連云港臨洪水利樞紐運(yùn)行調(diào)度模式探析

陳占才

(連云港市臨洪水利工程管理處， 江蘇 連云港 222002)

位于海州灣的臨洪口作為淮河流域入?？谥?，歷來承擔(dān)著流域排洪的重任。 實施“導(dǎo)沭整沂”工程后，興修了新沭河，將臨洪口拓展為沂沭泗水系的洪水入海通道，初步解決了區(qū)域洪澇災(zāi)害問題，其后實施的淮河流域沂沭泗洪水東調(diào)南下工程，興建了一批防洪、排澇、蓄水、擋潮的水閘和泵站[1]。

1 臨洪樞紐的建設(shè)歷程

1949年，實施導(dǎo)沭入海工程，新沭河下游大沙河至臨洪河舊道兩岸筑堤，束水漫灘行洪3 800 m3/s，開辟新河道至臨洪口入海；1952年，薔薇河下游裁彎取直并拓浚；1954年，興建大浦閘；1958年開挖沭新河，同期興建臨洪閘，設(shè)計流量1 380 m3/s，保護(hù)面積200 km2，蓄淡灌溉46 600 hm2，大量荒地被開墾為良田；1970年,建成沭新渠；1971—1980年，實施沂沭水東調(diào)南下工程，新沭河泄洪量擴(kuò)大至6 000 m3/s，開挖了中泓并擴(kuò)大筑堤，興建太平莊閘；1976年興建臨洪西站、臨洪東站，疏浚烏龍河，興建烏龍河調(diào)度閘、自排閘；1995年啟動薔薇河引水工程，調(diào)引江、淮水經(jīng)洪澤湖、淮沐河、沐新河入薔薇河；1998年建成臨洪東站，設(shè)計流量360 m3/s，功率36 000 kW，為全國最大排澇泵站；2003年建成大浦站，市區(qū)洪澇具備強(qiáng)排功能；2008年實施新沭河50年一遇工程，興建東站自排閘、大浦二站；2015年，設(shè)計流量6 400 m3/s的三洋港擋潮閘建成，同期開工建設(shè)的通榆河北延送水工程亦通過臨洪樞紐；2016年薔薇河治理工程開工，民主河閘、馬河閘等工程建成；2020年,魯蘭河治理工程啟動[2-3]。

經(jīng)過多年建設(shè)，在新沭河下段14 km河道堤防上有3座大型水閘和4座大中型泵站，關(guān)聯(lián)的水利工程設(shè)施共20余座，是結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的系統(tǒng)工程。2018—2020年，新沭河接連3次行洪，最大行洪流量超過4 000 m3/s，區(qū)間同時強(qiáng)排流量超過500 m3/s，全部澇水安然入海，水利樞紐防洪減災(zāi)效益充分發(fā)揮[4]。臨洪片區(qū)水域示意圖見圖1。

圖1 臨洪片區(qū)水域示意圖

2 現(xiàn)行調(diào)度原則

2.1 排洪

臨洪樞紐因防洪而建，最初的治水路徑是新辟河道，將過境的上游洪水束縛在堤內(nèi)，與此同時帶來“客水奪路”問題，需結(jié)合區(qū)域排水措施同期治理。新沭河行洪增加，區(qū)間排水能力亦需相應(yīng)加強(qiáng)，兩種因素相激勵、疊加，進(jìn)而集聚建設(shè)一系列防洪除澇工程。

臨洪樞紐的防洪工程分為流域性防洪、區(qū)域性防洪和城市防洪，區(qū)域性河道(薔薇河、烏龍河等)、城市防洪河道(大浦河)在新沭河下段匯入后重疊，而上游各自獨(dú)立。

