張 敏 岳繼靈 劉淑萍

(1.山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250013；2.嘉祥縣水務局，山東 嘉祥 272400；3.山東省水利工程建設質(zhì)量與安全中心，山東 濟南 250013)

1 概 述

南水北調(diào)東線一期工程南四湖—東平湖段輸水與航運結合工程是南水北調(diào)東線山東段重要的輸水單元，承擔著南四湖—東平湖段江水北調(diào)和保障京杭大運河航運穩(wěn)定的任務[1]。輸水線路自梁濟運河入南四湖湖口沿梁濟運河北上至長溝，經(jīng)長溝泵站提水后繼續(xù)北上至鄧樓泵站，經(jīng)鄧樓泵站提水至柳長河進入東平湖新湖區(qū)，線路全長58.25km。

嘉祥縣位于山東省濟寧市西部，縣域北部與汶上縣隔梁濟運河相望。梁濟運河是嘉祥北部地區(qū)重要的承接澇水外排，調(diào)引南四湖水灌溉的河道。梁濟運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、航運等多功能的綜合利用河道，是京杭大運河的重要組成部分。干流起源于黃河南岸國那里閘處的北宋金河入口，向南流經(jīng)濟寧市的梁山、汶上、嘉祥、市中區(qū)、任城區(qū)，于任城區(qū)的大張莊東入南陽湖，河道全長87.8km[2]。

2 項目背景

南水北調(diào)東線一期梁濟運河段工程自2013年11月正式通水運行以來，輸水期間嘉祥境內(nèi)的南四湖及梁濟運河均為南水北調(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)的支流河道均需關閉，在調(diào)水期間無法直接調(diào)引湖水和運河水灌溉；調(diào)水期間的澇水以及上游客水攔蓄在嘉祥縣域內(nèi)，在非調(diào)水期才能適時排放。

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個鎮(zhèn)(街)，總面積約306km2，其中耕地面積35萬畝。自南水北調(diào)東線利用梁濟運河進行輸水以后，在輸水過程中，為了保證南水北調(diào)長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閉；趙王河的楊集閘雖位于長溝泵站以下，但為了保證南水北調(diào)水質(zhì)安全也并未開啟。從而趙王河以北區(qū)域站灌區(qū)原灌溉引水河道無法調(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，灌溉來水時間不及時。南水北調(diào)輸水期嘉祥縣趙王河以北區(qū)域的澇水也因此無法外排，導致區(qū)域受澇減產(chǎn)，群眾意見很大，要求盡快予以解決。

3 工程建設的必要性分析

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105萬畝，其中有效灌溉面積81.7萬畝。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)四種類型。經(jīng)過幾代水利人的探索，逐步形成了“以河補源、以井保豐”的路子。嘉祥縣主要的引河灌溉由南四湖和梁濟運河供水，由嘉祥縣境內(nèi)的各級支流進入嘉祥縣灌溉區(qū)，通過提水灌溉至田間，從而解決嘉祥縣引河灌溉的問題。根據(jù)嘉祥縣雨情、水情，梁濟運河以及南四湖上級湖水位等情況，澇水可適時通過各個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)利用梁濟運河、梁寶寺引河、鄆城新河以及嘉祥縣各支流。嘉祥縣北部約35萬畝耕地，可通過趙王河、梁寶寺引河、鄆城新河從梁濟運河自流調(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)東線一期梁濟運河工程實施前，嘉祥縣北部灌溉水源分為兩部分。一部分利用梁濟運河位于嘉祥境內(nèi)的一級支流(鄆城新河、梁寶寺引河、趙王河)調(diào)引南四湖湖水，通過新莊引河、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。另一部分通過鄆城新河上新莊攔河閘，攔蓄鄆城、梁山兩縣引黃退水，通過新莊引河、袁莊引河、紅旗河進入部分灌溉區(qū)域，作為調(diào)引南四湖湖水的補充水源，滿足灌溉需求。

輸水線路見圖1：

圖1 輸水線路示意圖

南四湖上級湖死水位32.8m，湖底高程32.3m；上級湖設計蓄水位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，均低于南四湖上級湖湖底高程，同時經(jīng)過測算梁濟運河非汛期8個月的多年平均水位在33.3～34.3m之間，因而通過梁濟運河能夠調(diào)引南四湖湖水滿足灌溉要求。

