白馬湖出入湖污染物通量之水資源量分析

韓國民

摘要：自黃河北徙后，上游來水量減少，白馬湖湖水位漸降，湖中筑圩興墾，與水爭地，湖面逐漸縮小。隨著區(qū)域經(jīng)濟高速發(fā)展，湖泊開發(fā)利用程度不斷提高，水環(huán)境保護工作相對滯后，白馬湖逐漸出現(xiàn)水質(zhì)污染與湖泊富營養(yǎng)化狀況，湖體水質(zhì)明顯下降，威脅區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)安全，制約區(qū)域經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：白馬湖；出入湖水量；水資源

隨著實行“河（湖）長制”管理，加強白馬湖水量水質(zhì)專業(yè)間的協(xié)調(diào)和溝通，在充分利用白馬湖監(jiān)測資料和有關(guān)成果的基礎(chǔ)上，對白馬湖入出湖污染物通量分析，為白馬湖及周邊區(qū)域水環(huán)境保護、水生態(tài)修復提供強有力的技術(shù)支撐和決策依據(jù)，以實現(xiàn)白馬湖及區(qū)域水資源的可持續(xù)利用，支撐經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

1 基本情況

1.1 地理位置

白馬湖古稱馬瀨湖，地處淮河流域下游，是江蘇省十大淡水湖之一，位于淮安市境東南邊緣，分屬淮安市金湖縣、洪澤區(qū)、淮安區(qū)和揚州市寶應縣，東經(jīng)119°02′～119°12′，北緯33°09′～33°19′。地貌特征為江淮湖洼平原，屬古瀉湖堆積和黃淮沖積平原。

1.2 水文特征

白馬湖南北長17.8km，東西平均寬6.4km，總面積113.4km2。湖底高程4.80m（1985國家高程基準，下同）～5.30m。設計死水位5.50m；正常蓄水位6.30m，相應蓄水面積42.8km2；排澇水位7.30m，相應蓄水面積58.4km2；防洪水位7.80m，相應蓄水面積101.9km2。

白馬湖多年平均水位為6.36m，歷史最高水位7.96m，歷史最低水位5.22m。白馬湖區(qū)域設計排澇能力為610.7m3/s，實際排澇能力不足250m3/s，以淮安一、二站抽排為主。

降水量年內(nèi)分配不均勻，暴雨主要集中在6～9月，特別是7、8月份。多年平均年雨量961.7mm，最大1677.0mm，最小417.0mm； 6～9月份多年平均雨量631.7mm，最大1320.0mm，最小259.0mm；多年最大一日平均雨量196.7mm，最大三日平均雨量304.7mm，最大七日平均雨量403.0mm。

年蒸發(fā)量在1177.0～1594.0mm，平均1415.0mm。各年內(nèi)，6月份蒸發(fā)量最大，多年平均269.0mm；1月份蒸發(fā)量最小，多年平均29.2mm。除7月份外，全年各月蒸發(fā)量均大于月降水量。

2 出入湖主要河流

白馬湖主要出湖河流有運西河、新河、阮橋河、溫山河、大寨河等等。

白馬湖主要入湖河流有草澤河、潯河、花河、運西河（南水北調(diào)東線工程運行時）、大蕩河等等。

3 出入湖水量分析

3.1 出湖水量分析

白馬湖出湖水量包括出湖河道排水、湖面蒸發(fā)損失、湖區(qū)滲漏損失。據(jù)調(diào)查在運西河、新河、阮橋河、溫山河、大寨河等出湖河道中，溫山河與白馬湖交匯處的東閘口套閘，因年久失修，近幾年未投入運行，溫山河與白馬湖無水量交換；大寨河與山陽河主要承擔白馬湖湖東區(qū)域區(qū)間排澇任務，且于白馬湖交匯處分別建有大寨河閘和碼頭套閘，據(jù)了解近年這兩處涵閘基本沒有運行。運西河、新河、阮橋河三條出湖河道上均設立監(jiān)測站點，實時監(jiān)測出湖水量。湖面蒸發(fā)損失量借用白馬湖周邊運東閘站E601蒸發(fā)皿觀測資料，由于水面蒸發(fā)折算系數(shù)，除受蒸發(fā)皿類型影響外，基本不受其它因素的影響，考慮近期沒有這方面的試驗資料，故延用1976年刊布的《江蘇省水文手冊》中的計算成果，將E601蒸發(fā)皿資料換算為湖面蒸發(fā)損失量。湖區(qū)滲漏損失量借用南四湖的分析成果，即月滲漏損失量為月平均蓄水量的0.00143倍，根據(jù)白馬湖估算的月平均蓄水量計算月滲漏損失量。

