段琪彩，黃 英，柏紹光

(1.云南省水利水電科學(xué)研究院，云南昆明 650228;2.云南省水文水資源局昆明分局，云南昆明 650051)

滇池是我國(guó)著名的高原淡水湖泊，屬?lài)?guó)家重點(diǎn)保護(hù)水域之一，對(duì)維護(hù)區(qū)域生態(tài)平衡起著重要作用，同時(shí)也是昆明市發(fā)展不可或缺的城市景觀用水、工農(nóng)業(yè)用水的重要水源和城市生活備用應(yīng)急水源。從20世紀(jì)80年代初開(kāi)始，滇池藻類(lèi)大量繁殖，水質(zhì)不斷惡化，成為國(guó)家“三湖三河”重點(diǎn)治理的湖泊之一[1-3]。近年來(lái)，滇池治理已投入了大量的人力、物力和財(cái)力，截至2010年1月，滇池治理總投資120億元[4]，取得了階段性成果，水質(zhì)惡化的趨勢(shì)得到有效遏制[2-3]。但是，由于高原寬淺湖泊水動(dòng)力條件差、自?xún)裟芰θ?，滇池水環(huán)境質(zhì)量仍未根本好轉(zhuǎn)[1-3]。滇池現(xiàn)狀水質(zhì)總體評(píng)價(jià)南部?jī)?yōu)于北部，現(xiàn)階段滇池治理的研究方案之一是:嘗試將滇池北部水質(zhì)較差的水體從位于西北側(cè)的西園隧洞外排，通過(guò)蓄清排污的非工程措施來(lái)改善水環(huán)境。本文對(duì)滇池的蓄清排污調(diào)度方案進(jìn)行分析研究，旨在為滇池水資源綜合利用、水環(huán)境改善探索新的思路。

1 流域概況

滇池流域是云南省的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，流域內(nèi)包含五華、盤(pán)龍、西山、官渡、呈貢、晉寧、嵩明、尋甸等8個(gè)縣(區(qū))。2009年流域內(nèi)總?cè)丝?32萬(wàn)，人口密度1137人/km2。流域處于長(zhǎng)江、珠江、紅河分水嶺地帶，人均水資源占有量不足300 m3，屬資源型缺水地區(qū);因流域內(nèi)人類(lèi)活動(dòng)影響大，入湖河道水質(zhì)污染嚴(yán)重，又屬水質(zhì)型缺水地區(qū)。

滇池位于長(zhǎng)江干流金沙江下段右岸一級(jí)支流普渡河上游，坐落于昆明市區(qū)西南面，地理位置介于東經(jīng) 102°37'～102°48'，北緯 24°40'～25°02'之間，是云貴高原水面最大的天然淡水湖泊。湖面呈弓形，水位1887.40 m(黃?；鶞?zhǔn)面)時(shí)湖面南北長(zhǎng)40 km，東西平均7 km，湖岸線長(zhǎng)163.2 km，平均水深5.3 m，最大水深11.2 m，湖面面積309.5 km2，蓄水容量15.6億 m3[5]。目前，滇池水域分為內(nèi)湖(草海)和外湖(外海)，其中外海水面面積約298.5 km2，草海水面面積約11 km2[5]。內(nèi)、外湖之間由船閘和節(jié)制閘連接，兩湖水量交換受人為控制。

滇池流域?yàn)橹?、低山地貌，流域面積2920 km2，其中外海流域面積2725 km2，草海流域面積195 km2。滇池流域水系不對(duì)稱(chēng)發(fā)育，入湖河流主要分布于北部和東部，西側(cè)緊鄰西山，無(wú)較大支流匯入，北部的草海流域有新運(yùn)糧河、老運(yùn)糧河、大觀河等8條主要入湖河流，外海有盤(pán)龍江、寶象河、馬料河等27條主要入湖河流。滇池35條入湖河流控制面積2430 km2，占滇池流域總面積的83.2%，其中13條河流上游建有23座水庫(kù)，控制面積1142 km2，占滇池流域面積的39.1%。滇池流域水系分布見(jiàn)圖1。

