上塘河流域反向自流配水可行性探討

洪榮華，鄭秀倩，錢學誠

(杭州市河道管理總站，浙江 杭州 310014)

從2000年起，杭州市利用原有的水利和交通設(shè)施，實施河道配水。實踐證明河道配水是在短期內(nèi)改善河道水環(huán)境相當有效的手段。2007年3月建成了三堡引水工程，充分利用錢塘江優(yōu)質(zhì)水源，加大引配水力度，大幅增加了主城區(qū)配水量，運河、上塘河的水質(zhì)有了顯著改善。

1 上塘河流域配水現(xiàn)狀

1.1 配水線路

當前，上塘河干流配水線路為：先將錢塘江的水通過三堡引水工程引入運河，然后通過德勝壩翻水站從運河引水，經(jīng)上塘河—和睦港由七堡配水泵站排入錢塘江，形成上塘河水域河網(wǎng)水體的大循環(huán)。配水的水流方向是錢塘江進再由錢塘江出。配水的目的是促進河網(wǎng)有效的水體流動,稀釋上塘河流域的污染濃度,提高河網(wǎng)自凈能力,恢復(fù)該流域的水生態(tài)環(huán)境，增強人與自然的和諧美麗。[1]

1.2 配水環(huán)境

2000年以前，上塘河、運河(杭州段)、和睦港(從德勝壩翻水站到七堡配水泵站段)的水質(zhì)又黑又臭,毫無生機。近20年來，周邊的環(huán)境發(fā)生了翻天覆地的變化，大小工廠和養(yǎng)殖場搬遷一空，撤村建居和棚戶區(qū)改造力度和規(guī)?？涨敖^后，截污納管做到了無死角，同時，流域內(nèi)的河道綜合整治同步推進。如今，河道中水生動植物生機盎然，河道兩岸邊的游步道、親水平臺等成為了人們休閑的好去處，到處可見垂釣者的身影，運河水質(zhì)明顯提升，河道水環(huán)境日益改善[2]。

1.3 2019年配水情況

1.3.1 配水量

2019年從三堡引水工程引入運河的配水量為3.798 3億 m3，德勝壩翻水站向上塘河的配水量為1.317 5億 m3，七堡配水泵站向錢塘江排放了2.789 2億 m3，另外還有江干區(qū)及備塘河二級提升泵站的部分配水量，數(shù)據(jù)來源(見表1)。

表1 2019年德勝壩、備塘河、七堡和運河三堡引、配水統(tǒng)計表 萬m3

1.3.2 配水資金投入

德勝壩翻水站、備塘河翻水站、七堡配水泵站3個泵站2018年全年運行電費501萬元、運行管理費366萬元，三堡配水運行管理費88萬元，再加維修保養(yǎng)等費用，1年資金投入近1 000萬元。

2 科學合理的上塘河流域配水方式

2.1 適時實施反向配水

合理的配水涉及下游人民的用水安全，根據(jù)《2019年5月河道水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果的通報》(杭治水辦〔2019〕76號)，余杭區(qū)喬司、星橋、南苑、崇賢等有7條河道列入橙色預(yù)警名單，我們要把優(yōu)質(zhì)的水資源調(diào)配給下游河道(運河流域)，特別是解決喬司和臨平片區(qū)等水資源短缺問題。一旦發(fā)現(xiàn)上塘河流域的水質(zhì)劣于下游和運河流域的水質(zhì)時，應(yīng)及時停止或者可以反向配水。比如大雨過后，城市的“洗澡水”會把面源污染、下水管道中的淤結(jié)物、污水等一起統(tǒng)統(tǒng)帶進了河道，導(dǎo)致河道水質(zhì)迅速下降。當這樣的情況發(fā)生，我們可以采用緊急反向配水預(yù)案，將七堡配水泵站轉(zhuǎn)向，把配水轉(zhuǎn)換成排水，及時地把上塘河的水外排至錢塘江，同時利用三堡排澇泵站地把運河的水外排至錢塘江，只有及時地把污染源控制在本區(qū)域內(nèi)，不讓劣質(zhì)水流入下游河道，才能做到雙重保險，才能使上塘河流域以及運河流域的水質(zhì)再上一個新臺階。

