張舒羽，李星南，朱 勇

(上?？睖y設(shè)計研究院有限公司，上海200434)

0 引言

滆湖是太湖上游的典型河湖相聯(lián)復(fù)雜水系的湖蕩，具有水量調(diào)蓄、水質(zhì)凈化、攔截沉降污染物等生態(tài)服務(wù)功能。源自鎮(zhèn)江、丹陽、金壇等地區(qū)的徑流經(jīng)洮、滆湖調(diào)蓄后由常州太滆運河、宜興漕橋河、殷村港等河流匯入太湖。隨著滆湖周邊城市快速發(fā)展，近年來滆湖水質(zhì)惡化、水環(huán)境富營養(yǎng)化進(jìn)程加快[1]。

2017年新孟河延伸拓竣工程正式開工建設(shè)，預(yù)計2021年底建成后全線通水。工程穿越滆湖自北干河入，至太滆運河和漕橋河出，線路橫跨了整個滆湖[2]。當(dāng)工程引江期間，滆湖入流和出流水量將大大增加，勢必會對滆湖的水文和水環(huán)境產(chǎn)生一定程度影響。一方面滆湖出入流增加可以改善滆湖水動力條件，另一方面水質(zhì)較好的長江水進(jìn)入滆湖可以改善滆湖的水環(huán)境。因此，在滿足滆湖及周邊主干河道防洪及引水要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)污染防治及生態(tài)調(diào)控對于滆湖及河網(wǎng)的水位、流速、含沙量方面的生境營造要求，優(yōu)化新孟河工程運行調(diào)度方案，通過水文情勢的調(diào)控提出最有利于污染控制及健康水生態(tài)構(gòu)建的河湖水網(wǎng)調(diào)控方案具有重要的意義。

1 研究區(qū)概況

滆湖，俗稱沙子湖、西太湖，亦稱西滆湖和西滆沙子湖，位于常州武進(jìn)區(qū)西南部與無錫宜興市東北部之間，現(xiàn)狀水域面積 144.1 km2，為全省第六大湖泊，蘇南地區(qū)僅次于太湖[3]。滆湖位于太湖流域湖西地區(qū)腹部，周邊水系為平原水網(wǎng)，無明顯匯水邊界，西滆湖、東連太湖、北承蘇南運河來水、東西兩岸分別有武宜運河和孟津河自北而南縱向環(huán)繞[4]。主要的入湖河道有扁擔(dān)河、夏溪河、湟里河、北干河、中干河等，出湖河道主要有太滆運河、漕橋河、殷村港等東注太湖，出入湖河道上均無水工建筑物控制。滆湖周邊水系見圖1。

2 研究方法

2.1 模型介紹

采用河海大學(xué)研制的太湖流域河網(wǎng)一維水量水質(zhì)模型，該模型經(jīng)水利部及國家有關(guān)科技部門的鑒定認(rèn)證，被認(rèn)為是太湖流域可推行使用的水量水質(zhì)模型，曾應(yīng)用于太湖流域防洪規(guī)劃、水資源綜合規(guī)劃等重大規(guī)劃的水利計算，是目前流域認(rèn)知度和可行度較高的計算模型[1]。

模型運用水文、水動力學(xué)等原理，在綜合分析太湖流域平原河網(wǎng)特點和大量基礎(chǔ)資料的基礎(chǔ)上，對流域平原河湖、河道汊口連接和各種控制建筑物及其調(diào)度運行方式進(jìn)行模擬，對流域各類供水、用水、耗水、排水進(jìn)行合理概化，并采用一體化集成模式，將模型核心技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)及最新信息處理技術(shù)在系統(tǒng)底層進(jìn)行集成，最終建立適合于太湖流域河網(wǎng)水量水質(zhì)計算的系統(tǒng)平臺[5]。

本次模型選取2000年全年流域?qū)崨r水情對水量和水質(zhì)參數(shù)率定。2000年是流域平水年，全流域全年降雨保證率為51.9%，7月份降雨保證率為80.8%，8月份降雨保證率為36.5%，且長江潮位也接近于多年平均，從水文條件而言，基本代表平均水文狀況。率定結(jié)果表明計算水位、沿江水閘的引排水量與實測值基本一致，代表站的水質(zhì)計算濃度與實測值基本接近。