圖1 滇池流域水系分布

2 水量條件

2.1 滇池入湖徑流量

1996年以前，海口河為滇池唯一排水通道，1996年8月在草海西側(cè)人工開(kāi)鑿西園隧洞，增加另一排水通道。?？诤雍臀鲌@隧洞有實(shí)測(cè)出湖水量資料，湖內(nèi)有3個(gè)站觀測(cè)水位，但因滇池調(diào)蓄作用和沿湖工農(nóng)業(yè)用水、湖面蒸發(fā)量大，故滇池入湖徑流采用水量平衡還原計(jì)算，還原時(shí)考慮湖容變量、出湖水量、沿湖工農(nóng)業(yè)用(耗)水量和湖面蒸發(fā)量。由于人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流影響大，將還原的徑流系列修正到同一影響的基礎(chǔ)上，得到具有一致性的現(xiàn)狀入湖徑流系列，系列長(zhǎng)為1953—2009年。不同保證率入湖徑流量經(jīng)頻率計(jì)算推求，外流域引水的回歸水量分別按現(xiàn)狀年和實(shí)施清水海(一期)、牛欄江—滇池補(bǔ)水工程(2012年)以后兩種情景考慮，現(xiàn)狀年加入云龍水庫(kù)引水回歸水，2012年以后又增加清水海(一期)、牛欄江引水的回歸水。云龍水庫(kù)日引水量51萬(wàn) m3①云南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.昆明市掌鳩河引水供水工程初步設(shè)計(jì)水源工程(云龍水庫(kù))報(bào)告.1999.，清水海(一期)引水量 1.12 m3/s②昆明市給水工程設(shè)計(jì)院.昆明市清水海引水工程(一期)初步設(shè)計(jì)報(bào)告.2007.，回歸水量按引水量的75%計(jì)。牛欄江豐、平、枯水年補(bǔ)水量分別為 20.7m3/s、19.0m3/s、17.3m3/s③中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，云南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.云南省牛欄江—滇池補(bǔ)水工程初步報(bào)告.2011.。云龍水庫(kù)引水回歸水分別退入草海和外海，清水海和牛欄江引水回歸水全部進(jìn)入外海。

經(jīng)還原修正，滇池本流域多年平均入湖徑流量9.86億m3，考慮自外流域調(diào)水加入云龍水庫(kù)引水回歸水量后多年平均入湖徑流量11.25億m3，實(shí)施清水海(一期)、牛欄江—滇池補(bǔ)水工程后多年平均入湖徑流量17.51億m3。不同保證率入湖徑流量詳見(jiàn)表1。

2.2 外海盈余水量

滇池外海集水面積和水域面積均遠(yuǎn)大于草海，現(xiàn)狀入湖水量是草海的8.7倍。滇池外海來(lái)水滿足周邊工農(nóng)業(yè)用水、下游海口河段用水和湖面蒸發(fā)損失后，汛期盈余水量現(xiàn)狀由海口河外排，研究考慮將部分外海汛期盈余水量經(jīng)草海由西園隧洞外排。因入湖水量、用水量和湖面蒸發(fā)損失水量均是動(dòng)態(tài)的，且蓄泄水受滇池運(yùn)行水位和海埂閘、西園隧洞閘的過(guò)水能力限制，故外海汛期盈余水量通過(guò)外海與草海聯(lián)合調(diào)度來(lái)計(jì)算。計(jì)算邊界條件:①特征水位執(zhí)行《滇池保護(hù)條例》規(guī)定的控制水位，即外海主汛期6—9月的水位控制在1887.20 m以?xún)?nèi)，其余時(shí)期最高水位控制在1887.50 m以?xún)?nèi);草海主汛期6—8月的水位控制在1885.50 m以?xún)?nèi)，其余時(shí)期最高水位控制在1886.80 m以?xún)?nèi)。②海埂節(jié)制閘最大過(guò)水量36.0 m3/s，西園隧洞最大過(guò)水量40 m3/s(含19.2萬(wàn)m3/d的城市污水處理廠處理后的中水量)，?？谥袨╅l最大過(guò)水量80 m3/s。③ 保證下游海口河段的工業(yè)用水量10422萬(wàn)m3/a，農(nóng)業(yè)用水量661萬(wàn)～763萬(wàn)m3/a。按以上邊界條件控制，經(jīng)逐月調(diào)度計(jì)算，得到不同保證率外海盈余水量，詳見(jiàn)表2。