2.2 科學監(jiān)測，實現(xiàn)更有效配水

隨著社會經(jīng)濟的持續(xù)快速增長，現(xiàn)有的水質(zhì)監(jiān)測站點數(shù)量、布置、監(jiān)測項目已不能適應(yīng)變化了的形勢需求，難以客觀反映本地區(qū)水體的水質(zhì)狀況，尤其是供水水源地和干流。因此，可利用現(xiàn)代遠程水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備、通訊網(wǎng)絡(luò)和自動化控制系統(tǒng)，由中央控制室根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過對比分析后，發(fā)出是否配水、配水的流向和配水量的大小等指令。這樣，不僅做到對水質(zhì)的實時監(jiān)測，而且能實現(xiàn)科學有效配水。

2.3 嚴格分析，達到更精準配水

根據(jù)上塘河流域自身生態(tài)修復(fù)能力來制定配水量的多少，做到精準配水。如配水量過小，會導(dǎo)致水體流動性差，稀釋程度不夠，致使氨氮、總磷等水質(zhì)主要污染物濃度偏高，造成整體水質(zhì)下降；如配水量過大，河道水流過快，則水中雜質(zhì)無法沉淀，如果流速加快到一定值時，會使河床底層沉積物隨著水流翻滾，導(dǎo)致水的濁度升高，能見度下降。

同時配水還應(yīng)該考慮到下游河道承載能力，以及資源節(jié)約等問題。精準配水主要應(yīng)充分發(fā)揮上塘河河面寬、河道深等優(yōu)勢，讓自身凈化能力得到最大的發(fā)揮，然后再與適當?shù)呐渌肯嘟Y(jié)合[3]。比如西湖配水量為每個月1 000萬 m3，相當于一個月更換一次，千島湖的農(nóng)夫山泉也是就靠湖水深、時間長、慢慢沉淀自凈出來的。我們現(xiàn)在給上塘河流域配水，大約3 d左右更換一次，是否需要現(xiàn)在那么多的配水量，還值得我們繼續(xù)研究探討。

3 上塘河反向自流配水的條件

3.1 流域水質(zhì)大幅提升

反向自流配水的首要條件是流域水質(zhì)大幅提升。根據(jù)《2019年5月河道水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果的通報》(杭治水辦〔2019〕76號)，涉及上塘河流域范圍的河道，江干區(qū)有22條，其中Ⅱ水質(zhì)1條、Ⅲ類9條、Ⅳ類7條、Ⅴ類3條，另有兩條在施工中；下城區(qū)有6條，水質(zhì)都為Ⅲ類。從以上數(shù)據(jù)分析，上塘河經(jīng)和睦港至七堡配水泵站，河道水質(zhì)基本上保持在Ⅲ—Ⅳ類之間，河道水質(zhì)得到了明顯改善。[4]

3.2 階梯式水位差提供了有利的自然條件

根據(jù)2018年七堡配水泵站、德勝壩翻水站水位觀測點的記錄數(shù)據(jù)(以中午12點為準),七堡翻水站出水口水位觀測點(錢塘江)，全年最高水位5.41 m，最低水位3.15 m，平均水位4.23 m；七堡泵站內(nèi)河(和睦港)水位觀測點，全年最高水位4.23 m，最低水位2.85 m，全年平均水位3.10 m；德勝壩翻水站取水口上水位觀測點(運河)，全年最高水位2.44 m，最低水位1.16 m，平均水位1.55 m；2018年月平均水位坐標折線圖(見圖1)，2018年4月份日平均水位坐標折線圖(見圖2)，2018年4月15日24小時水位坐標折線圖(見圖3)。從以上數(shù)據(jù)的對比分析可以看出，錢塘江與運河二者階梯式平均水位差在2 m以上。錢塘江水系與運河水系形成較大水位差，有著較好地自流坡降效果，為自流式配水提供有利的自然條件。

圖1 2018年中午12點月平均水位坐標線

圖2 2018年4月份中午12點日平均水位坐標折線圖

圖3 2018年4月15日24水位坐標折線圖系列1(錢塘江)系列2(和睦港)系列3(運河)

3.3 七堡取水口水質(zhì)優(yōu)于德勝壩取水口水質(zhì)

