鄱陽湖水利樞紐運(yùn)行調(diào)度方式及其對水資源與防洪的影響

張雙虎，蔣云鐘，劉曉志，王 浩

（中國水利水電科學(xué)研究院 水資源研究所，北京 100038）

鄱陽湖是我國最大的淡水湖泊，是長江水系及其生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是長江洪水重要的調(diào)蓄場所，在長江流域治理、開發(fā)和保護(hù)中占有十分重要的地位。鄱陽湖區(qū)“高水湖相，低水河相”的特征制約了湖區(qū)水資源有效利用，為此，有關(guān)方面提出了建設(shè)鄱陽湖水利樞紐工程的設(shè)想。樞紐工程建成后，每年將有約一半時間江湖阻隔，改變了江湖自然連通之態(tài)勢，引起江湖水情新的變化，對長江中下游地區(qū)水資源利用和防洪安全等可能產(chǎn)生一定的影響，也將對鄱陽湖的環(huán)境、生態(tài)和社會等產(chǎn)生影響。本文從水資源開發(fā)利用和防洪角度，分析不同運(yùn)行調(diào)度方式及樞紐工程對鄱陽湖區(qū)和長江中下游的影響。

1 鄱陽湖水利樞紐運(yùn)行調(diào)度方式設(shè)置

1.1 鄱陽湖水利樞紐運(yùn)行調(diào)度主要控制因素決定鄱陽湖水利樞紐運(yùn)行調(diào)度方式的主要因素包括下閘蓄水時間和下閘后湖區(qū)控制水位的高低。由于鄱陽湖樞紐工程運(yùn)行調(diào)度對湖區(qū)及長江中下游的作用和影響與三峽工程運(yùn)行調(diào)度方式密切相關(guān)，為避免加重因三峽及以上水庫運(yùn)行調(diào)度對長江中下游水資源利用和防洪造成的影響，樞紐工程必須與三峽水庫運(yùn)行方式相協(xié)調(diào)，實(shí)行錯時蓄水和騰空。

本文將每個調(diào)度年分為鄱陽湖蓄水期（具體蓄水時間隨三峽水庫蓄水方式的不同而變化）、三峽水庫蓄水期、鄱陽湖枯水期（11月1日—次年3月31日）和江湖連通期（4月1日—8月下旬蓄水開始日期）等4個調(diào)度期。鄱陽湖蓄水期湖區(qū)最高控制水位簡稱湖區(qū)最高蓄水位、三峽水庫蓄水期末（10月31日）鄱陽湖控制水位稱湖區(qū)調(diào)控高水位，鄱陽湖枯水期末（3月31日）湖區(qū)控制水位稱湖區(qū)調(diào)控低水位。

1.2 樞紐工程運(yùn)行調(diào)度方式設(shè)置2009年，三峽水庫開始175m試驗(yàn)性正常蓄水，國務(wù)院批復(fù)的三峽水庫運(yùn)行調(diào)度方案為：三峽水庫汛后9月15日開始蓄水，9月底蓄水不超過156m，10月末蓄至正常蓄水位。2010年，三峽水庫汛后蓄水方案調(diào)整為：9月1—10日，三峽水庫實(shí)行汛限水位動態(tài)控制，最高水位不超過150m，9月10日后開始蓄水，9月底蓄水位控制在162～163m，10月末蓄至正常蓄水位。為適應(yīng)三峽水庫的不同調(diào)度方式，本文擬定兩種運(yùn)行方式：方式Ⅰ：三峽水庫按2009年調(diào)度方式運(yùn)行，鄱陽湖水利樞紐蓄水期設(shè)為9月1—15日；方式Ⅱ：三峽水庫按2010年調(diào)度方式運(yùn)行，鄱陽湖水利樞紐蓄水期設(shè)為8月25日—9月10日。

結(jié)合長江水利委員會勘測規(guī)劃設(shè)計研究院和江西省水利規(guī)劃設(shè)計研究院2009年1月編制的《鄱陽湖水利樞紐項(xiàng)目建議書》（以下簡稱《項(xiàng)目建議書》）［5］、水利部長江水利委員會2010年6月編制的《鄱陽湖區(qū)綜合規(guī)劃報告（送審稿）》［3］等報告提出的特征水位方案，本文按湖區(qū)最高蓄水位17.5m、湖區(qū)調(diào)控高水位16.0、15.0和14.0m、相應(yīng)湖區(qū)調(diào)控低水位14.0、13.0和12.0m等分別擬定調(diào)度方式。具體調(diào)度方案見表1。