2.2 優(yōu)化方案

結(jié)合流域的“引江濟(jì)太”大格局，將滆湖水位提升為主要的控制調(diào)度條件，改善滆湖水動力條件、湖水流態(tài)、滆湖水環(huán)境質(zhì)量，增強(qiáng)滆湖水量水質(zhì)調(diào)節(jié)能力[5-9]。在水生態(tài)因子與水文響應(yīng)關(guān)系研究成果的基礎(chǔ)上，以滆湖適宜水位作為目標(biāo)水文條件建立優(yōu)化調(diào)控方案，新孟河工程實施后，承擔(dān)著流域防洪、水資源配置、水環(huán)境改善的任務(wù)。因此，優(yōu)化調(diào)控方案重點從流域、區(qū)域水位調(diào)控著手，新孟河江邊樞紐在滿足太湖調(diào)度線和區(qū)域水位雙重控制下，通過適當(dāng)增大泵閘開度，來調(diào)控引江水量，達(dá)到提高流域、區(qū)域水資源配置能力、改善水環(huán)境目的的效果。具體調(diào)度原則如下：

太湖水位處于防洪調(diào)度區(qū)時，滆湖水位超過4.2 m時，沿江口門開閘排水；當(dāng)滆湖水位高于4.6 m時，增開新孟河江邊泵站排水；太湖水位處于適時調(diào)度區(qū)，滆湖水位高于4.2 m時，開閘排水；太湖水位處于自引區(qū)或泵引區(qū)時，開啟節(jié)制閘或泵站引長江水；太湖水位處于適時調(diào)度區(qū)，當(dāng)滆湖水位低于3.0 m時，逢長江高潮位開閘引水；當(dāng)滆湖水位超過3.0 m但不超過3.7 m時，根據(jù)區(qū)域用水需要適時逢高潮位開閘引水；當(dāng)滆湖水位在3.7 m～4.2 m時關(guān)閘。

本次調(diào)控情景方案以流域典型水文年進(jìn)行設(shè)計，在計算水文年的工程調(diào)控效果的同時，考慮區(qū)域污染物排放情況，擬定削減污染物的情景方案。其中流域典型枯水年為1971年具體計算情景方案見表1?？紤]到新孟河工程運行調(diào)度同時受流域、區(qū)域防洪、水資源配置多重影響，為準(zhǔn)確分析調(diào)水工況下對武南片區(qū)水文情勢和水生態(tài)環(huán)境影響，計算分析時段選取連續(xù)引水期8月～9月進(jìn)行分析。

圖2 滆湖二維模型及周邊概化河道示意圖

表1 調(diào)控情景方案設(shè)計列表

3 結(jié)果與分析

(1)水位變化

枯水年滆湖及主要出湖河道水位變化過程見圖3～圖4。現(xiàn)狀方案下滆湖引水期的日均水位為2.86 m～3.37 m，水量水質(zhì)優(yōu)化調(diào)控后滆湖日均水位有所抬升，為3.14 m～3.71 m，相比現(xiàn)狀方案平均升高了0.31 m?，F(xiàn)狀方案下太滆運河引水期的日均水位為2.90 m～3.41 m，水量水質(zhì)優(yōu)化調(diào)控后為3.10 m～3.65 m，相比現(xiàn)狀方案平均升高了0.20 m。

圖3 枯水年引水期調(diào)控方案下滆湖水位變化過程

圖4 枯水年引水期調(diào)控方案下太滆運河水位變化過程

(2)出湖河道水量分析

引水期內(nèi)，滆湖主要出湖河道過流水量變化見圖5。由圖5可知，枯水年(1971年)，現(xiàn)狀方案下，由于湖西區(qū)來水偏少，武南河、太滆運河、漕橋河倒灌入滆湖。規(guī)劃方案下，武南河、太滆運河、漕橋河由凈入滆湖變?yōu)閮舫鰷韬珳柽\河和漕橋河水量大幅增加，分別達(dá)18920萬m3和16410萬m3；殷村港和燒香港過流水量分別為10530萬m3、8970萬m3。水量水質(zhì)優(yōu)化調(diào)控方案后，通過增大新孟河引江水量，出滆湖河道武南河、太滆運河、漕橋河、殷村港和燒香港過水通量較規(guī)劃方案均有所增加，過水量分別為4694萬m3、20900萬m3、18040萬m3、11590萬m3和9849萬m3。