（一）主要控制斷面出湖水量分析：主要出湖河流運西河、新河、阮橋河，分別于北運西閘、鎮(zhèn)湖閘和阮橋閘已設立水文監(jiān)測站點，連續(xù)多年出湖監(jiān)測流量過程，通過水文資料整編，可得各主要控制斷面出湖月平均流量。以北運西閘控制斷面為例，北運西閘斷面出湖月平均流量乘以該月歷時即得北運西閘斷面該月的出湖水量，年內(nèi)各月出湖水量之和即為北運西閘斷面該年出湖水量。以此類推，可得鎮(zhèn)湖閘、阮橋閘控制斷面的月出湖水量和年出湖水量。

W北運西閘月出i=Q北運西閘月平均i·t月i

W北運西閘年出i=∑W北運西閘月出i

式中：W北運西閘月出i、W北運西閘年出i—運西河北運西閘月、年出白馬湖水量；

W鎮(zhèn)湖閘月出i=Q鎮(zhèn)湖閘月平均i·t月i

W鎮(zhèn)湖閘年出i=∑W鎮(zhèn)湖閘月出i

式中：W鎮(zhèn)湖閘月出i、W鎮(zhèn)湖閘年出i—新河鎮(zhèn)湖閘月、年出白馬湖水量；

W阮橋閘月出i=Q阮橋閘月平均i·t月i

W阮橋閘年出i=∑W阮橋閘月出i

式中：

W阮橋閘月出i、W阮橋閘年出i—阮橋河阮橋閘月、年出白馬湖水量。

（二）湖面蒸發(fā)、湖區(qū)滲漏損失量分析：白馬湖蒸發(fā)損失量，借用各年運東閘站蒸發(fā)皿的觀測資料，利用1976年刊布的《江蘇省水文手冊》中的水面蒸發(fā)折算系數(shù)及白馬湖湖區(qū)面積，推算得各年白馬湖湖面逐月蒸發(fā)損失量。

E湖面日蒸發(fā)i=αi·E601日蒸發(fā)i

W蒸發(fā)月?lián)pi=A·∑E湖面日蒸發(fā)i

W蒸發(fā)年損i=∑W蒸發(fā)月?lián)pi

式中：

E湖面日蒸發(fā)i—白馬湖湖水面日蒸發(fā)量；

E601日蒸發(fā)i—E601蒸發(fā)皿日觀測蒸發(fā)量；

αi—水面蒸發(fā)折算系數(shù)；

A—白馬湖湖區(qū)面積，113.4km2；

W蒸發(fā)月?lián)pi—白馬湖湖面月蒸發(fā)損失量；

W蒸發(fā)年損i—白馬湖湖面年蒸發(fā)損失量。

白馬湖滲漏損失量借用南四湖的分析成果，即月滲漏損失量為月平均蓄水量的0.00143倍，根據(jù)白馬湖水位～庫容關(guān)系，推求月滲漏損失量。

W滲漏月?lián)pi=β·W月均蓄i

W滲漏年損i=β·∑W月均蓄i

式中：

W滲漏月?lián)pi—白馬湖月滲漏損失量；

W滲漏年損i—白馬湖年滲漏損失量；

β—經(jīng)驗系數(shù)，0.00143；

W月均蓄i—白馬湖月平均蓄水量。

白馬湖蒸發(fā)滲漏損失量由白馬湖湖面蒸發(fā)損失量和白馬湖湖區(qū)滲漏損失量兩部分組成，它也是白馬湖出湖水量的重要組成部分。

W湖月?lián)pi= W蒸發(fā)月?lián)pi +W滲漏月?lián)pi

W湖年損i= W蒸發(fā)年損i +W滲漏年損i

式中：

W湖月?lián)pi、W湖年損i—白馬湖月、年蒸發(fā)、滲漏損失量之和。

（三）出湖總水量分析：白馬湖出湖總水量為運西河北運西閘、新河鎮(zhèn)湖閘、阮橋河阮橋閘三個主要控制斷面出湖水量及湖面蒸發(fā)、湖區(qū)滲漏損失水量之和。各參數(shù)分析時段相同。