2 對水資源開發(fā)利用的影響與作用分析

2.1 對鄱陽湖湖區(qū)水資源安全保障的作用根據(jù)最新調(diào)查成果，當(dāng)湖區(qū)星子站水位高于14m時，濱湖區(qū)生產(chǎn)生活取水不受水位的影響；若水位低于14m，濱湖區(qū)農(nóng)業(yè)取水受到一定影響，若水位低于13m時，工業(yè)和生活取水會受到一定的影響。興建鄱陽湖樞紐工程后，鄱陽湖枯水期湖區(qū)星子水位基本維持在14m以上，配合其它提引等供水設(shè)施的新（改）建，可基本解決湖區(qū)水資源供需矛盾。

2.2 對長江中下游水資源開發(fā)利用的影響與作用鄱陽湖水利樞紐對長江中下游水資源開發(fā)利用的影響與作用主要表現(xiàn)在下閘蓄水后，減少或增加湖口出湖流量，進(jìn)而影響湖口以下長江干流流量。不同運(yùn)行調(diào)度方式，鄱陽湖水利樞紐對長江中下游水資源開發(fā)利用的影響與作用見表2。

表2 鄱陽湖水利樞紐對長江中下游水資源開發(fā)利用影響與作用 （單位：m3/s）

（1）鄱陽湖蓄水期，水利樞紐對長江中下游水資源開發(fā)利用的影響。興建水利樞紐后，鄱陽湖蓄水期不同運(yùn)行方式日減少湖口出流在0～8 200m3/s之間，多年平均減少約2 000m3/s，占同期湖口實(shí)測出流的60%左右。盡管蓄水期鄱陽湖水利樞紐對湖口出流量影響較大，但此時長江流域仍處于汛期，來水較豐，天然情況下鄱陽湖蓄水期大通站流量約為19 000～70 697m3/s，興建樞紐后，鄱陽湖蓄水期大通站流量約為18 000～70 000m3/s，鄱陽湖蓄水期減少湖口出流僅占同期大通流量的4%左右。由此可見，鄱陽湖蓄水期對湖口出流量減少較多，但對長江中下游水資源利用影響很?。ó?dāng)大通站流量大于15 000m3/s時，長江河口受咸潮入侵影響很小，且長江下游用水基本可以得到滿足）。

（2）三峽水庫蓄水期，水利樞紐對長江中下游水資源的影響與作用。三峽水庫蓄水期，鄱陽湖不同調(diào)控高水位，水利樞紐對長江下游水資源利用影響與作用不盡相同。若鄱陽湖調(diào)控高水位在15m以上，大多數(shù)年份湖口平均出流小于天然平均出流，此時受三峽水庫汛后集中蓄水的影響，大通站流量與天然情況相比已有大幅減少，湖口站流量減少將進(jìn)一步加劇對長江下游水資源開發(fā)利用的影響。若調(diào)控高水位控制在14m，方式I和方式II可分別增加湖口出流18.9和16.1億m3，約合流量429和406m3/s。三峽水庫蓄水期，鄱陽湖增泄水量，在一定程度上可減輕由于三峽及以上水庫汛后蓄水對長江下游造成的影響，尤其是提高枯水季節(jié)大通站流量達(dá)到12 000m3/s的保證率。

（3）鄱陽湖枯水期，水利樞紐對長江中下游水資源的影響與作用。鄱陽湖枯水期，不同運(yùn)行調(diào)度方案，水利樞紐對長江中下游水資源開發(fā)的影響與作用相對較小。

無論采取上述何種運(yùn)行方式，鄱陽湖水利樞紐工程興建后，9月份至翌年3月，湖區(qū)水位比天然狀況有不同程度的抬高，湖區(qū)蓄水水量增加較多。若遇同期長江干流來水偏枯或發(fā)生緊急水質(zhì)事件時，對鄱陽湖水利樞紐采取應(yīng)急調(diào)度方式，可起到一定的補(bǔ)償調(diào)節(jié)作用，提高長江流域調(diào)度靈活性。