圖5 平水年滆湖出湖河道平均水量統(tǒng)計圖

(出為正，入為負(fù))

(3)出湖河道流速分析

規(guī)劃方案下與現(xiàn)狀相比，大部分出湖河道平均流速明顯增大；水量水質(zhì)優(yōu)化調(diào)控方案下，出湖河道武南河、太滆運河、漕橋河、殷村港和燒香港較規(guī)劃平均流速明顯增大，武南河由規(guī)劃的0.063 m/s提高至0.123 m/s；太滆運河由規(guī)劃的0.143 m/s提高至0.184 m/s、漕橋河由規(guī)劃的0.188 m/s提高至0.232 m/s、殷村港由規(guī)劃的0.225 m/s提高至0.275 m/s；燒香港由現(xiàn)狀的0.206 m/s提高至0.251 m/s，枯水年不同方案下出湖河道流速變化見圖6。

圖6 枯水年滆湖出湖河道平均流速統(tǒng)計表(出為正，入為負(fù))

(4)水質(zhì)變化分析

規(guī)劃方案和水量優(yōu)化調(diào)控方案下武南片主要河道水質(zhì)變化統(tǒng)計成果見表2。

表2 滆湖及周邊河網(wǎng)不同方案下水質(zhì)水質(zhì)變化統(tǒng)計表

優(yōu)化調(diào)控方案與規(guī)劃方案相比，武南片河網(wǎng)各河道水質(zhì)均有不同程度改善，其中武南河COD、NH3-N、TP濃度分別降低8.3%、6.5%、5.9%，太滆運河COD、NH3-N、TP濃度分別降低11.1%、5.9%、3.9%，漕橋河COD、NH3-N、TP濃度分別降低10.8%、10.1%、17.7%，殷村港COD、NH3-N、TP濃度分別降低11.0%、4.5%、16.8%，燒香港COD、NH3-N、TP濃度分別降低11.0%、4.2%、13.3%。

考慮區(qū)域污染物削減方案后，入河污染物削減20%時，周邊河網(wǎng)COD、NH3-N、TP濃度與優(yōu)化方案相比分別降低2.5%～14.4%；入河污染物削減30%時，周邊河網(wǎng)COD、NH3-N、TP濃度與優(yōu)化方案相比分別降低3.2%～22.3%，周邊河網(wǎng)水質(zhì)達(dá)到Ⅳ類。

4 結(jié)論

(1)基于太湖流域河網(wǎng)一維水量水質(zhì)模型計算結(jié)果分析，得出新孟河工程實施調(diào)水后，滆湖及周邊河網(wǎng)水動力條件得到大幅改善。通過水量水質(zhì)優(yōu)化調(diào)控后， 滆湖日均水位引水后抬升0.31 m，周邊河網(wǎng)日均水位抬升0.2 m，河道流速增大了0.123 m/s～0.275 m/s。總體上說明枯水年新孟河工程引水后對滆湖及周邊河網(wǎng)水文情勢影響很大。

(2)新孟河工程實施調(diào)水后， 周邊區(qū)河網(wǎng)水質(zhì)COD、NH3-N、TP得到較大改善下，COD、NH3-N、TP濃度分別降低3.2%～22.3%。區(qū)域污染物削減后，周邊河網(wǎng)水質(zhì)在水量水質(zhì)優(yōu)化調(diào)控方案基礎(chǔ)上進(jìn)一步改善，河網(wǎng)水質(zhì)達(dá)到Ⅳ類，基本實現(xiàn)水功能區(qū)劃水質(zhì)目標(biāo)。按水量水質(zhì)調(diào)控優(yōu)化方案進(jìn)行調(diào)控可有效改善滆湖的水環(huán)境條件。