固城湖南河補(bǔ)水調(diào)度方案研究

馬祥中，閆 浩，胡尊樂(lè)，費(fèi)國(guó)松 ，郭紅麗，戴 雷

（1.溧陽(yáng)市水利局，江蘇 溧陽(yáng) 213300；2.江蘇省水文水資源勘測(cè)局常州分局，江蘇 常州 213022；3.江蘇省水文水資源勘測(cè)局南京分局，江蘇 南京 210008）

1 概述

20世紀(jì)以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，人口不斷增長(zhǎng)，城市化進(jìn)程加快，水資源調(diào)控手段和水污染治理措施相對(duì)滯后，區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量一時(shí)間得不到明顯改善，水的供需矛盾愈加突出，由此引起的水質(zhì)型缺水和水污染問(wèn)題在一定程度上影響了各地經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展和人民群眾的生活質(zhì)量。而跨區(qū)域（流域）補(bǔ)水一直是促進(jìn)江河湖連通、增加區(qū)域水資源補(bǔ)給、改善區(qū)域水環(huán)境的客觀要求和主要措施[1-2]。

溧陽(yáng)市作為太湖流域上游湖西水系低山丘陵區(qū)，在枯水年份時(shí)，水資源短缺與水質(zhì)型缺水問(wèn)題尤為嚴(yán)重。為尋求解決方法，溧陽(yáng)市一方面加大丹金溧漕河引清活水力度，另一方面探求西部固城湖（長(zhǎng)江流域水陽(yáng)江水系）向境內(nèi)（太湖流域湖西水系）調(diào)水的可行性。與此同時(shí)，固城湖水位遠(yuǎn)高于溧陽(yáng)市南河水位，水量豐富，水質(zhì)良好，且由于水陽(yáng)江補(bǔ)給，來(lái)（補(bǔ)）水相對(duì)充足[3-4]，在枯水期如果通過(guò)胥河（茅東閘）自流向溧陽(yáng)市（南河）補(bǔ)水，對(duì)于緩解溧陽(yáng)市水資源短缺問(wèn)題、改善河道水環(huán)境具有相當(dāng)重要的意義。

本文根據(jù)長(zhǎng)江、水陽(yáng)江、石臼湖、固城湖多年的水文監(jiān)測(cè)資料以及楊家灣樞紐（官溪河）、水碧橋閘（水碧橋河）、茅東閘（胥河）和蛇山抽水站（石臼湖）的工程調(diào)度資料，并結(jié)合茅東閘船閘調(diào)度方案，探討固城湖向南河補(bǔ)水的可行性方案，也為跨流域調(diào)水提供技術(shù)參考。

2 固城湖概況

固城湖位于南京市高淳區(qū)境內(nèi)水陽(yáng)江下游，北臨石臼湖，東抵太湖湖西地區(qū)，南接水陽(yáng)江流域所屬的皖南山區(qū)，西面為水陽(yáng)江流域的平原、圩區(qū)。湖泊現(xiàn)狀為正常水位（8.18 m水位）下，周長(zhǎng)約為43.0 km，水面面積為30.95 km2，蓄水量約為0.78億m3，并分為大湖區(qū)和小湖區(qū)（大湖區(qū)面積約為小湖區(qū)的8～10倍）；水質(zhì)良好，一直保持在II類(lèi)水以上，為南京市飲用水水質(zhì)最好的天然湖泊之一[5-6]。固城湖來(lái)水相對(duì)豐富，主要是源自皖南山區(qū)的河流（水陽(yáng)江）補(bǔ)給，其次是長(zhǎng)江高水位時(shí)倒灌和湖區(qū)周?chē)鹆晟絽^(qū)的降水徑流。