表1 不同保證率下滇池入湖徑流量 億m3

表2 滇池內(nèi)外海徑流聯(lián)合調(diào)度計(jì)算成果

從表2可以看出，汛期滇池外海除滿足沿湖和下游工農(nóng)業(yè)正常用水外，不同年景均有水量盈余，現(xiàn)狀年(2010年)余水量1.34億～7.70億m3，實(shí)施清水海(一期)、牛欄江—滇池補(bǔ)水工程(2012年)以后余水量4.84億～14.50億m3。不考慮調(diào)度方案制約時(shí)，現(xiàn)狀年和實(shí)施清水海(一期)、牛欄江—滇池補(bǔ)水工程后，外海余水可經(jīng)草海由西園隧洞外排水量分別為1.33億～4.42億m3、3.54億～7.90億m3。

3 調(diào)度方案

從水量分析成果可以看出，不同來(lái)水條件下外海均有余水，此部分余水經(jīng)西園隧洞外排，現(xiàn)按蓄滿外排和蓄泄結(jié)合兩種調(diào)度方案進(jìn)行討論。

蓄滿外排調(diào)度方案:首先，關(guān)閉海埂節(jié)制閘，西園隧洞閘門(mén)全開(kāi)，使草海水位降至最低工作水位(1885.50 m)騰空草海湖容，此時(shí)外海與草海之間產(chǎn)生較大水位差;然后，打開(kāi)海埂節(jié)制閘，使外海水在較短時(shí)間內(nèi)涌入草海，待草海水位達(dá)到或接近正常水位(1886.80 m)時(shí)關(guān)閉節(jié)制閘，如此反復(fù)循環(huán)。

蓄泄結(jié)合調(diào)度方案:草海水位控制在正常水位以?xún)?nèi)，西園隧洞閘門(mén)全開(kāi)，出流量接近最大過(guò)流能力(40 m3/s)，調(diào)整海埂節(jié)制閘的閘門(mén)開(kāi)啟高度，保持內(nèi)外海水位差在0.50 m左右，使外海水自流進(jìn)入草海，然后由西園隧洞排出。

根據(jù)來(lái)水條件，按2.2節(jié)外海盈余水量計(jì)算相同的邊界條件，經(jīng)逐月調(diào)度計(jì)算，得到兩種調(diào)度方案由西園隧洞外排的外海水量，成果詳見(jiàn)表3。

表3 兩種調(diào)度方案實(shí)際調(diào)水量比較 億m3

從表3可以看出，不同調(diào)度方案實(shí)際經(jīng)草海由西園隧洞外排的外海水量是不同的。蓄滿外排方案現(xiàn)狀條件實(shí)際外排水量0.82億～3.24億m3，實(shí)施清水海(一期)、牛欄江—滇池補(bǔ)水工程后實(shí)際外排水量2.72億～4.89億m3;蓄泄結(jié)合方案現(xiàn)狀條件實(shí)際外排水量1.30億 ～4.38億 m3，實(shí)施清水海(一期)、牛欄江—滇池補(bǔ)水工程后實(shí)際外排水量3.42億～7.41億m3。從外排水量來(lái)看，蓄泄結(jié)合調(diào)度方案實(shí)際外排水量明顯大于蓄滿外排方案。

4 調(diào)度方案可行性分析

調(diào)度方案可行性從水動(dòng)力、水質(zhì)、泄水設(shè)施設(shè)備、管理及可能產(chǎn)生的負(fù)面影響等方面來(lái)分析。

根據(jù)《滇池保護(hù)條例》，草海汛期最低工作水位1885.50m，正常水位1886.80m;外海汛期限制水位1887.20 m，正常水位1887.50 m。外海與草海汛期水位相差1.7 m，非汛期水位相差0.7 m。滇池現(xiàn)狀的運(yùn)行方式是草海與外海單獨(dú)運(yùn)行，只有遇大洪水西園隧洞不滿足洪水宣泄時(shí)才打開(kāi)節(jié)制閘外排洪水，一般情況外海與草海之間已保持一定的水位差，且滇池風(fēng)向以西南向?yàn)橹鳎邆渥粤餮a(bǔ)水動(dòng)力條件。