W出湖i= W北運西閘i +W鎮(zhèn)湖閘i+W阮橋閘i +W湖損i

式中：

W出湖i—白馬湖總出湖水量。

3.2 入湖總水量分析

白馬湖入湖總水量包括入湖河道排入水量與湖面降雨徑流量之和。根據(jù)水量平衡原理，白馬湖入湖總水量應為總出湖水量與白馬湖蓄變量之和。各參數(shù)分析時段相同。

W入湖i= W出湖i +△W蓄變i

式中：

W入湖i—白馬湖入湖總水量；

△W蓄變i—白馬湖蓄水變量。

白馬湖湖北區(qū)域，即張碼西干渠以東，花河北堤及白馬湖北大堤以北，總渠以南，里運河以西范圍；該范圍內(nèi)一般年份的排水一部分由白馬湖穿運涵洞排出，另一部分匯入新河由淮安站抽排入總渠，該區(qū)域內(nèi)的入湖河道永濟河澇水一般情況下不排入白馬湖。

白馬湖湖東區(qū)域，即白馬湖東大堤以東，里運河西大堤以西，運西河南堤以南，白馬湖隔堤以北范圍；該范圍內(nèi)除運西河南水北調(diào)東線工程運行時，運西河有入湖水量，其余無其他入白馬湖河流，正常情況下無澇水排入白馬湖。

白馬湖湖南區(qū)域，即洪金北干渠及白馬湖隔堤以南區(qū)域；該范圍內(nèi)無入白馬湖河流，該區(qū)域澇水不排入白馬湖，而是由老三河排入寶應湖。

白馬湖的匯水區(qū)域主要為湖西地區(qū)，即洪金北干渠及白馬湖隔堤以北，白馬湖西大堤及張碼西干渠以西，總渠南大堤以南，洪澤湖東大堤以東范圍。該范圍入湖河流眾多，有草澤河、潯河、花河等入湖河流。

（一）湖面降雨徑流量分析：白馬湖湖水面降雨徑流，以白馬湖湖區(qū)阮橋閘站為雨量代表站，運東閘站為蒸發(fā)代表站，根據(jù)《江蘇省水資源調(diào)查評價》水面產(chǎn)流計算方法得。

R湖面日徑流i=P湖面日降水i-αi·E601日蒸發(fā)i

當P湖面日降水i≤αi·E601日蒸發(fā)i時，取R湖面日徑流i=0

W湖面日徑流i=A·R湖面日徑流i

W湖面月徑流i=∑W湖面日徑流i

W湖面年徑流i=∑W湖面月徑流i

式中：

R湖面日徑流i—白馬湖湖面日降雨徑流深；

P湖面日降水i—白馬湖湖面日降水量；

W湖面日徑流i、W湖面月徑流i、W湖面年徑流i—白馬湖湖面日、月、年降雨徑流量。

（二）白馬湖外來水分析：一部分為湖東地區(qū)在南水北調(diào)東線工程運行時運西河的外來水量；另一部分為水利工程運行及洪澤城居民生產(chǎn)、生活用水，用后由潯河排入白馬湖。

（1）湖東運西河外來水量。運西河在南水北調(diào)東線工程運行時，運西河則為入湖河道。通過運西閘站監(jiān)測資料計算入白馬湖水量。

W北運西閘月入i=Q北運西閘月平均i·t月i

W北運西閘年入i=∑W北運西閘月入i

式中：

W北運西閘月入i、W北運西閘年入i—運西河北運西閘月、年入白馬湖水量。

（2）水利工程運行及洪澤城區(qū)居民生產(chǎn)、生活引外來水，用后由潯河排入白馬湖水量（W湖西外月入i、W湖西外年入i）。

草澤河套閘已報廢多年，不存在運行排水；潯河套閘運行排水量為每年汛期（5～9月份）排水5m3/s，非汛期（1～4、10～12月份）排水1m3/s，由潯河排入白馬湖。

洪澤城區(qū)居民生產(chǎn)、生活排水平均約1.22m3/s。生活排水占一半，且主汛期（7～9月份）生活排水量遠大于非汛期，故汛期取1.65m3/s，非汛期0.915m3/s，匯入潯河，由潯河排入白馬湖。

綜上所述，白馬湖外來水量為湖西地區(qū)水利工程運行、洪澤城區(qū)居民生產(chǎn)、生活排水量，這部分水量均通過潯河匯入白馬湖，匯入水量為汛期6.65m3/s，非汛期1.92m3/s。