固城湖所涉水利工程主要為楊家灣樞紐（官溪河）、水碧橋閘（水碧橋河）、茅東閘（胥河）和蛇山抽水站（石臼湖），其分布圖見(jiàn)圖1。正常情況下，固城湖通過(guò)楊家灣閘（官溪河，通石臼湖）、水碧橋閘（水碧橋河，通水陽(yáng)江）、茅東閘（胥河，通南河）控制湖內(nèi)水位，為區(qū)域防汛防旱、水資源開(kāi)發(fā)利用、水環(huán)境改善服務(wù)。其中，茅東閘建于固城湖東側(cè)胥河上，控制固城湖與太湖湖西地區(qū)（溧陽(yáng)市）的水量交換。蛇山抽水站位于南京市高淳區(qū)古柏鎮(zhèn)石臼湖畔、蛇山西側(cè)，采用雙向進(jìn)出水，是石臼湖與固城湖水量交換的重要水利工程，它可通過(guò)石固河向固城湖補(bǔ)水。

圖1 固城湖及周邊水系圖

3 補(bǔ)水水源現(xiàn)狀分析

3.1 固城湖水源

根據(jù)固城湖水位代表站高淳站1977～2017年的水位監(jiān)測(cè)資料，固城湖最高月平均水位為7月份的9.70m，最低月平均水位為2月份的7.74m。受水碧橋閘等水利工程調(diào)度影響，正常情況下，固城湖進(jìn)入梅雨期后的水位長(zhǎng)期（7～9月）保持在9.00m以上，詳見(jiàn)表1。

正常水位（8.18 m）下，固城湖蓄水量約為0.78億m3，最高水位（13.21 m）下，蓄水量約為為2.75億m3，最低水位（5.16 m）下，蓄水量約為為0.05億m3，詳見(jiàn)表2。

表1 固城湖各月平均水位統(tǒng)計(jì)表單位：m

表2 固城湖水位～蓄水量關(guān)系表單位：m，億m3

3.2 水陽(yáng)江水源

水陽(yáng)江發(fā)源于中國(guó)安徽省績(jī)溪縣和寧國(guó)市南部山區(qū)，向北分別通過(guò)左支清水河（蕪湖市）和右支姑溪河（當(dāng)涂縣）匯入長(zhǎng)江，干流全長(zhǎng)254 km，流域面積8934 km2。根據(jù)有關(guān)水文資料，水陽(yáng)江每年經(jīng)姑溪河匯入長(zhǎng)江的徑流總量為47.08億m3（最豐水份為79.08m3、最枯水年份為21.66億m3）[7]。顯然，僅從水量角度，水陽(yáng)江完全滿(mǎn)足固城湖的自身供水及向下游溧陽(yáng)市南河補(bǔ)水的需要。

根據(jù)水陽(yáng)江水位代表站水碧橋站1977～2017年的水位監(jiān)測(cè)資料，水陽(yáng)江最高月平均水位為7月的9.80 m，最低月平均水位為1月的5.78 m，詳見(jiàn)表3。

表3 水碧橋站各月平均水位統(tǒng)計(jì)表單位：m

3.3 長(zhǎng)江（石臼湖）水源

長(zhǎng)江位于固城湖以北約50 km，年平均徑流量約9000億m3。當(dāng)上游來(lái)水較大或受潮汐影響時(shí)，固城湖以北江段水位較高，長(zhǎng)江水源可通過(guò)水陽(yáng)江反灌包括石臼湖、運(yùn)糧河、官溪河在內(nèi)的內(nèi)陸水網(wǎng)，進(jìn)而可為固城湖補(bǔ)水。石臼湖位于蘇皖兩省交界處，北距固城湖約9.0 km，正常水位7.50 m時(shí)，水面面積207.65 km2，蓄水量約4.05億m3，是調(diào)節(jié)水陽(yáng)江洪水的重要湖泊。根據(jù)席燕萍、逄勇等[8]的研究成果，長(zhǎng)江（石臼湖）不僅是南京市重要的補(bǔ)給水源，歷史上也曾是溧陽(yáng)市（太湖湖西地區(qū)）重要的抗旱水源。

根據(jù)石臼湖水位代表站蛇山站1977～2017年的水位監(jiān)測(cè)資料，石臼湖最高月平均水位為7月的10.00 m，最低月平均水位為2月的5.62 m，詳見(jiàn)表4。