近年來(lái)，滇池外海水質(zhì)總體優(yōu)于草海，而外海南部水質(zhì)又優(yōu)于北部。通過(guò)聯(lián)合調(diào)度，將草海余水和外海北部水質(zhì)較差的水體由西園隧洞外排，有利于外海水環(huán)境改善。

滇池草海與外海之間的節(jié)制閘為鋼質(zhì)平底平板閘門(mén)，寬4 m，高4 m，現(xiàn)狀啟閉運(yùn)行正常。西園隧洞閘門(mén)位于隧洞入口處，為鋼質(zhì)矩形平底平板閘，寬6.6 m，高4.75 m，閘門(mén)啟閉運(yùn)行正常。海埂閘、?？陂l和西園隧洞閘由昆明市滇池管理局統(tǒng)一管理。具備聯(lián)合調(diào)度的設(shè)施設(shè)備和管理?xiàng)l件。

按滇池運(yùn)行水位控制下進(jìn)行調(diào)度，對(duì)滇池入湖河流不會(huì)產(chǎn)生大的頂托影響。按蓄滿外排方案調(diào)度，草海水位在1885.50～1886.80 m之間變化，幅度為1.3 m，對(duì)湖周邊用水、濕地和湖堤穩(wěn)定產(chǎn)生一定影響;按蓄泄結(jié)合方案調(diào)度，草海水位保持較高狀態(tài)，對(duì)湖周邊用水、濕地和湖堤穩(wěn)定基本無(wú)影響。

5 結(jié) 語(yǔ)

在分析來(lái)水、用水、水質(zhì)及已建工程設(shè)施條件的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)滇池蓄清排污調(diào)度方案比較，得出以下初步結(jié)論和建議:

a.外海汛期盈余水量可經(jīng)草海由西園隧洞外排，現(xiàn)狀年盈余水量為1.33億～4.42億 m3，2012年實(shí)施清水海(一期)、牛欄江—滇池補(bǔ)水工程后外排水量為3.54億～7.90億m3。在保證滇池沿湖和下游工農(nóng)業(yè)用水以及防洪安全的前提下，不同來(lái)水條件具備實(shí)施滇池北部水質(zhì)較差水體自西園隧洞外排的水量條件。

b.按蓄滿外排方案調(diào)度，現(xiàn)狀年可外排水量0.82億～3.24億m3，實(shí)施清水海(一期)、牛欄江—滇池補(bǔ)水工程以后可外排水量2.72億～4.89億m3。按蓄泄結(jié)合方案調(diào)度，現(xiàn)狀年可外排水量1.30億～4.38億m3，實(shí)施清水海、牛欄江—滇池補(bǔ)水工程以后可外排水量3.42億～7.41億m3。從調(diào)水量大、草海運(yùn)行水位變幅小和對(duì)湖周邊用水、湖堤影響小的角度考慮，推薦蓄泄結(jié)合的調(diào)度方案。

c.滇池現(xiàn)狀外海和草海一般單獨(dú)運(yùn)行，外海北部水質(zhì)較差水體需經(jīng)湖區(qū)后由?？诤油馀拧，F(xiàn)有設(shè)施設(shè)備和運(yùn)行管理均具備聯(lián)合調(diào)度的條件，外海部分水體經(jīng)草海轉(zhuǎn)由西園隧洞外排，有利于滇池水環(huán)境改善。

d.滇池特征水位與流域來(lái)水有關(guān)，也與下泄水量有關(guān)，為了確保防洪安全和水資源充分利用，滇池水量調(diào)度除了考慮設(shè)施設(shè)備運(yùn)行正常外，還需掌握流域內(nèi)的雨水情勢(shì)。因此，建議加強(qiáng)和完善流域水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)，以及時(shí)準(zhǔn)確的水情信息為技術(shù)支撐。

e.滇池水資源調(diào)度涉及面廣，沿湖工農(nóng)業(yè)用水、湖岸濕地生態(tài)用水及下游生產(chǎn)、生態(tài)用水與調(diào)度方式關(guān)系密切，具體實(shí)施時(shí)建議制定切實(shí)可行的調(diào)度方案，并上報(bào)主管部門(mén)審批。

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