南水北調(diào)東線江蘇段工程水量調(diào)配規(guī)律分析

方國華，周冰逸，聞 昕，鄭 旺

（河海大學水利水電學院，江蘇 南京 210098）

1 概述

江蘇地處長江、淮河流域下游，共有長江、太湖、淮河、沂沭泗四大水系，河渠交叉，河湖相通。為緩解地區(qū)缺水狀況，合理配置水資源，從20世紀50年代開始，先后提出“淮水北調(diào)，分淮入沂”和“引江濟淮，江水北調(diào)”的跨流域調(diào)水計劃［1］。以長江水補充淮沂沭泗水水量之不足和協(xié)調(diào)來水與需水在時空分布上的矛盾，為蘇北地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市生活、航運和生態(tài)提供水源，并承擔蘇北地區(qū)部分泄洪排澇任務(wù)。

同時，江蘇作為南水北調(diào)東線一期工程的起點，東線工程是在江水北調(diào)工程基礎(chǔ)上擴大規(guī)模和向北延伸，形成了以運河線為主、運西線為輔的雙線輸水格局。自通水以來，江蘇省協(xié)調(diào)工程調(diào)度運行、供用水管理、水質(zhì)保障等各方面工作，圓滿完成了南水北調(diào)東線一期工程的運行任務(wù)，實現(xiàn)了水質(zhì)和水量的雙達標，有效改善了北方地區(qū)水資源短缺的局面，同時也為江蘇防洪、抗旱、排澇、航運等發(fā)揮了積極作用。

隨著長江大保護、長三角一體化發(fā)展、黃河流域高質(zhì)量發(fā)展以及生態(tài)文明建設(shè)等一系列國家戰(zhàn)略的推進和實施，對南水北調(diào)東線江蘇段工程系統(tǒng)工程效益發(fā)揮和水資源保障提出了更新和更高的要求。

首先，自2013年南水北調(diào)東線工程通水以來，江蘇省經(jīng)歷了豐水年、平水年、枯水年、特枯年等不同來水組合類型，成功應(yīng)對了旱情、汛情等各類復雜工況，在水源和線路選擇、湖泊運用、泵站調(diào)度、各類工程之間的配合等方面形成了一套成功的調(diào)度運行經(jīng)驗，同時也存在值得分析總結(jié)的問題［2-3］。再者，省內(nèi)外的水資源供需條件和要求也在發(fā)生變化。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，省內(nèi)以及北方省市對水資源質(zhì)和量的保障程度要求進一步提高［4］，同時自然氣候的變化也導致上游和本地來水情況發(fā)生變化。另外，近年來省內(nèi)受水區(qū)用水結(jié)構(gòu)也在逐漸發(fā)生變化，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)作物用水量呈減少趨勢，經(jīng)濟作物用水量呈上升趨勢，而城市用水、綠化用水、環(huán)境用水等也在持續(xù)增加。

本文結(jié)合南水北調(diào)東線江蘇段工程的泵站、閘站的進出水量數(shù)據(jù)、南水北調(diào)抗旱調(diào)度數(shù)據(jù)、自然降水數(shù)據(jù)，進行受水區(qū)劃分，確定區(qū)域進出口門，統(tǒng)計整理各受水區(qū)不同典型年的進出水量，分析主要泵站的運行情況，以此理清江蘇省系統(tǒng)水量調(diào)配規(guī)律，為蘇北、蘇中地區(qū)水資源科學調(diào)度運行提供科學支持，這對于進一步提高省內(nèi)相關(guān)地區(qū)水資源供給和保障能力，提升工程體系聯(lián)合運行綜合效益具有重要的理論意義和實踐價值。

2 南水北調(diào)東線工程江蘇段自然情況

南水北調(diào)東線工程江蘇段地處淮河流域下游的蘇北地區(qū)，地跨亞熱帶和暖溫帶，南起江都水利樞紐，北與山東省接壤，西與安徽省交界，東南至里下河地區(qū)西、北邊緣（2.5 m高程線以上），東北部直至黃海之濱，主要分布于京杭運河蘇北段兩側(cè)。受水區(qū)包括淮安、宿遷、徐州、連云港市的所有轄區(qū)，揚州市江都、高郵、寶應(yīng)縣（市）、鹽城市等。