（三）引外來水灌溉回歸水和區(qū)間降雨徑流水量分析：即洪金洞、周橋洞、黃集洞、張碼洞取用外來水用于洪金、周橋灌區(qū)農(nóng)田灌溉，灌溉回歸水由湖西區(qū)間河道排入白馬湖。以草澤河為界，以南為洪金灌區(qū)，以北為周橋灌區(qū)。洪金灌區(qū)渠首為洪金洞，周橋灌區(qū)渠首分別為周橋洞、黃集洞和張碼洞，從區(qū)外引水用于農(nóng)田灌溉，由于灌溉回歸水量很難確定，農(nóng)田灌溉回歸水量并入?yún)^(qū)間降雨徑流量，根據(jù)根據(jù)水量平衡，采用上述已知出入湖水量反推而得。各參數(shù)分析時段相同。

W回歸及徑流i=W出湖i +△W蓄變i-W湖面徑流i-W北運西閘入i-W湖西外入i

式中：

W回歸及徑流i—湖西引外來水灌溉回歸水及降雨徑流入白馬湖水量。

4 出入湖水量概化

4.1 主要出湖河流水量概化

白馬湖主要出湖河流概化為運西河、新河、阮橋河，分別于北運西閘、鎮(zhèn)湖閘和阮橋閘已設立水文監(jiān)測站點，連續(xù)多年出湖監(jiān)測流量過程，通過水文資料整編，可得各主要控制斷面各分析時段流量，乘以分析時段即為主要出湖河流運西河、新河、阮橋河相應的出湖水量。白馬湖主要出湖河流出湖水量上述已詳細分析，此處不再贅述。

4.2 主要入湖河流水量概化

白馬湖主要入湖河流除運西河外，其余集中在湖西地區(qū)，區(qū)域總面積509.6km2。

白馬湖湖西地區(qū)以草澤河為界，以南為洪金灌區(qū)，以北為周橋灌區(qū)；從區(qū)外引水用于農(nóng)田灌溉。周橋、洪金兩灌區(qū)毗鄰，均為淮河沖積形成的粘土結(jié)構(gòu)，地理位置相近，范圍較小，氣候條件相似，且兩灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)一致，即一麥一稻，下墊面條件相同，故可認為湖西地區(qū)降雨徑流及灌溉回歸水在面上分別是均勻的，單位面積降雨徑流和灌溉回歸水產(chǎn)水率相同。

由于推求白馬湖入湖污染物通量時，采用各入湖河流的水量與水質(zhì)加權(quán)的方法，而目前白馬湖入湖河流中，只有草澤河、潯河、花河有水質(zhì)監(jiān)測資料，因此，需對草澤河、潯河、花河、王良河、大蕩河等入湖河流進行概化。根據(jù)地理位置、排水水質(zhì)特性、調(diào)查資料，將洪金北干渠及白馬湖隔堤以北，潯南干渠以南，洪澤湖東大堤以東，白馬湖西大堤以西200.7km2范圍中的草澤河、桃園河、山陽河、朝陽河、大金溝河概化為草澤河集水范圍；將潯南干渠以北，潯北干渠及王良河以南，洪澤湖東大堤以東，白馬湖西大堤以西224.9km2范圍中的大蕩河、潯河、豐產(chǎn)河概化為潯河集水范圍；將張碼西干渠以西，總渠南大堤以南，洪澤湖東大堤以東，潯北干渠及王良河以北84.0km2范圍中的花河、王良河概化為花河集水范圍。各集水范圍內(nèi)的降雨徑流及灌溉回歸水按面積比分配，據(jù)此推算得草澤河、潯河、花河入白馬湖水量。

白馬湖主要入湖河流概化為草澤河、潯河、花河，入白馬湖水量。

（1）概化草澤河入白馬湖水量：

W草澤河入i =W回歸及徑流iⅹ200.7/509.6

式中：

W草澤河入i—概化草澤河入白馬湖水量。

（2）概化潯河入白馬湖水量：

W潯河入i =W回歸及徑流iⅹ224.9/509.6+W湖西外入i

式中：

W潯河入i—概化潯河入白馬湖水量；

W湖西外入i—汛期6.65m3/s，非汛期1.92m3/s。

（3）概化花河入白馬湖水量：

W花河入i =W回歸及徑流iⅹ84.0/509.6

式中：

W花河入i—概化花河入白馬湖水量。

5 結(jié)語

通過白馬湖主要出入湖河流水資源量分析，并與相應出入湖河流的高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、總氮等污染物指標加權(quán)即可得相應白馬湖出入湖污染物通量。

（作者單位：江蘇省水文水資源勘測局淮安分局）