1990年型下不同優(yōu)化方案望虞河進出水量計算成果見表3。引江濟太期間，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種方案均可以滿足望虞河引江入湖效率要求。

表3 不同方案引江濟太期間望虞河進出水量計算成果 億m3

引江濟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%。由于在重點時段重點河道增加了分流，3個方案錫北運河、伯瀆港、九里河、羊尖塘分流量均較JC方案明顯增加，ZH1、ZH2方案各重點河道分流量增幅均為24.3%左右；ZH3方案由于進一步抬高了走馬塘工程無錫控制水位，重點河道分流量增幅與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%。

引江濟太期間，ZH1方案、ZH2方案對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(錫北運河-張家港樞紐段)干流水量明顯減少，減幅達28.9%，張家港樞紐北排水量也明顯減少，減幅達29.9%，因此，ZH3方案不利于區(qū)域河網(wǎng)水體流動。

5.3 區(qū)域河網(wǎng)水質(zhì)

不同方案引江濟太期間區(qū)域河網(wǎng)水質(zhì)計算成果見表4。較JC方案，ZH1方案、ZH2方案對于錫北運河、伯瀆港、九里河、羊尖塘等重點河道的水質(zhì)具有一定改善作用，且ZH2方案的改善效果比ZH1方案要好，對于重點河道，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，對于重點河道，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。對于走馬塘兩岸支流，ZH1方案、ZH2方案對于走馬塘東岸支流有一定改善作用，且2者效果基本相當，ZH1方案對于走馬塘西岸支流水質(zhì)幾乎沒有改善作用，且略有惡化，但是ZH2方案對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方案雖對走馬塘東岸錫北運河、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，并對伯瀆港等其他支流造成了水質(zhì)惡化，同時也對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 不同方案引江濟太期間望虞河西岸支流水質(zhì)計算成果 %

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

綜上所述，認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，在一定時段內(nèi)適當抬高了區(qū)域河網(wǎng)水位，對重點河道進行了有針對性的優(yōu)化補水，對于望虞河西岸支流、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

望虞河是太湖流域“引江濟太”的調(diào)水通道，其周邊相關(guān)工程調(diào)度與望虞河引江濟太效益關(guān)系密切，對區(qū)域水資源補給也非常重要。針對望虞河西岸地區(qū)排水出路問題以及區(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施以后，由望虞河西岸控制工程與走馬塘工程進行聯(lián)合調(diào)度，在西岸控制總流量11 m3/s的前提下，在望虞河實施引江濟太期間，對西岸錫北運河、伯瀆港、九里河、羊尖塘等重點河道在區(qū)域需水重點時段(6月10日至8月31日)進行加大分流、優(yōu)化補水，并且適當抬高走馬塘工程調(diào)度參考水位無錫水位(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、錫澄運河以南地區(qū)形成較為有序的水體流動格局，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望虞河西岸地區(qū)水環(huán)境的影響研究[J]. 中國農(nóng)村水利水電,2013,(9):20-22.

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

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

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