2.1.1 新沭河上游洪水

新沭河上游洪水也就是過境“客水”，這類洪水體量巨大，近年來發(fā)生的最大流量4 000 m3/s。由于上游距離較遠(yuǎn)，且在中途有調(diào)蓄設(shè)施(石梁河水庫)，一般有準(zhǔn)確的預(yù)報，可于行洪前24 h作出應(yīng)對準(zhǔn)備，做好河道水位預(yù)降，洪水到來時根據(jù)來水并結(jié)合潮汐情況做好水閘啟閉運(yùn)行。投運(yùn)的工程是太平莊閘、三洋港閘等流域性攔河工程。

2.1.2 區(qū)間洪水

主要是薔薇河流域1 140 km2范圍內(nèi)的洪澇，由于區(qū)域地勢平坦，暴雨形成的徑流可在數(shù)小時內(nèi)發(fā)展為內(nèi)澇，雖然遠(yuǎn)不及“客水”的體量，但是來勢迅猛，具有較大的不可預(yù)見性。一般采取預(yù)降的措施贏取減災(zāi)時機(jī)。如果區(qū)間洪澇遭遇流域洪澇，新沭河河道被“客水”擠占而高于內(nèi)河水位，則啟動強(qiáng)排泵站，在共同的入海河段——新沭河下段強(qiáng)行“插隊”排洪。投運(yùn)的工程是臨洪閘、臨洪東站、東站自排閘、烏龍河自排閘等。

2.1.3 連云港市城區(qū)洪水

主城區(qū)面積約110 km2，由于歷史上采取了河道“裁彎取直”的治理措施，加上城市建設(shè)擠占，城區(qū)河流長度減少，水面萎縮，幾乎沒有蓄滯洪區(qū)。市區(qū)澇水的形成過程急促，一般采取自排或強(qiáng)排的方式除澇，對工程、設(shè)備響應(yīng)時間要求較為苛刻。投運(yùn)的工程是大浦閘、大浦站、大浦二站等。

2.2 調(diào)水和蓄水

臨洪樞紐防洪工程給調(diào)蓄水運(yùn)行預(yù)留了空間，調(diào)水、蓄水是在防洪功能的基礎(chǔ)上“派生”出來的，即利用防洪工程的河道和水工建筑物引江淮水進(jìn)薔薇河，進(jìn)而分水至大浦河、烏龍河繼續(xù)北調(diào)。薔薇河常水位2.62～2.91 m，在現(xiàn)行運(yùn)行方式下，新沭河下段河道蓄水控制水位0.5～2.0 m，一般情況，為了利于上游工程排水而采納較低的蓄水位。

3 現(xiàn)行運(yùn)行模式存在的問題

3.1 河槽空置

新沭河下段堤距1 060～1 750 m，50年一遇運(yùn)行水位3.88 m，實際運(yùn)行水位0.5～2.0 m；薔薇河10年一遇排澇設(shè)計水位為4.63～5.94 m，平時蓄水位僅為2.62～2.91 m，河道平時運(yùn)行工況遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計工況。原因是臨洪樞紐功能重疊而差距懸殊，新沭河設(shè)計流量6 400 m3/s，區(qū)域性排洪流量約1 000 m3/s，調(diào)水流量一般不足100 m3/s，而河道等工程設(shè)施是共用的，性能指標(biāo)只有保證高等級需求并向下兼容。從日常運(yùn)行來看，水利設(shè)施處于不飽和狀態(tài)，產(chǎn)生工程資源的浪費(fèi)現(xiàn)象。

3.2 河流流動性減弱

臨洪區(qū)域所有河流歷史上都是感潮河段，擋潮作為治理措施，達(dá)到了御鹵、防淤的治理功效，保護(hù)了河道水質(zhì)和斷面面積。與此同時，水動能交換被隔絕，流動性減弱，時而造成一河死水的狀態(tài)，導(dǎo)致水質(zhì)變差。

3.3 水系割裂

支流與干流交匯處多建有擋水工程，人為干預(yù)控制的河流、河段不斷延伸。人工調(diào)控只是從目前認(rèn)識的層面調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)、流動性，無法反映天然河流全部要素需求，造成能量積聚，局部水質(zhì)自凈能力惡化，甚至形成“工程圈圩”局面，河流減少了物質(zhì)和能量傳遞交換，造成河流生態(tài)破壞。