2.1 河流水系

南水北調(diào)東線江蘇段工程包括里運河、中運河、金寶航道、徐洪河等眾多河道。江蘇河流水系分屬長江、淮河兩大流域。共有長江、太湖、淮河、沂沭泗四大水系。通揚運河及儀六丘陵山區(qū)以南屬長江水系，通揚運河及儀六丘陵山區(qū)以北，屬淮河下游水系，其中廢黃河以北屬于沂沭泗水系。全省大部分河道水系互相溝通，其中京杭大運河自北向南縱貫全省，溝通了微山湖、駱馬湖、洪澤湖、高寶湖、邵伯湖和太湖六大湖泊，成為我省跨流域調(diào)水的骨干河道。

淮河發(fā)源于河南桐柏山，東流經(jīng)豫、皖、蘇，主流從三江營泄入長江。江蘇省淮河水系主要位于淮河下游，范圍為廢黃河以南，東臨黃海，南以江淮分水嶺、老通揚公路、如泰運河與長江流域分界，包括洪澤湖周邊及入湖段淮河干流沿岸。

沂沭泗河發(fā)源于沂蒙山區(qū)，由沂河、沭河和泗河組成。江蘇省位于沂沭泗水系下游，為廢黃河以北，東臨黃海，西北及北部分別與安徽、山東接壤。全流域來水全部由江蘇省出海，一部分南下經(jīng)南四湖，流入駱馬湖經(jīng)新沂河至灌河口并港入海；另一部分洪水東調(diào)經(jīng)分沂入沭至大官莊，再由石梁河水庫泄入新沭河至臨洪口入海。

江蘇境內(nèi)長江干流全長433 km，流經(jīng)沿江南京、鎮(zhèn)江、揚州、泰州、常州、無錫、蘇州、南通8市3個主城區(qū)（南京、鎮(zhèn)江、南通）和部分郊區(qū)及8市所屬的沿江21個縣（市）。從上至下分為5個河段，南京河段從蘇皖交界處和尚港到三江口，鎮(zhèn)揚河段從三江口至五峰山，揚中河段從五峰山至鵝鼻咀，澄通河段從鵝鼻咀至徐六涇，河口段北支從徐六涇至啟東寅陽咀，南支從徐六涇至瀏河口南蘇滬交界處。

2.2 湖泊

南水北調(diào)江蘇段工程輸水沿線分布有眾多天然湖泊，自江都站起由南向北起依次連接洪澤湖、駱馬湖、南四湖。

洪澤湖位于淮河下游，蘇北平原中部西側(cè)（東經(jīng)118°10′～118°52′，北緯33°06′～33°40′），是工程中的核心調(diào)蓄湖泊，其水域面積隨水位波動較大，對水量調(diào)度運行起重要作用。駱馬湖位于淮河中游，江蘇省洪澤區(qū)西部（東經(jīng)118°04′～118°18′，北緯34°00′～34°11′），同樣是工程中的調(diào)蓄湖泊，在工程調(diào)水任務(wù)中起著承上啟下的樞紐作用。

南四湖、寶應(yīng)湖等大小湖泊也是江蘇省江水北調(diào)、東引工程與南水北調(diào)東線一期工程系統(tǒng)的重要組成部分，在防洪、排澇、調(diào)水、航運等方面發(fā)揮重要的作用。

3 南水北調(diào)東線工程江蘇段系統(tǒng)概化

南水北調(diào)東線工程江蘇段地跨長江、淮河兩大流域。受水區(qū)內(nèi)京杭運河縱貫南北，聯(lián)系長江、淮河、沂沭泗三大水系。江蘇段輸水干線總長404 km，自長江下游干流提水，利用京杭大運河以及與其平行的河道輸水，連通洪澤湖、駱馬湖、南四湖三大調(diào)蓄湖泊，總調(diào)蓄庫容45.25億m3。江蘇境內(nèi)共分為三大段，每段設(shè)立3個泵站。工程沿線共涉及揚州、淮安、鹽城、宿遷、連云港、徐州6座城市，包含江都站等18座泵站，同時，調(diào)水工程與多條骨干河道貫通相連，形成由運西線、運河線組成的雙線輸水系統(tǒng)。整個工程系統(tǒng)供水范圍涉及江蘇、安徽、山東3省，補充輸水沿線地區(qū)的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活用水，以及航運和生態(tài)用水，主要承擔了省外調(diào)水、省內(nèi)抗旱、參與區(qū)域排澇以及應(yīng)急調(diào)水的運行任務(wù)。工程具有規(guī)模大、泵型多、揚程低、流量大、年利用小時數(shù)高等特點。

本文分析江蘇省江水北調(diào)、東引工程與南水北調(diào)東線一期工程系統(tǒng)的主要組成單元要素，分析各單元的水力特性，解析各受水區(qū)與供水水源，輸水線路的空間關(guān)系，對調(diào)水工程及受水區(qū)進行研究。