4 補(bǔ)水調(diào)度方案

4.1 南河水位

根據(jù)南河水位代表站南渡站1977～2017年的水位監(jiān)測(cè)資料，南河最高月平均水位為7月的3.97 m，最低月平均水位為1月的3.10 m，詳見(jiàn)表5。

4.2 固城湖補(bǔ)水調(diào)度

由表1和表5可以看出，固城湖非汛期（1～4月、10～12月）平均水位為7.98 m，相應(yīng)蓄水量為0.714億m3；汛期平均水位為8.85 m，相應(yīng)蓄水量為1.03億m3。且和南河水位長(zhǎng)期保持4 m以上的落差。從水力學(xué)條件上分析，固城湖具備向下游南河調(diào)水的條件。其中：

（1）在不考慮其他用水情況下

若非汛期由固城湖向南河補(bǔ)水，可供水量為0.174億m3（固城湖最低控制水位按7.50 m、最低控制蓄水量0.54億m3計(jì)算）；若補(bǔ)水流量按20 m3/s（南河平均水位3.29 m，平均流速不低于0.10 m/s）計(jì)算，則可連續(xù)補(bǔ)水10 d。若汛期由固城湖向南河補(bǔ)水，可供水量為0.49億m3；若補(bǔ)水流量按30 m3/（s南河平均水位3.64 m，流速不低于0.14 m/s），則可連續(xù)補(bǔ)水14 d。

固城湖向南河補(bǔ)水時(shí)，勢(shì)必影響胥河的流態(tài)。根據(jù)曼寧公式，計(jì)算胥河流態(tài)變化情況，詳見(jiàn)表6。

表4 蛇山站各月平均水位統(tǒng)計(jì)表單位：m

表5 南渡站各月平均水位統(tǒng)計(jì)表單位：m

表6 胥河流態(tài)變化表

從表6可以看出，當(dāng)固城湖向南河補(bǔ)水流量小于30 m3/s時(shí)，對(duì)胥河的流態(tài)影響很小。

（2）在考慮其他用水情況下

根據(jù)調(diào)查資料，高淳區(qū)每年用水量約3億m3左右，并以固城湖（含支流）為主要取水水源[3，6]。一旦固城湖開(kāi)閘補(bǔ)水，水位會(huì)迅速下降，勢(shì)必影響固城湖的水文情勢(shì)及生態(tài)環(huán)境。尤其在特殊干旱年份下，僅有固城湖的蓄水向下游溧陽(yáng)市南河補(bǔ)水是不理想的。因此，需進(jìn)一步探尋固城湖的其他來(lái)水途徑。

另外，固城湖向南河補(bǔ)水，須經(jīng)過(guò)茅東閘。蕪申線(xiàn)高淳段（胥河）整治以后，茅東閘新建船閘。而根據(jù)龔來(lái)存、周毅等[9]的研究，在茅東閘每天開(kāi)閘通航10次的情況下，固城湖每年可向南河補(bǔ)水1.71×10億m3左右，勢(shì)必對(duì)固城湖的水量造成一定程度影響。因此，也可考慮優(yōu)化調(diào)度茅東閘船閘調(diào)度方案，既滿(mǎn)足蕪申運(yùn)河通航的需要，也滿(mǎn)足向南河補(bǔ)水的需要。

4.3 其他水源補(bǔ)水調(diào)度

前文已經(jīng)說(shuō)明：固城湖其他來(lái)水一是水陽(yáng)江，二是長(zhǎng)江、石臼湖（長(zhǎng)江高水位時(shí)，水陽(yáng)江可倒灌運(yùn)糧河、官溪河及石臼湖），三是湖區(qū)周?chē)鹆晟絽^(qū)的降水徑流。

（1）水陽(yáng)江補(bǔ)水

從表1和表3可以看出，水陽(yáng)江一年之中，僅有6～10月的水位高于固城湖的控制水位7.50 m，存在向固城湖（包括下游溧陽(yáng)市南河）補(bǔ)水的可行性。其他月份，則需要關(guān)閉水碧橋閘，以防止固城湖水源外泄水陽(yáng)江。也就是說(shuō)，只有在汛期，水陽(yáng)江上游降水足夠多、來(lái)水足夠大時(shí)，方可向固城湖補(bǔ)水；而在非汛期，水陽(yáng)江補(bǔ)水的可行性較低。