3.4 泵站閑置

臨洪樞紐泵站總流量450 m3/s，裝機(jī)功率38 000 kW，絕大多數(shù)時間處于待機(jī)閑置狀態(tài)。臨洪東站2000年建成以來，總共投入排澇運(yùn)行僅4次，每年僅于汛期帶電備用，其余時間斷電。雖然經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，開機(jī)強(qiáng)排減災(zāi)效果已達(dá)工程投資預(yù)期，但是如果利用泵站為水資源賦能、增加流動性，或可創(chuàng)造更大效益。提高運(yùn)行頻率有利于運(yùn)行單位經(jīng)驗積累，提升設(shè)備完好率，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和管理水平的提升。

3.5 濕地退化

三洋港閘建成后，原上游海口潮間帶濕地性狀完全改變，由趕潮河段改變?yōu)閮?nèi)陸河川，淡水海水交互的狀態(tài)不復(fù)存在。新沭河濕地高程2.7—3.5 m，而平時蓄水位低于2 m，達(dá)不到地表過濕或經(jīng)常積水狀態(tài)，涵養(yǎng)水源、蓄洪防旱、降解污染、調(diào)節(jié)氣候、補(bǔ)充地下水、控制土壤侵蝕、保護(hù)生物多樣性等功能均受限，濕地植被在向淡水作物演替的過程中，同時承擔(dān)地表水位下降，土壤含水率降低，物種退化的風(fēng)險。

3.6 反應(yīng)過度

薔薇河流域下游縱深約50 km，平均坡降很小，水流緩慢，在入海口尚需落潮時機(jī)配合，往往要10 h以上才產(chǎn)生排水效果，這段時間足以讓高強(qiáng)度暴雨釀成洪災(zāi)?；谧畲蠡揽仫L(fēng)險的理念，為了給可能發(fā)生的暴雨預(yù)留河槽庫容，采用提前排空河道的調(diào)度運(yùn)行方式，以時間換空間，消減災(zāi)害成因。但是，防范失效的結(jié)果時有發(fā)生——暴雨并未降臨，或者不及預(yù)期強(qiáng)度，讓“虛位以待”的河槽撲了空，提前反應(yīng)卻讓水資源白白浪費(fèi)。

4 治理進(jìn)程

治理初期所面對的主要矛盾是：洪澇災(zāi)害頻發(fā)，人民群眾生命財產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅；農(nóng)業(yè)灌溉保障不足，糧食產(chǎn)量低；城市飲水困難，耕地不足。經(jīng)過持續(xù)多年的水利建設(shè)，流域性洪災(zāi)不再重現(xiàn)，城市飲水及工農(nóng)業(yè)用水問題得到極大緩解。擋潮閘的興建讓大量飽受潮水侵襲浸漬的鹽堿地得以開墾利用。臨洪閘建成后，數(shù)年間開墾了大量荒地，大浦閘、太平莊閘的興建同樣釋放了大量農(nóng)業(yè)用地。此后三洋港擋潮閘建成，人工調(diào)控的河流再次向海洋推進(jìn)，雖然與洪澇災(zāi)害斗爭的局面得以扭轉(zhuǎn)，逐步取得主動，但是土地的載荷同時成倍增加，河流的負(fù)擔(dān)加重，水質(zhì)問題在很多情況下超越水量問題而逐漸凸顯為主要矛盾。

目前，所面臨的主要問題是水量時空分部不均，水質(zhì)惡化，水環(huán)境亟需改善。隨著認(rèn)識的發(fā)展及矛盾的轉(zhuǎn)化，對水的管理手段和措施要與時俱進(jìn)地相應(yīng)調(diào)整，以反映新需求。近年來，河長制工作有效推進(jìn)，制度上的創(chuàng)新打破了專業(yè)性局限和單一行業(yè)治理的范疇，以宏闊視角來審視并統(tǒng)籌解決河流的問題，取得顯著成效，就是因為治理手段反映了新的變化。