3 水利樞紐對湖區(qū)及長江干流防洪影響分析

根據(jù)國務(wù)院批復(fù)的《長江流域防洪規(guī)劃（2008）》［2］，長江中下游總體防洪標(biāo)準(zhǔn)為防御新中國成立以來發(fā)生的最大洪水，即1954年洪水。遇1954年型洪水，在理想運(yùn)用情況下，湖口附近需分洪50億m3，鄱陽湖湖區(qū)和華陽河各25億m3。湖區(qū)重點(diǎn)圩區(qū)和分蓄洪區(qū)，由湖堤保護(hù)的，以相應(yīng)湖口水位22.50m時的洪水位防御標(biāo)準(zhǔn)；1～5萬畝的圩區(qū)，以相應(yīng)湖口水位21.68m時的洪水位為防御標(biāo)準(zhǔn)；萬畝以下的圩區(qū)，以相應(yīng)湖口水位20.91m時的洪水位為防御標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 對長江防洪的影響根據(jù)長江流域防洪工程體系能力節(jié)點(diǎn)圖來看，遇1954年型洪水，鄱陽湖蓄滯洪區(qū)所承擔(dān)的25億m3分洪量，不是來自長江干流，而是來自湖側(cè)五河來水。鄱陽湖水利樞紐工程修建后，由于受閘墩等水工建筑物的影響，在相同來水條件下，湖口站出流量不會大于天然出流量，因此，樞紐工程對長江干流防洪的影響主要表現(xiàn)在對長江倒灌水量的影響。根據(jù)長江干流發(fā)生倒灌入湖與湖口水位關(guān)系來看，長江倒灌入湖一般發(fā)生在7—9月，且湖口站水位一般不超過警戒水位19.5m，如1954年、1998年長江流域大洪水，湖口全年都沒有發(fā)生倒灌。

為了定量評估水利樞紐對長江倒灌入湖水量的影響，采用二維定床水流數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析計算。汛期閘門全部打開敞泄，樞紐工程對倒灌的影響主要是由過水?dāng)嗝鏈p小引起，計算時采用阻水比來體現(xiàn)。按照《項(xiàng)目建議書》推薦工程布置方案，相應(yīng)阻水比為0.4。在計算樞紐工程對湖口水位雍高時，假設(shè)湖內(nèi)星子水位和最大倒灌流量不變；在計算樞紐工程對最大倒灌流量影響時，假設(shè)湖內(nèi)星子水位和湖口水位不變。計算結(jié)果表明：當(dāng)湖口發(fā)生最大倒灌流量時，樞紐工程對湖口水位雍高為14cm；若保持湖口水位、星子水位為發(fā)生最大倒灌流量對應(yīng)水位時，湖口倒灌流量減少240m3/s，減少幅度1.76%。由此可見，汛期閘門全部打開敞泄，樞紐工程對長江防洪影響較小。

3.2 對湖區(qū)防洪的影響結(jié)合湖側(cè)五河來水特性和樞紐工程運(yùn)行調(diào)度方式，樞紐工程對湖區(qū)防洪的影響主要表現(xiàn)在汛前3月份、閘門打開敞泄階段以及鄱陽湖蓄水期對湖區(qū)水位的雍高。

（1）汛前3月份水利樞紐對湖區(qū)防洪的影響。鄱陽湖水利樞紐修建后，若控制湖區(qū)3月初水位在16.0m，3月末水位在13.0m，樞紐工程將會造成3月份湖區(qū)水位較天然狀況有不同程度的雍高，星子站水位最多可抬高8.38m，平均抬高3.61m。從不同年份計算結(jié)果來看，樞紐工程修建后對天然情況下3月份湖區(qū)水位較低的年份抬高較多，對3月份湖區(qū)水位較高的年份抬高較少。盡管3月份湖區(qū)水位較天然情況有較大抬高，但湖內(nèi)水位仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于湖內(nèi)警戒水位（19.5m）和湖區(qū)圩堤堤頂水位，對湖區(qū)防洪影響較小，但可能會在一定程度上增加對湖區(qū)圩堤內(nèi)的排澇壓力。

樞紐工程修建后，由于汛前3月31日湖區(qū)星子站水位基本維持在13.0m，相比天然情況平均抬高了1.15m。進(jìn)入汛期后，閘門全部打開，實(shí)現(xiàn)江湖連通，在長江九江站來水不變的情況下，此時由于湖區(qū)水位較天然情況有所抬高，湖口出流大于天然出流，經(jīng)過一段時間調(diào)整，湖內(nèi)水位可很快接近無樞紐工程情景下的天然水位。汛前湖區(qū)水位的抬高，對汛期湖區(qū)防洪影響較小。

