劉宗柏，呂曉理，呂鴻翔

（南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250109）

1 韓莊運(yùn)河段工程概況

1.1 工程概況

韓莊運(yùn)河工程由淮委直屬單位負(fù)責(zé)管理，韓莊運(yùn)河屬淮河流域沂、沭、泗水系，干流為東西走向，西起微山湖東韓莊鎮(zhèn)，向東流經(jīng)濟(jì)寧市的微山和棗莊市的嶧城、臺兒莊區(qū)，匯陶溝河后入江蘇省中運(yùn)河，在山東省境內(nèi)長42.7 km。韓莊運(yùn)河主要承泄南四湖流域31 700 km2的來水，并兼排韓莊運(yùn)河區(qū)間1 828 km2的來水，山東、江蘇省界處匯水流域面積33 528 km2。

1.2 航運(yùn)工程情況分析

由于韓莊運(yùn)河從南四湖下級湖至臺兒莊節(jié)制閘閘下水位落差大，設(shè)置了3處船閘（含節(jié)制閘）以滿足航運(yùn)要求。通過人為的方式調(diào)控各航段水位，能夠有效保證船舶在不同水位的正常運(yùn)行。但是，這不能從根本上保證航道的平穩(wěn)，在豐水期，航道水位升高，通航噸位相應(yīng)增加；枯水期，航道水位下降，通航噸位下降，甚至停航。因此，韓莊運(yùn)河水位和水量的變化對航運(yùn)的影響是顯而易見的。

1.3 南水北調(diào)工程概況

南水北調(diào)東線一期韓莊運(yùn)河段工程是連接駱馬湖和南四湖輸水干線的關(guān)鍵性工程。該段工程利用韓莊運(yùn)河現(xiàn)有河道的子槽輸水，經(jīng)新建的臺兒莊、萬年閘和韓莊三級泵站提水，將駱馬湖的引江水量送入南四湖下級湖，一期工程輸水規(guī)模125 m3/s。

1.4 航運(yùn)與調(diào)水的關(guān)系

韓莊運(yùn)河是具有南水北調(diào)輸水、泄洪、通航及排澇等綜合功能的河道，因此在南水北調(diào)輸水運(yùn)行的同時(shí)改善和優(yōu)化了韓莊運(yùn)河段航運(yùn)的通航條件。通航過程中的開閘耗水也影響著韓莊運(yùn)河的水位和水量變化，進(jìn)而也影響到南水北調(diào)調(diào)水調(diào)度工作的實(shí)施?？傊?，在南水北調(diào)輸水期間，調(diào)水運(yùn)行、支流來水、水量蒸發(fā)、水量滲漏、灌溉用水等都影響著韓莊運(yùn)河的水位和水量變化以及航運(yùn)條件的改變。

2 2015—2016調(diào)水年度水量損失分析

2.1 水量調(diào)度計(jì)劃

根據(jù)水利部印發(fā)的《南水北調(diào)東線一期工程山東省2015—2016年度水量調(diào)度計(jì)劃》的調(diào)度方案要求，韓莊運(yùn)河段2015—2016年度集中調(diào)水時(shí)段為2016年1—5月，1月8日開機(jī)，5月22日停機(jī)（其間2月停機(jī)1個(gè)月），分3個(gè)階段共計(jì)調(diào)江水入山東水量60 248萬m3、入南四湖下級湖水量58 684萬m3，水量損失為1 564萬m3。本次調(diào)水水量損失主要原因有船閘耗水、臺兒莊古城換水、臺兒莊濕地公園充水補(bǔ)水、沿岸農(nóng)業(yè)灌溉用水、運(yùn)河水量蒸發(fā)、滲漏等，經(jīng)分析船閘耗水是調(diào)水水量損失的主要因素，對南水北調(diào)調(diào)水調(diào)度影響最大。調(diào)水計(jì)劃要求的調(diào)度原則要兼顧航運(yùn)用水，不影響航運(yùn)安全，嚴(yán)格按照調(diào)水工程、航道和船閘等工程運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行水量調(diào)度。以下僅從航運(yùn)用水水量損失方面來探討分析對韓莊運(yùn)河段輸水調(diào)度的影響。