4.1 荒地與濕地

2010年，在臨洪河口濕地調(diào)查記錄到水鳥數(shù)量超過4萬只，其中達(dá)到國際保育認(rèn)可受脅水鳥4 種，包括易危的卷羽鵜鶘等珍稀鳥類，顯然其生態(tài)環(huán)境價值不遜于耕地的經(jīng)濟(jì)價值。三洋港樞紐在規(guī)劃期間，原計劃將新納入水利設(shè)施保護(hù)范圍的數(shù)萬畝潮間帶“蘆葦荒灘”進(jìn)行開墾，但是隨著認(rèn)識的發(fā)展，濕地的功用已深入人心，工程竣工后，濕地得以保留，不再墾植。

4.2 水資源利用

隨著技術(shù)的進(jìn)步，水資源區(qū)分的邊界將逐漸模糊，二者在不同時期均有利益最大化的邊界，開展雨洪資源利用的嘗試就是對邊界的探索。只要洪水存在于陸地，就有作為水資源的可能，一旦排泄入海，則需經(jīng)過蒸發(fā)、云系搬運(yùn)、降水等漫長過程的大循環(huán)才能再次形成水資源。據(jù)統(tǒng)計，三洋港樞紐年均入海徑流約10億m3，其中很大部分是為了調(diào)節(jié)河道庫容而排放的。三洋港閘作為入海前最后一道屏障，應(yīng)確定更加節(jié)約水資源的運(yùn)行制度。

5 運(yùn)行調(diào)度方案調(diào)整策略

系統(tǒng)性工程設(shè)施一方面強(qiáng)化了人為調(diào)控的手段，另一方面也給模擬天然河道創(chuàng)造了條件。針對臨洪樞紐現(xiàn)行運(yùn)行模式下存在的問題，擬采取以下策略化解矛盾：一是發(fā)揮集群效應(yīng)，采取靈活的工程組合運(yùn)行方式以消除或減緩不利影響，以工程措施加強(qiáng)河流流動性；二是抬高蓄水位，提高河道槽蓄量；三是充分利用濕地凈化水源功能，適當(dāng)增加濕地，補(bǔ)償耕地擴(kuò)張帶來的生態(tài)承載力不足。

5.1 利用泵站“冗余”功能激活水資源

以薔薇河和新沭河下段為研究區(qū)域，在薔薇河流域預(yù)報大降雨時，不再將全流域河水直接排海，而是分為兩步走：第一步，采用強(qiáng)排方式，將薔薇河水泵入新沭河，形成薔薇河低水、新沭河高水局面。第二步分兩種情況：一是預(yù)報的降雨如期而已，則開啟三洋港閘將新沭河末端的高水排空。這時，河水被壓縮在臨近?？?，水位高于一般潮位，可隨時泄水而不會浪費(fèi)排水時機(jī)；二是如果降雨未至，則開啟臨洪閘，讓河水返回薔薇河。這種運(yùn)行方式下，薔薇河視為抽水蓄能電站的下水庫，新沭河為上水庫，上水庫的水體得到儲能，在快速排海的同時能夠利用勢能返回原河道重復(fù)使用，因而增加了選擇余地，避免不必要的水資源浪費(fèi)。