南水北調(diào)東線一期工程自正式供水以來，為了確保輸水期間的水量安全，梁濟運河長溝泵站以上嘉祥縣境內(nèi)與梁濟運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)制閘均不得開啟引水。為確保南水北調(diào)輸水期間的水質(zhì)安全，實現(xiàn)Ⅲ類水質(zhì)的目標，近年來南水北調(diào)東線供水期間由嘉祥縣自行運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)制建筑物均未開啟，致使從趙王河調(diào)引梁濟運河長溝泵站以下南四湖湖水受到制約。

嘉祥縣屬平原區(qū)，無山林涵養(yǎng)水源的條件，同時鄆城、梁山兩縣引黃退水來水時間、來水水量、來水水質(zhì)均不能夠保證，僅能作為補充灌溉水源應用，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，不能采用機井抽取地下水替換。因而，采取相應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)東線一期梁濟運河工程實施前，嘉祥縣根據(jù)雨情、水情，梁濟運河以及南四湖上級湖水位等情況，可適時通過各個支流出口閘提閘放水，通過梁濟運河、洙水河、洙趙新河、蔡河四個水系注入南四湖。嘉祥縣海拔在35～40m之間。低點在縣城東南金屯鎮(zhèn)東部，海拔35m；高點在縣城西北黃垓鎮(zhèn)中部，海拔40m。非汛期(10月至翌年5月)的梁濟運河常水位在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。

東線工程實施后，在南水北調(diào)輸水期間，梁濟運河輸水水位35.3～34.7m，即長溝泵站出水口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)干線影響問題，確定了兩個工程方案進行比選。一方案為通過趙王河調(diào)引長溝泵站以下梁濟運河南四湖湖水；另一方案為通過現(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)引梁濟運河南四湖湖水方案

采用兩套工程方案進行比選。一方案為直接提水恢復方案：直接在趙王河楊莊閘附近新建提水泵站從而恢復嘉祥縣趙王河以北部分的灌排影響；另一方案為利用水庫調(diào)蓄方案：在趙王河楊莊閘附近新建提水泵站提梁濟運河南四湖水后，結合在建的梁寶寺水庫兩級提蓄灌排水量，利用水庫調(diào)蓄灌溉排澇水量，減小楊莊閘提水泵站建設規(guī)模。

4.1.1 直接提水恢復方案

4.1.1.1 工程布置情況

為了恢復南水北調(diào)東線利用梁濟運河輸水對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)東線運行期內(nèi)攔蓄至現(xiàn)狀嘉祥縣河道內(nèi)，當運行期灌溉時優(yōu)先使用滯蓄的澇水，在南水北調(diào)非運行期時相機排澇。

4.1.1.2 相關規(guī)模測算

a.提水泵站規(guī)模確定。南水北調(diào)東線影響嘉祥縣趙王河北部灌溉面積35萬畝，根據(jù)已有批復的報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年實測非汛期徑流系列，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到396.9萬m3，非汛期3年一遇徑流量392.9萬m3。上游鄆城縣和梁山縣通過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m3，非汛期3年一遇徑流量773.0萬m3。非汛期多年平均徑流量達1177.7萬m3，非汛期3年一遇徑流量1165.9萬m3，北部現(xiàn)狀河道估算蓄水容積達1000萬m3，滯蓄澇水的壓力較大，幾乎達到了嘉祥縣北部河道滯蓄能力的極限。

4.1.2 利用水庫調(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；利用梁寶寺水庫增加趙王河以北區(qū)域的滯蓄能力，滯蓄澇水相機外排或灌溉利用。

目前嘉祥縣利用煤礦塌陷地正在建設梁寶寺水庫，水庫總庫容970萬m3，采用提水入庫方案，水庫主要由澇水、南四湖水充庫，為了解決因趙王河以北的灌排影響，水庫可以調(diào)節(jié)用于趙王河以北灌溉供水，同時澇水也可以提水入庫進行滯蓄，以用于灌溉或者待輸水期結束相機外排。通過梁寶寺水庫的灌溉期供水調(diào)節(jié)作用和排水入庫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)東線運行產(chǎn)生的灌排影響問題。