（2）汛期閘門全部打開敞泄階段對湖區(qū)防洪的影響。鄱陽湖水利樞紐興建后，汛期閘門全部打開江湖連通，由于受閘墩等水工建筑的影響，會對湖區(qū)水位產(chǎn)生一定的雍高。本文采用二維水力學(xué)模型Mike21模擬典型洪水樞紐工程對湖區(qū)水位的雍高。其中閘墩在Mike21模型中被定義為由點(diǎn)線組成的斷面，水流受閘墩影響是通過閘墩所在單元增加拖曳力求出。以1998年實(shí)測五河七口入湖流量、湖區(qū)陸面徑流、湖區(qū)水面產(chǎn)流和湖口實(shí)測水位等為邊界條件，以湖區(qū)站點(diǎn)水位為主要特征值，對模型進(jìn)行率定，采用率定好的模型計算1954年汛期樞紐工程對湖區(qū)水位抬高。計算結(jié)果表明，興建鄱陽湖水利樞紐，閘門全部打開敞泄，若發(fā)生1954年5月1日—8月31日來水，樞紐工程對湖區(qū)星子、都昌、棠蔭站水位最大雍高分別為13、10和7cm，越靠近尾閭，水位雍高越小，修建樞紐后湖區(qū)星子、都昌站最高水位分別為21.96和21.97m。江湖連通階段，樞紐工程對湖區(qū)防洪影響很小。

（3）鄱陽湖蓄水階段對湖區(qū)防洪的影響。鄱陽湖蓄水期，從1950—2007年的48年長系列水位來看，蓄水階段有10年不需要下閘（天然水位高于17.5m），需要下閘蓄水的年份主要集中在9月份長江來水為平水或枯水年份。對于蓄水階段不需要下閘蓄水的年份，樞紐工程對湖區(qū)水位的影響主要是受閘墩等水工建筑物對湖區(qū)水位的雍高，根據(jù)閘門敞開江湖連通階段計算結(jié)果可知，樞紐工程對湖區(qū)水位最大雍高不超過13cm。長系列9月1—15日實(shí)測星子站最高水位為21.56m，從安全角度考慮，假設(shè)最大雍高值出現(xiàn)在湖區(qū)水位最高（即最不利）時，則湖區(qū)水位達(dá)21.69m，仍低于湖區(qū)重點(diǎn)防護(hù)對象的防洪控制水位22.5m。鄱陽湖蓄水期，對于不需要下閘蓄水的年份，由于閘墩等水工建筑物對湖區(qū)水位的雍高影響，對湖區(qū)重點(diǎn)防護(hù)對象的防洪不會帶來太大影響，但水位雍高會對萬畝以下圩區(qū)的防洪和排澇產(chǎn)生不利影響，增加了萬畝以下圩區(qū)被淹的機(jī)率。對于蓄水期需要下閘蓄水的年份，下閘蓄水，當(dāng)發(fā)生實(shí)測蓄水階段最大來水過程時，湖區(qū)水位較天然無工程情景下有所抬高，不同典型年水位分別平均抬高了0.30～2.12m，但從各典型年湖區(qū)水位過程來看，下閘蓄水后，蓄水期湖區(qū)水位仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于湖區(qū)的警戒水位，不會對湖區(qū)防洪產(chǎn)生不利影響。

4 鄱陽湖水利樞紐運(yùn)行調(diào)度方式推薦

綜合考慮水資源利用和防洪等因素，推薦鄱陽湖水利樞紐工程宜采用17.5-14.5-13.0m運(yùn)行調(diào)度方案，即閘控階段最高蓄水位不超過17.5m，10月31日末湖區(qū)水位控制在14.5m左右，汛前3月31日湖區(qū)水位不超過13.0m。具體調(diào)度方式如下。

（1）主汛期：4月1日—8月下旬，閘門全部敞開，江湖連通。

（2）鄱陽湖蓄水期：具體下閘蓄水時間要根據(jù)三峽水庫汛后開始蓄水時間而定，一般要比三峽水庫開始蓄水時間提前15d左右為宜。蓄水期內(nèi)當(dāng)湖內(nèi)星子站水位高于17.5m時，閘門全部打開敞泄；當(dāng)星子站水位在17.5m附近時，下閘蓄水并控制閘門開度使湖內(nèi)水位維持在17.5m，當(dāng)星子站水位低于17.5m時，在滿足航運(yùn)、水生態(tài)與水環(huán)境用水需求前提下，控制閘門開度，盡快充蓄，并控制湖區(qū)水位不超過17.5m。