3.1 山東受水區(qū)

山東受水區(qū)通過臺兒莊斷面、藺家壩斷面接受南水北調(diào)東線一期江蘇段工程的抽調(diào)水量，本區(qū)主要水源主要為淮水、沂沭泗水、江水以及調(diào)水期間江蘇省內(nèi)降水產(chǎn)生徑流通過沿線支流匯入南水北調(diào)東線系統(tǒng)的水量。

3.2 江水主供水區(qū)

江水主供水區(qū)包括里運河以東，總渠以南，新通揚運河以北，東抵海濱的地區(qū)，該地區(qū)水源補給視淮水豐枯而異。江水補給由抽江和自流引江兩部分組成。

3.3 洪澤湖及其周邊地區(qū)

洪澤湖是接納和調(diào)節(jié)淮水的重要水源地，在全系統(tǒng)防洪和供水調(diào)節(jié)中起著重大作用。其主要泄水口門包括：從三河閘泄洪入長江，從高良澗閘泄水入灌溉總渠及里運河，從二河閘泄水經(jīng)二河分別進入廢黃河、鹽河和淮沭新河。

3.4 淮水主供水區(qū)（沂南、沂北用水區(qū)）

淮水主供水區(qū)是指總渠以北，中運河以東，新沭河以南，東瀕黃海的廣大地區(qū)，淮水是本區(qū)的主要水源。

3.5 駱馬湖及沂水主要供水區(qū)（徐州地區(qū)用水區(qū)）

駱馬湖主要接受和調(diào)節(jié)沂河來水，每年接納沂水情況視沂水豐枯而定。駱馬湖主要供徐州市工農(nóng)業(yè)用水，兼顧中運河航運用水。

4 不同典型年水量調(diào)配規(guī)律分析

結(jié)合現(xiàn)有南水北調(diào)泵站、水閘實測資料，選取豐水年（2019—2020年）、平水年（2017—2018年）、枯水年（2018—2019年）對江蘇省內(nèi)南水北調(diào)東線工程年內(nèi)的調(diào)水量、調(diào)水時間等具體調(diào)度情況及特點進行分析，討論各受水區(qū)的水量變化數(shù)據(jù)，得到江蘇省內(nèi)南水北調(diào)東線工程的水量變化情況。

4.1 豐水年運行調(diào)度分析

根據(jù)《2020年江蘇省水資源公報》，2019—2020年全省年降水量1 236.0 mm，折合降水總量1 268.8億m3，比2019年增加54.7%，比多年平均偏多22.8%，屬豐水年份。

從整體來看，進水量主要集中于7月、8月，月最大進水量為49.245億m3；出水量主要集中于7月、8月，月最大出水量261.228億m3。進水量主要集中于二河-淮陰受水區(qū)，年均進水量6.689億m3；出水量主要集中于洪澤湖周邊，年均出水量達到35.776億m3。

分析里運河受水區(qū)的水量變化情況，里運河受水區(qū)2020年進水量共20.587億m3，主要集中在1月、7月、8月、9月，其余月份抽水較少或未抽水。其中，江都站未抽水，寶應(yīng)站2—5月共抽水7.966億m3，南運西閘7—11月共抽水4.542億m3，北運西閘抽水7.305億m3。

分析洪澤湖周邊水量變化情況，洪澤站2020年共抽水7.409億m3。洪澤湖周邊2020年出水量共429.309億m3，主要集中在6—9月，其中三河閘6—9月泄水共287.358億m3，說明來水較多，在保證供水的情況下仍有多余水量需進行下泄。

臺兒莊站作為南水北調(diào)東線一期工程省外調(diào)水的邊界，其抽水量代表著省外調(diào)水量的多少，即不牢河-微山湖受水區(qū)的進水量，在2019—2020年進水量共52.051億m3，主要分為2個階段，1—4月和12月。

4.2 平水年運行調(diào)度分析

根據(jù)《2018年江蘇省水資源公報》顯示，2017—2018年度全省年降水量1 088.1 mm，折合降水總量1 109.2億m3，比上年多8.1%，比多年平均多9.3%，屬平水年份。

總體來看，進、出水量主要集中于5—8月，月最大進水量64.050億m3，月最大出水量126.410億m3。進水量主要集中于二河-淮陰受水區(qū)，出水量主要集中于洪澤湖周邊。洪澤湖分別由二河閘、高良澗閘和泗洪站向長江、二河-淮陰受水區(qū)、高良澗-淮安受水區(qū)、泗-睢受水區(qū)輸水，多余水量由三河閘向長江泄水。