5.2 河流單向流動恢復(fù)為往復(fù)流動

這是上述措施在平時蓄水運(yùn)行時的重現(xiàn)，即在沒有排水需求時，將薔薇河水泵入新沭河，因為新沭河下段為天然濕地，在此駐留的水體經(jīng)過濕地植物分解、凈化，形成再生優(yōu)質(zhì)水，通過水閘逆向回歸上游河道。此舉充分發(fā)揮樞紐工程集群配合效應(yīng)，利用泵站揚(yáng)水賦能、閘站配合、濕地水處理等功能，讓河水流動性得以恢復(fù)，在阻斷了鹽鹵和淤泥的前提下，補(bǔ)償了工程阻隔帶來的不利影響，體現(xiàn)選擇性。這是基于工程調(diào)度運(yùn)行組合分析而得出的“附加功能”，是水利工程建設(shè)不斷集聚下的產(chǎn)物，也是順應(yīng)自然法則，以管理措施對天然生態(tài)河流的模擬和仿生，對河流“松綁”重新賦予活力，優(yōu)化了水資源的循環(huán)利用和空間布局。

5.3 抬高蓄水位

新沭河干河工程建設(shè)推進(jìn)給支流增加了屏障，改變原先直接與潮汛對壘的局面，可以在高潮位時向干河不間斷泄水，以空間補(bǔ)償時間，提高了排水效率。既然排得更快，就可以蓄得更多。排水效率的改善讓增加河道槽蓄量成為可能，進(jìn)而避免過度排水，平衡取排水在時域上分部不均。將薔薇河蓄水位抬高0.5 m、新沭河下段水位抬高1.0 m，在遠(yuǎn)低于設(shè)計行洪水位的前提下，獲得了超過1 000萬m3蓄水增量，這樣的調(diào)蓄空間將給水資源管理帶來極大的便利。

同時，薔薇河水質(zhì)優(yōu)良，抬高蓄水位、增加水體面積對于地下水的補(bǔ)給及入滲污水的抑制具有突出效果，新沭河蓄水位抬高，則可以讓濕地?zé)òl(fā)更大活力，提升水體自凈能力。

5.4 適當(dāng)做“減法”

持續(xù)建設(shè)令工程數(shù)量不斷增加，工程措施不斷強(qiáng)化，人工干預(yù)日趨明顯，入海河流尾閭形成“潮退人進(jìn)”的局面。“加法”解決了洪災(zāi)、飲水困局，同時帶來濕地開墾、農(nóng)業(yè)耕作強(qiáng)度增加等問題，原有生態(tài)模式被強(qiáng)烈干擾，河流生態(tài)負(fù)擔(dān)加重。因此，對歷史上持續(xù)推進(jìn)勢頭的適當(dāng)回撤與補(bǔ)償，適量“退耕還濕”，在抬高蓄水位的同時，對少量低洼地段農(nóng)田予以征收，引導(dǎo)改良為天然濕地，結(jié)合河道打造河流濕地生態(tài)長廊，釋放土地的載荷，給河流減負(fù)，同時也是符合生態(tài)規(guī)律的舉措。

6 結(jié) 語

臨洪口在防洪實踐中發(fā)揮了顯著功效，工程的集聚給全新運(yùn)行組合方式提供可能，以現(xiàn)有工程措施，釋放更大的水資源調(diào)配潛能，是水利工程可持續(xù)發(fā)展的體現(xiàn)。雖然水位抬升數(shù)值均位于工程運(yùn)行極限之內(nèi)，理論可行，但在實際操作層面仍需進(jìn)行現(xiàn)場檢測并開展安全論證，部分水閘反向引水的運(yùn)行工況以及河道水位抬升對堤防及低洼地帶排水影響等亦需論證。對少量病險穿堤建筑進(jìn)行除險加固，部分工程消能防沖設(shè)施補(bǔ)強(qiáng)。準(zhǔn)確的洪水預(yù)報、精確的取排水時間和定額統(tǒng)計、工程精準(zhǔn)調(diào)度以及設(shè)備響應(yīng)效率等，都是需強(qiáng)化的工作項目。水動力對水質(zhì)的影響、濕地和河床對水質(zhì)各參數(shù)凈化效果均需開展定量分析，從優(yōu)化水質(zhì)的角度確定最優(yōu)流速和蓄水位，以優(yōu)化工程運(yùn)行調(diào)度。