2.2 船閘開閘次數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

為確保調(diào)水期間泵站所獲取的水情正確，各泵站在開機(jī)前進(jìn)行了校準(zhǔn)工作。觀測通水前前池、出水池靜水水位，與上位機(jī)所采集的水位數(shù)據(jù)進(jìn)行了比對、校核。在調(diào)水期間，航運(yùn)部門每天提供8時(shí)和16時(shí)的節(jié)制閘水位信息，將節(jié)制閘水位與泵站水位進(jìn)行比對以確保調(diào)水運(yùn)行的水位穩(wěn)定，避免出現(xiàn)大的波動。在該次調(diào)水結(jié)束后，航運(yùn)部門提供了3個(gè)船閘在本次調(diào)水期間的開閘次數(shù)，見表1。

表1 2016年1—5月臺兒莊、萬年閘、韓莊三船閘開閘次數(shù)次數(shù)

2.3 船閘耗水量分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，本調(diào)水時(shí)段內(nèi)，臺兒莊泵站上下游水位差基本保持在2.8～3.4 m，平均計(jì)為3.1 m；萬年閘泵站上下游水位差基本保持在4.0～4.4 m，平均計(jì)為4.2 m；韓莊泵站上下游水位差基本保持在2.3～2.7 m，平均計(jì)為2.5 m。

利用船閘自身的參數(shù)信息（船閘長230m、寬23m）及泵站上下游水位差可以計(jì)算出每閘的大致耗水量，進(jìn)而計(jì)算每個(gè)船閘在此次調(diào)水過程中總的水量消耗。根據(jù)開閘次數(shù)可以計(jì)算每個(gè)船閘在調(diào)水時(shí)段的大致消耗水量，其計(jì)算公式為：

耗水量=長×寬×上下游水位差×開閘次數(shù) （1）

經(jīng)計(jì)算，得出臺兒莊船閘耗水量為5 202萬m3、萬年閘船閘耗水量為5 906萬m3和韓莊船閘耗水量為3 455萬m3。

雖然這3個(gè)船閘規(guī)模一致，但各船閘開閘次數(shù)和上下游水位落差有區(qū)別，因此船閘耗水量也不一樣。由以上計(jì)算結(jié)果可知本次調(diào)水期間萬年閘船閘比臺兒莊船閘多消耗水量704萬m3，比韓莊船閘多消耗水量2 451萬m3。這也是在調(diào)水運(yùn)行時(shí)3座泵站在相同流量的情況下臺兒莊至萬年閘區(qū)間水位上漲、臺兒莊節(jié)制閘接近漫頂溢水的主要原因，同時(shí)也是萬年閘至韓莊區(qū)間水位下降的主要原因。韓莊運(yùn)河為國家二級航道，上行和下行的過閘船舶有空載、滿載以及空載滿載混合過閘，在水位低的情況下還要限制噸位、限制船舶吃水線等多種過閘情況，每次開閘耗水量根據(jù)船舶裝載情況不同而有差別。

2.4 流量核定

為解決船閘耗水等因素對韓莊運(yùn)河水位的影響以及校核泵站流量的匹配情況，在本次調(diào)水期間使用ADCP走航儀對3座泵站的流道（或渠道）流量計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了4次校核。從校核對比的結(jié)果來看，ADCP走航儀測量的渠道流量數(shù)據(jù)和流道流量計(jì)數(shù)據(jù)對比誤差在允許范圍內(nèi)，具體情況見表2。

表2 3座泵站ADCP走航儀校核流量 m3/s

在南水北調(diào)調(diào)水時(shí)，正常情況下要開2～4臺機(jī)組運(yùn)行。根據(jù)韓莊運(yùn)河段水量和水位情況以及船閘耗水情況，3座泵站的實(shí)際流量也是在一個(gè)相對穩(wěn)定的流量上下不斷波動的。3座泵站在2臺機(jī)組運(yùn)行時(shí)流量分別為62.64、62.59、60.04 m3/s；在3臺機(jī)組運(yùn)行時(shí)流量分別為93.14、95.06、89.89 m3/s；在4臺機(jī)組運(yùn)行時(shí)流量分別為121.33、127.61、119.95 m3/s。具體3座泵站流量的調(diào)節(jié)匹配情況還要根據(jù)調(diào)水時(shí)的水位等信息適時(shí)調(diào)整。