（3）三峽水庫蓄水期，加大樞紐工程泄量，將湖水位逐漸降至調(diào)控高水位14.5m，以補(bǔ)償長江下游因三峽及以上水庫蓄水造成的長江干流流量減少。

（4）鄱陽湖枯水期：11月—次年2月通過閘門控制使出湖流量等于入湖流量，湖內(nèi)星子站水位維持在11月1日水位左右。次年3月閘門實(shí)行動態(tài)控制，通常情況下，通過閘門控制出湖流量稍大于湖側(cè)五河入湖流量，并使3月末湖內(nèi)水位消落至13.0m；遇到下述兩種情況，提前打開全部閘門實(shí)現(xiàn)江湖連通，一是當(dāng)湖側(cè)五河入湖控制站合成流量大于10 000m3/s時；二是當(dāng)湖口站水位與湖區(qū)內(nèi)水位相差不大時，全部打開閘門，提前實(shí)現(xiàn)江湖連通。

興建鄱陽湖水利樞紐，采取推薦的運(yùn)行調(diào)度方案，配合其它水利設(shè)施的新（改）建，既能解決湖區(qū)水資源供需矛盾，又不會對長江中下游水資源開發(fā)利用產(chǎn)生不利影響，還在一定程度上增強(qiáng)了長江中下游水資源應(yīng)急調(diào)度的靈活性；另外，采取上述運(yùn)行調(diào)度方式也不會對湖區(qū)和長江干流防洪造成大的不利影響。

應(yīng)該指出的是本文僅從水資源開發(fā)利用和防洪的角度，研究了鄱陽湖水利樞紐的調(diào)度運(yùn)行方式，最終的調(diào)度方式還應(yīng)考慮對洄游性魚類、鳥類以及水質(zhì)等方面的影響才能確定。

5 結(jié)語

通過以上研究，取得如下初步認(rèn)識：（1）鄱陽湖水利樞紐建設(shè)可基本解決湖區(qū)枯水期缺水問題。采用合理的運(yùn)行調(diào)度方式，對長江下游水資源利用沒有明顯影響，并在一定程度上可補(bǔ)償三峽及以上水庫蓄水期對長江下游的影響。（2）基于“調(diào)枯不調(diào)洪”運(yùn)行方式，鄱陽湖水利樞紐對長江下游及湖區(qū)防洪影響較小。（3）綜合考慮水資源開發(fā)利用和防洪兩方面因素，鄱陽湖水利樞紐工程宜采用17.5-14.5-13.0m運(yùn)行調(diào)度方式。

考慮到鄱陽湖區(qū)的重要生態(tài)地位，綜合湖區(qū)水資源利用和水生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求，根據(jù)對樞紐的作用和影響分析，鄱陽湖水利樞紐應(yīng)堅(jiān)持“以保護(hù)鄱陽湖水域和濕地為重點(diǎn)，使越冬候鳥不減少、湖區(qū)水質(zhì)不下降、血吸蟲病不擴(kuò)散和濕地功能不衰退”的原則，近期枯期調(diào)節(jié)水位不宜過高，待樞紐運(yùn)行一段時間，對湖區(qū)濕地、魚類的影響規(guī)律進(jìn)行深入研究后，可適當(dāng)對樞紐的調(diào)節(jié)水位進(jìn)行調(diào)整。

［1］中國水利水電科學(xué)研究院.鄱陽湖水利樞紐關(guān)鍵技術(shù)研究［R］.2010.

［2］水利部長江水利委員會.長江流域防洪規(guī)劃［R］.2008.

［3］水利部長江水利委員會.鄱陽湖區(qū)綜合規(guī)劃報告（送審稿）［R］.2010.

［4］江西省水利廳.江西省水資源及開發(fā)利用調(diào)查評價報告［R］.2008.

［5］長江水利委會員長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，江西省水利規(guī)劃設(shè)計院.鄱陽湖水利樞紐項(xiàng)目建議書［R］.2009.

［6］江西省水利科學(xué)研究院.三峽工程運(yùn)用后對鄱陽湖及江西“五河”的影響研究［R］.2009.

［7］江西省水文局.鄱陽湖生態(tài)水利樞紐工程對湖區(qū)防洪、泥沙、水質(zhì)、枯水期水量補(bǔ)充的影響及對策研究［R］.2008.

［8］徐德龍，熊明.鄱陽湖水文特性分析［J］.人民長江，2001，32（2）：21-22.