長江作為南水北調(diào)東線工程的主要水源，在缺水時主要通過抽江完成供水任務(wù)，主要抽水線路有江都站所在的運河線和寶應(yīng)站所在的運西線，江都站和寶應(yīng)站為直接的抽水泵站，故里運河受水區(qū)中江都站和寶應(yīng)站的進水量能夠直接反映具體的抽江情況。分析里運河受水區(qū)的水量變化情況，2018年進水量較少，共9.712億m3。

洪澤湖作為除長江外的主要水源，在來水較多的情況時通過抽取洪澤湖水，利用湖泊之間的調(diào)蓄能力進行調(diào)水。分析洪澤湖周邊的水量變化情況，洪澤湖的出水口較多，有三河閘、二河閘、高良澗閘、泗洪站，其中三河閘在洪澤湖水量過多時向長江泄放多余水量，其余3個出水口分別向二河-淮陰受水區(qū)、高良澗-淮安受水區(qū)、泗-睢受水區(qū)輸水。2018年洪澤湖出水量很多，年內(nèi)共出水388.288億m3，洪澤站出水主要集中在5—8月。

表1 水量變化情況

4.3 枯水年運行調(diào)度分析

由《2019年江蘇省水資源公報》可知，2018—2019年度全省年降水量798.5 mm，折合降水總量814.0億m3，比上年少26.6%，比多年平均少19.8%，屬枯水年份。

2019年各月進出水量中，7月進水量占據(jù)了極大的比重，月最大進水量為60.763億m3；而出水量各月較為平均，月最大出水量為26.645億m3，各受水區(qū)的進出水量差異較大。

分析里運河受水區(qū)的水量變化情況，2019年里運河受水區(qū)年平均進水量為1.044億m3，進水總量為12.531億m3，主要集中在7月，其余月份抽水較少或未抽水。里運河受水區(qū)2019年主要通過使用寶應(yīng)站抽水的方式獲取水源，共抽水17.158億m3，占了極大的比重。里運河受水區(qū)出水量與進水量相接近，為10.568億m3。

分析洪澤湖周邊的水量變化情況，2019年洪澤湖周邊進水總量為8.583億m3，較上一年有所增加。2019年洪澤湖周邊出水量遠高于其他受水區(qū)，共出水96.330億m3，其中6月出水最多，主要通過二河閘進行泄水。

4.4 南水北調(diào)東線工程江蘇段水量調(diào)配規(guī)律

枯水年（2018—2019年）時，各區(qū)域進、出水量均較低，主要通過從長江抽水以保證洪澤湖的蓄水量及下游地區(qū)的用水要求；平水年（2017—2018年）時，主要利用洪澤湖供水至各受水區(qū)，在洪澤湖水量較少時需要通過長江抽水進行補給；豐水年（2019—2020年）時，通過洪澤湖、駱馬湖之間的調(diào)蓄作用進行供水，當洪澤湖水量到達飽和時，多余水量主要通過三河閘經(jīng)淮河入江水道向長江進行泄放。

從洪澤湖、長江兩大主要水源分析，洪澤湖周邊在枯水年的進、出水量相比于平水年、豐水年時要高，出水量相對較少，其利用洪澤站抽調(diào)來更多的長江水，以保證湖泊自身水位在死水位以上。在2020年豐水年份，洪澤湖來水較多，在向受水區(qū)供水后仍然處在較高水位，由三河閘向長江泄放多余水量，以保證洪澤湖的水位在防汛限制水位以下。里運河受水區(qū)的進水量豐水年多于枯水年，原因是豐水年時洪澤湖通過南運西閘和北運西閘向里運河受水區(qū)泄放了較多水量，由江都站和寶應(yīng)站從長江抽水量較少，而枯水年時主要是南運西閘和北運西閘泄水量較少。

5 結(jié)語

南水北調(diào)東線江蘇段工程承擔外調(diào)出省、蘇北和蘇中等地供水等多重任務(wù)，兼具防洪除澇、調(diào)水、航運等多種功能。本文分析了江蘇省內(nèi)各受水區(qū)的水量調(diào)配情況，能夠直接反映泵站抽水情況、水流走向情況，通過進出水量差值間接反映水量損失情況和各受水區(qū)的用水情況，并通過分析里運河受水區(qū)、洪澤湖周邊的主要泵站的水量變化數(shù)據(jù)得到不同典型年的來水規(guī)律所對應(yīng)抽水情況，對于實現(xiàn)長江、淮河、沂沭泗等不同類別水源的互濟互調(diào)，提升工程調(diào)度科學化和精細化水平具有重要意義，為工程運行階段的調(diào)度決策提供科學參考和有效幫助。