提高杭嘉湖巡測水量精度淺析

孫英軍

(浙江省水文局,浙江 杭州 310009)

1 問題的提出

杭嘉湖水文巡測始于1929年。因太湖流域治理需要,浙江省自1966年起開展環(huán)湖 (夾浦—平望)、1967年起開展入浦 (平望—乍浦)、1976年起開展嘉北線3條巡測線(全長240 km)的水文巡測工作,至1994年全部停止。隨著杭嘉湖地區(qū)骨干水利工程的建成和運行,原有的水量分配發(fā)生了很大的改變,從防洪調(diào)度、水資源管理、水利規(guī)劃和驗證工程效益的角度出發(fā),自2001年開始重新恢復杭嘉湖水文巡測工作,根據(jù)需要對巡測線路進行了重新調(diào)整,共布置入湖線、北排線、東排線3條水量控制線,涉及湖州、嘉興2市。2007年,杭州市開展巡測工作,在杭嘉湖平原杭州市境內(nèi)的錢塘江線和東苕溪線布設(shè)巡測站點,實現(xiàn)了杭嘉湖平原包圍區(qū)水文巡測線的閉合。杭嘉湖水文巡測線路調(diào)整為入湖線、北排線、東排線、錢塘江線和東苕溪線5條水量控制線。對2007—2010年杭嘉湖平原包圍區(qū)進出水量進行分析,發(fā)現(xiàn)均為出水量大于進水量,水量差均有10億～15億m3。分析每條巡測線時發(fā)現(xiàn),杭嘉湖平原包圍區(qū)進出水量呈現(xiàn)出“北排受阻、東排不暢、南排不足”的現(xiàn)象。本文通過對杭嘉湖平原包圍區(qū)2007—2010年進出水量的分析研究,提出了提高精度,減少誤差,提高水量平衡精度的相關(guān)建議。

2 杭嘉湖平原包圍區(qū)概況

杭嘉湖平原區(qū)屬太湖流域運河水系,位于浙江省北部,太湖流域的南部。杭嘉湖平原巡測包圍區(qū)定義為杭嘉湖平原6 498.7 km2范圍,西以東苕溪導流港東大堤—長兜港右岸為界,北以太湖—太浦河南岸為界,東以黃浦江支流斜塘、張徑港為界,南以錢塘江海塘為界。杭嘉湖平原河網(wǎng)河道總長24 600 km,河網(wǎng)密度3.8 km/km2;水域面積總計633 km2,占土地總面積的10%,是著名的“魚米之鄉(xiāng),絲綢之府”。分屬杭州、嘉興、湖州3市共16個縣(市),區(qū)內(nèi)總?cè)丝?99.5萬,國內(nèi)生產(chǎn)總值4 069億元,是浙江省主要的糧蠶油生產(chǎn)基地,是浙江省經(jīng)濟最發(fā)達的地區(qū)之一。

杭嘉湖平原區(qū)僅西南角有極少的山地,洪水期除本區(qū)域降雨產(chǎn)生的徑流,還承擔東苕溪導流港右岸的控制水閘分泄的東苕溪洪水,往北排入太湖,往東注入黃浦江,往南泄入錢塘江。北排主要河道有運河、瀾溪塘、由頁塘、北橫塘、南橫塘、雙林塘、練市塘、金牛塘、白馬塘、大壩水道、薛河等,東排河道主要以俞匯塘、紅旗塘、三店塘等經(jīng)園泄涇入黃浦江,平湖塘、上海塘、廣陳塘等經(jīng)大泖港入黃浦江,南排主要河道有運河、上塘河、鹽官下河、長山河、南臺頭河等。為提高杭嘉湖平原區(qū)內(nèi)糧食生產(chǎn)的安全,根據(jù)河流水系的特點,按20 a一遇標準以村或數(shù)村為單位建設(shè)圩區(qū),在洪水期,關(guān)閉節(jié)制閘防止洪水進入圩區(qū),并將圩區(qū)內(nèi)澇水由泵站排入河道,在一定程度上增加了區(qū)域防洪排澇的難度?？菟?本流域產(chǎn)生的徑流極少,補充水量主要來自東苕溪下泄水量和太湖倒灌水量,太湖倒灌水量由長兜港經(jīng)東苕溪導流港的湖州船閘、菁山閘、鲇魚口閘、洛舍閘、德清大閘等水閘進入杭嘉湖河網(wǎng),維持區(qū)內(nèi)生活、生產(chǎn)和生態(tài)用水。太湖流域?qū)嵤?“引江濟太”引水工程后,供水的可靠程度大大增加,但由于本區(qū)域及周邊地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展較快,治污措施落實尚不到位,河網(wǎng)水質(zhì)狀況甚為擔憂。

杭嘉湖平原地處亞熱帶季風氣候區(qū),溫暖濕潤,四季分明,雨量豐沛,多年平均降水量1 100～1 500mm。降雨集中在4—7月的梅雨期和8—10月的臺風雨期,易造成較嚴重的洪澇災害,遇干旱年份,水資源短缺矛盾也十分突出,區(qū)內(nèi)防洪排澇、水資源及水環(huán)境管理任務(wù)繁重。