由表2中ADCP走航儀校核流量和表3不同機(jī)組運(yùn)行臺時(shí)數(shù)可以計(jì)算出在此次調(diào)水過程中總的調(diào)水量，見表4。

表3 3座泵站開啟不同機(jī)組運(yùn)行的臺時(shí)數(shù) 臺時(shí)

表4 3座泵站以ADCP走航儀校核流量計(jì)算的調(diào)水量對比萬m3

2.5 船閘耗水分析

由表4可知，萬年閘泵站比臺兒莊泵站多調(diào)水724萬m3，萬年閘船閘比臺兒莊船閘多耗水704萬m3，相差20萬m3；萬年閘泵站比韓莊泵站多調(diào)水2 480萬m3，萬年閘船閘比韓莊船閘多耗水2451萬m3，兩者相差29萬m3?？紤]到其他水量損失因素，此兩區(qū)間水量基本平衡。

2.6 對船閘運(yùn)行情況調(diào)查分析

為提高調(diào)水調(diào)度工作水平和理清船閘運(yùn)行情況，2017年10月27—30日，分別到韓莊、萬年閘、臺兒莊3座船閘現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)研、溝通，各船閘提供了近6個(gè)月開閘數(shù)據(jù)，見表5。經(jīng)調(diào)研分析，有如下結(jié)論。

（1）3座船閘為山東省港航部門直屬管理，分別設(shè)有濟(jì)寧市、棗莊市港航部門代管的參公事業(yè)單位，船閘收入直接轉(zhuǎn)入省財(cái)政，相關(guān)運(yùn)行費(fèi)用由省財(cái)政劃入市財(cái)政代付。

（2）自2005年以后就未曾向淮委買過航運(yùn)用水，因無盈利指標(biāo)，為保證航運(yùn)安全，枯水期皆停航。

（3）過閘費(fèi)用以船舶噸位計(jì)算，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為0.40元/t，其中船隊(duì)重載0.35元/t、空載0.30元/t，每閘次綜合總收費(fèi)為4 000元左右。

（4）2014年5月21日《中華人民共和國航運(yùn)法》頒布實(shí)施后，為保證航運(yùn)用水和南水北調(diào)調(diào)水量，萬年閘、臺兒莊斷面已經(jīng)批復(fù)正在建設(shè)回水站，等量回抽船閘下泄水量，計(jì)劃2019年底建成。韓莊斷面由于南四湖下級湖水量較充沛，未批復(fù)建設(shè)回水站工程。

（5）船閘開閘頻次與國家經(jīng)濟(jì)形勢關(guān)聯(lián)較大，與時(shí)間段沒太大關(guān)系。

表5 2017年5—10月臺兒莊、萬年閘、韓莊3船閘開閘次數(shù)次數(shù)

3 結(jié)論

影響韓莊運(yùn)河水位和水量變化除船閘耗水原因外，還有其他一些因素，比如河水滲漏、支流來水、大氣降水等，目前這些因素只能定性分析。河水滲漏和水量蒸發(fā)造成水位下降、水量損失，而韓莊運(yùn)河區(qū)間1 828 km2的支流來水和大氣降水則是對運(yùn)河水位和水量的有益補(bǔ)充。以上所有這些原因在以往南水北調(diào)輸水運(yùn)行時(shí)，都會對韓莊運(yùn)河的水位、水量造成影響，尤其是航運(yùn)的開閘耗水對南水北調(diào)的調(diào)水調(diào)度運(yùn)行影響最大，但等到萬年閘、臺兒莊回水站建成并有效發(fā)揮作用后，航運(yùn)開閘耗水的影響將不復(fù)存在。在船閘耗水問題解決后，可以對臺兒莊至萬年閘、萬年閘至韓莊段影響水位、水量的因素進(jìn)一步定量分析，為今后的調(diào)水調(diào)度工作提供技術(shù)支撐。