（2）長(zhǎng)江（石臼湖）補(bǔ)水

從表1和表4可以看出，石臼湖一年之中，僅有6～9月的水位高于固城湖的控制水位7.50 m，存在向固城湖（包括下游溧陽(yáng)市南河）補(bǔ)水的可行性。其他月份，則需要關(guān)閉楊家灣閘，以防止固城湖水源外泄運(yùn)糧河（水陽(yáng)江）。也就是說(shuō)，同樣只有在汛期，長(zhǎng)江或石臼湖水位較高時(shí)，方可向固城湖自流補(bǔ)水；而在非汛期，長(zhǎng)江（石臼湖）自流補(bǔ)水的可行性較低。前文中已經(jīng)說(shuō)明，石臼湖在正常水位7.50 m時(shí)，水面面積207.65 km2，蓄水量約4.05億m3。另根據(jù)水文資料，石臼湖水源主要來(lái)自于水陽(yáng)江過(guò)境水量、當(dāng)?shù)貜搅髁浚s4.70億m3）以及長(zhǎng)江倒灌水量，可供水量比固城湖更為豐富。顯然，在非汛期（1～5月、10～12月）或干旱年份，當(dāng)石臼湖（運(yùn)糧河）水位較低、無(wú)法通過(guò)自流方式向固城湖補(bǔ)水時(shí)，可通過(guò)其他措施由石臼湖向固城湖補(bǔ)水。其中，位于石臼湖畔的蛇山抽水站抽水能力為25 m3/s，在特殊干旱年份，可從石臼湖通過(guò)石固河向固城湖補(bǔ)水，進(jìn)而為高淳區(qū)及固城湖周?chē)匿嗨?、郎溪、宣城和下游的溧?yáng)等市區(qū)縣部分地區(qū)共60萬(wàn)畝農(nóng)田的抗旱提供水源[10]。若溧陽(yáng)市在非汛期（1～4月、11～12月）需要生態(tài)補(bǔ)水時(shí)，必須通過(guò)蛇山抽水站從石臼湖翻水到固城湖，進(jìn)而由胥河進(jìn)入南河，同時(shí)可保證固城湖自身的水量平衡和周邊地區(qū)的供水安全。

5 結(jié)論和建議

固城湖位于溧陽(yáng)市南河上游，水量豐富，水質(zhì)良好，且有充足的外來(lái)補(bǔ)給水源（水陽(yáng)江、長(zhǎng)江、石臼湖），存在向南河生態(tài)補(bǔ)水的地形地勢(shì)優(yōu)勢(shì)。其中：（1）僅靠固城湖自身蓄水，可在一定程度滿(mǎn)足南河補(bǔ)水的需求，但勢(shì)必對(duì)固城湖水量水生態(tài)帶來(lái)一定影響。（2）汛期區(qū)域降水較大時(shí)，固城湖開(kāi)啟水碧橋閘和楊家灣閘從水陽(yáng)江或石臼湖自流引水，并開(kāi)啟茅東閘向南河補(bǔ)水，同時(shí)也不影響固城湖自身的蓄水要求。（3）非汛期區(qū)域降水較少時(shí)，需關(guān)閉水碧橋閘和楊家灣閘以維持固城湖水量平衡，且需開(kāi)啟蛇山抽水站由石臼湖翻水進(jìn)入固城湖，進(jìn)而向南河補(bǔ)水。

總體而言，固城湖存在向南河補(bǔ)水的可行性，但仍需進(jìn)一步搜集相關(guān)水文資料和水利工程調(diào)度資料，優(yōu)化茅東閘船閘調(diào)度方案，結(jié)合蕪申運(yùn)河通航需要，考慮向南河補(bǔ)水的可行性方案，且開(kāi)展相關(guān)補(bǔ)水試驗(yàn)，進(jìn)一步分析跨流域調(diào)（補(bǔ)）水可能帶來(lái)的不利影響。