杭嘉湖地區(qū)水資源總量為79.6億m3,占全省的8.3%;其中河川徑流量為73.9億m3,占全省的7.8%。人均水資源量為927m3,大大低于全省平均水平 (2 100m3/人)。地下水資源量為21.4億m3,占全省的9.7%。由于降水年際和年內(nèi)的變化幅度較大,年徑流量的年際和年內(nèi)分配也不均勻。

3 杭嘉湖平原包圍區(qū)巡測線分布

杭嘉湖根據(jù)巡測線沿水系和省界包圍、個別地區(qū)由于交通、河道情況可酌情偏離省界的原則,并考慮水流基本流向,布置入湖線、北排線、東排線、錢塘江線和東苕溪線5條水量控制線 (見圖1)。

圖1 杭嘉湖包圍區(qū)巡測線及站點分布圖

3.1 入湖線

杭嘉湖巡測入湖線包括2個巡測段,即長興 (二)巡測段和幻巡測段。其中屬于杭嘉湖包圍區(qū)的是幻巡測段(2009年前為三里橋巡測段)。

由于三里橋巡測段 (西起湖州市東門外鎖苕橋,東至南潯鎮(zhèn)六里橋,以三里橋站為基點站,布設(shè)巡測斷面18處)沿318國道布設(shè),離太湖岸線約9 km的距離,且東西方向也存在水量交換,使三里橋段的進出水量與太湖岸邊環(huán)湖口門進出的水量存在一定的差異。為進一步準確反映進出太湖的水量,湖州市水文站從2009年8月開始進行現(xiàn)場勘察布線,確定設(shè)立幻巡測段基點站和巡測斷面:西起環(huán)渚鄉(xiāng)滸稍橋閘,東至織里鎮(zhèn)湯新橋,以幻新橋站為基點站,布設(shè)巡測斷面5處。增設(shè)湖州城北閘單一流量站,代替原三里橋巡測段,即在原三里橋巡測段北面9 km的太湖邊,同時組織開始幻巡測段施測。經(jīng)2010年全年比測資料分析,符合規(guī)范要求,故2010年開始發(fā)布幻巡測段資料。

入湖線杭嘉湖平原包圍區(qū)布設(shè)湖州城北閘站1處單一流量站。

3.2 北排線

北排線西起江蘇省吳江市七都鎮(zhèn)的心田灣大橋,東至嘉善縣丁柵樞紐,全長約100 km,分屬南潯、桐鄉(xiāng)、秀洲和嘉善4縣(市、區(qū))。主要控制浙江省北部與江蘇省交界的水量交換,全線布設(shè)6個巡測段、32處巡測斷面及4處單一流量站。6個巡測段分別為:潯溪大橋、桐鄉(xiāng)、秀洲西、秀洲北、陶莊、丁柵巡測段。北排線4處單一流量站為太師大橋站、圣塘橋站、王江涇站及雙塔站。

3.3 東排線

東排線北起嘉善縣封家圩港,南至平湖市金橋,全長約60 km,分屬嘉善和平湖2縣(市),主要控制浙江省與上海市交界的水量交換,全線布設(shè)5個巡測段、26處巡測斷面。5個巡測段分別為:池家浜、橫港大橋、楓涇、平湖北、平湖南巡測段。

3.4 錢塘江線

錢塘江線分2段,分別為錢塘江線嘉興段和錢塘江線杭州段,共布設(shè)9處單一流量站。嘉興段利用南臺頭閘、長山閘、鹽官下河閘、鹽官上河閘控制排入錢塘江水量;杭州段利用七堡泵站、三堡船閘(顧家橋)、閘口西湖引水泵站、中河雙向泵站、赤山埠西湖引水泵站控制錢塘江進出杭嘉湖平原水量。

3.5 東苕溪線

東苕溪線分2段,分別為東苕溪線杭州段和東苕溪線湖州段,共布設(shè)13處單一流量站。杭州段利用東苕溪余杭閘、化灣閘、安溪閘、上牽埠船閘控制東苕溪進出杭嘉湖平原水量;湖州段利用導流港德清大閘、洛舍閘、鲇魚口閘、菁山閘、吳沈門閘、新吳沈門閘、湖州船閘、城南閘及城西閘,控制東苕溪進出杭嘉湖平原水量。

4 2007—2010年杭嘉湖平原包圍區(qū)進出水量分析

杭嘉湖巡測包圍區(qū)出入境水量計算方法:

W入境 =P-E+W地下水 +W水廠境外取水 +W東苕溪線進 +W入湖線進+W北排線 +W東排線進 +W錢塘江引水

W出境 =W本地耗水 +W污水廠排污水+W東苕溪線出+W入湖線出+W北排+W東排+W南排

式中:P為杭嘉湖包圍區(qū)年降水總量,E為包圍區(qū)年蒸發(fā)總量,W為進出水量,單位均為108m3。

2007—2010年杭嘉湖平原各條巡測線包圍區(qū)出入水量平衡分析見表1。其中包圍區(qū)5條巡測線的進出水量圖見圖2。

表1 2007—2010年杭嘉湖巡測包圍區(qū)出入水量平衡表

圖2 2007—2010年巡測包圍區(qū)各巡測線出入境水量圖

由表1可知,每年出境水量大于入境水量,相對誤差均小于8.5%,4 a累計水量相對誤差為6.82%,達到流量測驗標準精度要求,巡測資料成果是可靠的。從圖2可以看出,東苕溪線和入湖線年凈水量為入境水量,北排線、東排線凈水量為出境水量。錢塘江線杭州段主要為引水入城即入境水量,錢塘江嘉興段為南排至錢塘江即出境水量,但近年來由于北排受阻,東排不暢,錢塘江線南排的壓力驟升,2008—2010年凈水量均呈現(xiàn)為出境水量。

5 存在的問題及對策

在2007—2010年年水量平衡分析中,杭嘉湖平原包圍區(qū)均呈現(xiàn)為出境水量大于入境水量,實際水量約為10億～15億m3/a,是一個不小的數(shù)量。提高測驗精度,減少誤差,確保水文巡測資料數(shù)據(jù)的精確度,更好地為該區(qū)域的防災減災、水環(huán)境容量計算、完善防洪調(diào)度方案、河道水閘管理、河道綜合整治、水資源管理服務(wù)提供必要的技術(shù)支撐和科學依據(jù),是亟待解決的問題。為此提出以下誤差來源及建議:

(1)入境水量平衡公式中W錢塘江線、W東苕溪線杭州段的數(shù)據(jù)來源為太湖流域沿錢塘江線和東苕溪杭州段各口門的單一流量站,其流量數(shù)據(jù)直接采用水閘站出流公式、泵站效率公式推求,沒有開展監(jiān)測或比測,水量計算成果精度受到影響。其中個別泵站只有年值,沒有開展逐日施測。故建議相關(guān)市縣應逐步對各口門進行測流,開展比測,率定水閘、泵站的流量工作,提高精度。

(2)杭嘉湖平原地區(qū)面上降水量站點相對偏少,對杭嘉湖平原地區(qū)水資源分析計算尤其是計算本地產(chǎn)水量P時產(chǎn)生一定影響,需要適當增加降水量監(jiān)測站點。

(3)對于清水河測流 1～2次/月,巡測次數(shù)采用20次/a,是否具有代表性應進一步分析研究。

(4)杭州城市供水源水大多數(shù)取自錢塘江,余杭區(qū)城鎮(zhèn)供水取自東苕溪,合計取水量在150萬m3/d左右,由于杭州市供水的退水大部分經(jīng)三堡污水處理廠回到錢塘江,未進入平原河網(wǎng),所以這部分水量未進行監(jiān)測和整編,在杭嘉湖平原水量平衡分析時應予以考慮,但計入水量的準確性不高。

(5)巡測段總流量與基點站建立相關(guān)關(guān)系,由基點站流量推算巡測段流量存在假相關(guān)的關(guān)系,應加強巡測段流量測驗,建立巡測斷面總流量與基點站的相關(guān)關(guān)系,避免出現(xiàn)假相關(guān)。

(6)本地耗水、排污水、地下水開采、境外引水等數(shù)據(jù)的分析計算尚不到位,仍有較大的誤差,需進一步調(diào)查、分析確定。

(7)目前,杭嘉湖平原已完成周邊巡測線的閉合,即完成水平衡區(qū)大包圍區(qū)的水文測驗工作,下一步有必要在杭嘉湖平原區(qū)內(nèi)以杭州市、湖州市、嘉興市市界為界布設(shè)巡測線,監(jiān)測水量和水質(zhì),進一步實現(xiàn)3市水平衡區(qū)小區(qū)的水文巡測閉合區(qū)(小包圍區(qū))的監(jiān)測。開展小包圍區(qū)的水文巡測有利于進一步查找水量測驗誤差來源,提高水量平衡精度。

6 結(jié) 語

通過對杭嘉湖平原區(qū)包圍區(qū)2007—2010年進出水量的分析研究,查找誤差來源、提高杭嘉湖巡測水量精度等方面提出方向和建議。開展杭嘉湖平原水文巡測,并不斷提高水文巡測精度,積累精確的水文資料,為該區(qū)域的防災減災、水環(huán)境容量計算、完善防洪調(diào)度方案、河道水閘管理、河道綜合整治、水資源管理服務(wù)提供必要的技術(shù)支撐和科學依據(jù)。

[1].浙江省水文局.杭嘉湖平原水文巡測資料2007—2010年 [R]..杭州:浙江省水文局,2010.

[2].浙江省水利廳.水資源公報2007—2010年 [R]..杭州:浙江省水利廳,2010.

[3].水利部長江水利委員會水文局.SL 247—1999水文資料整編規(guī)范 [S]..北京:中國水利水電出版社,2000.

[4].中國水利水電出版社.SL 238—1999水資源評價導則 [S]..北京:中國水利水電出版社,2000.