從三堡水質(zhì)監(jiān)測的數(shù)據(jù)與七堡的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，兩處取水口的水質(zhì)相差無幾，水質(zhì)相對較好。[5]德勝壩取水口因過往船只過多，每天多達幾百艘，大多數(shù)船只都超過500 t級，且河道淤積嚴重，故德勝壩取水口非常渾濁，同時，由于京杭運河杭州市區(qū)段為市區(qū)水位最低的水系，還有其他河道水系、市政管網(wǎng)等排放到運河的沉積物排放到運河，水質(zhì)下降更為嚴重[6]。經(jīng)對比分析七堡外江水質(zhì)明顯優(yōu)于德勝壩取水口的水質(zhì)。

3.4 七堡反向自流配水的配水量能得到較大提升

德勝壩翻水站站裝機容量16.5 m3/s,最大配水量11 m3/s，無法滿足大范圍的配水需求。但是，七堡自流配水的各項條件具備，如設(shè)備、設(shè)施和管理人員一應(yīng)齊全，無需再次投入，且七堡自排閘口門大(寬7.5 m、高3.7 m)，閘門上下游水位差相對較大，有著大流量調(diào)水、配水的能力(30～60 m3/s)。同時和睦港和上塘河經(jīng)過近幾年的綜合整治，河道流暢，也能夠為大流量調(diào)水、配水提供有效的保障。

4 反向自流配水的意義和目的

4.1 為運河流域以及太湖流域配水開辟了新渠道

首先，七堡反向自流配水的配水量大，可以達到德勝壩配水量的2～4倍，這樣的配水量能夠解決當前喬司、星橋、南苑、臨平、崇賢和塘棲等余杭區(qū)東片區(qū)域水資源短缺問題，也能夠讓余杭區(qū)東片區(qū)域的河網(wǎng)流動起來，使其內(nèi)河道水生態(tài)環(huán)境得到自身修復(fù)，使其區(qū)域內(nèi)的水質(zhì)上一個新臺階。同時也能確保施家橋和德勝壩兩個主要口門有一定數(shù)量自流量，以及姚家壩、善賢壩、南應(yīng)加河等小口門的自流量，有效保持上塘河流域整個河網(wǎng)水的流動性，使河道水質(zhì)再提升。[7]

其次，為太湖流域配水開辟一條新的渠道。太湖流域面積3.69萬 km2，多年平均水資源量為162億 m3，該流域人口較為集中，這里又是長三角城市群的中心，常年人均水資源不到500 m3。而錢塘江流域面積5.555 8萬 km2，多年平均水資源量為389億 m3。錢塘江流域水資源總量是太湖流域水資源總量的2.4倍。錢塘江流域水資源比太湖流域的水資源相對要豐富，錢塘江流域的人口密集度也低于太湖流域，合理的水資源跨流域調(diào)配，可以為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和長三角協(xié)調(diào)發(fā)展做貢獻。[8]

4.2 自流配水符合當今節(jié)能環(huán)保社會需求

水逆流而上既違反自然流態(tài)的規(guī)律(水往低處流)，同時又消耗大量資源和勞動力(2018年配水運行管理等費用接近1 000萬元)，這不符合當今節(jié)能型社會的需要。如果在七堡自排閘門上將錢塘江的優(yōu)質(zhì)水源引入上塘河流域，以自流而下的形式配水，每年可以節(jié)約很大一筆資金，同時也還能為余杭區(qū)東片區(qū)域節(jié)約泵站配水的運行管理費等。

5 結(jié)語

科學合理的配水，惠及人與自然，利國利民。轉(zhuǎn)變一下觀念、換一種思路，把多年不變的配水方式，向變量、變向、精準、科學等靈活性、多元化配水方式轉(zhuǎn)變，最重要的是能讓優(yōu)質(zhì)水源從七堡口門進入上塘河流域以及運河流域，使上塘河流域與運河流域的水質(zhì)再上一個新臺階。既能減少人力和物力等支出，也能節(jié)約開支，同時為國家建設(shè)綠色、低碳、節(jié)能等可持續(xù)發(fā)展型社會做貢獻。最后還需一提的是，反向自流配水是一種新的配水方式的探索，在探索過程中可以采用新的自流配水方式，可以與現(xiàn)有的配水方式交替使用的方式。