南四湖水充庫通過在趙王河楊莊閘處新建提水泵站一處，提取梁濟運河長溝泵站以下的南四湖水，然后通過紅旗河，然后在紅旗河新楊村以東(設計中泓樁號16+600)新建新楊節(jié)制閘(泵站)抬高水位，至金莊村東，利用路邊溝開挖金莊引河輸水至趙王河故道，進入水庫。

澇水入庫通過紅旗河新楊節(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，通過金莊引河、趙王河故道入庫。

水庫灌溉供水分成兩條路線，自趙王河故道至王鋪溝分水，一部分通過疏浚王鋪溝(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)通過趙王河故道至金莊引河，通過金莊引河進入紅旗河，通過紅旗河兩岸提水泵站及其支流灌溉周邊地區(qū)。

目前，梁寶寺水庫正在建設，水庫建設須與本項目同步完成，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)需要列入本次建設工程內(nèi)容。

4.1.2.2 相關規(guī)模測算

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；相應設計水位分別為39.28m、36.76m。新楊節(jié)制閘的主要任務是攔蓄紅旗河上游來水，抬高水位，使?jié)乘鸵S尾水進入水庫。

新楊節(jié)制閘泵站設計提水規(guī)模確定為8.4m3/s，梁寶寺水庫設計蓄水位36.0m，根據(jù)供水路線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功能。第一個功能，作為引南四湖水入庫的通道，設計過流能力根據(jù)新楊節(jié)制閘(泵站)的提水流量確定為8.4m3/s，水流流向為紅旗河向趙王河故道方向，起始水位由水庫的設計蓄水位36.0m確定。第二個功能，作為澇水入庫的通道，設計過流能力根據(jù)新楊節(jié)制閘(泵站)攔蓄的上游排澇流量確定，設計流量為11 m3/s，水流流向為紅旗河向趙王河故道方向，起始水位由水庫的設計蓄水位36.0m確定。第三個功能，作為紅旗河沿線及趙王河部分區(qū)域灌溉供水渠道，根據(jù)相關資料金莊引河控制灌溉面積約為19萬畝，設計灌溉流量為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，金莊引河設計流量為11 m3/s；因趙王河故道設計河底高程為32.0m，金莊引河設計河底高程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，計劃利用其在非灌溉期充水至水庫。在灌溉期水庫供水量不足時，楊莊閘泵站作為補充水源。水庫供水按照總庫容的80%計算，一個灌溉期需要楊莊閘泵站最大提水量744萬m3，經(jīng)計算為9m3/s，滿足新楊節(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，同時與目前嘉祥縣實施的水系連通工程相結合，綜合解決嘉祥縣趙王河以北區(qū)域因南水北調(diào)東線運行產(chǎn)生的灌溉排澇影響問題。

水庫充庫引南四湖水利用現(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。通過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，通過趙王河輸水至紅旗河，然后在紅旗河新楊村以東(設計中泓樁號16+600)新建新楊節(jié)制閘(泵站)抬高水位，至金莊村東，利用路邊溝新開挖金莊引河輸水至趙王河故道，進入水庫。

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

水庫灌溉供水分成兩條路線，自趙王河故道至王鋪溝分水，一部分通過疏浚王鋪溝(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)通過趙王河故道至金莊引河，通過金莊引河進入紅旗河，通過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4+350～17+700段)已經(jīng)通過2012年全國重點小型河道治理，沿線清淤及配套建筑物維修加固工程均已完成并通過驗收，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行建設。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，運行時間較長，多年并未治理，隨著新趙王河的開挖，其功能逐步退化，河道淤積嚴重，下游需要途徑馬村鎮(zhèn)多個村莊，涉及20多戶住戶搬遷，征遷難度大，不利于穩(wěn)定。同時梁寶寺煤礦的開挖，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 相關參數(shù)確定

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

4 結 論

經(jīng)過綜合測算并征詢地方同意后，調(diào)引洙水河南四湖湖水方案作為推薦方案，并已經(jīng)通過評審和經(jīng)過山東省南水北調(diào)管理局批復，項目已經(jīng)實施完成。經(jīng)過實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)的灌溉問題，排水問題也得到了緩解，為保證南水北調(diào)第一期工程的運行安全提供了充分的支持。