高郵灌區(qū)“防不足、泄有余”理念的實(shí)踐傳承

徐錫華，王義加，孫 勇，孫 萍，徐 嘉

（1.江蘇省高郵市水利局，225600，揚(yáng)州；2.浙江水利水電學(xué)院，310018，杭州；3.江蘇潤(rùn)?quán)]水利建設(shè)集團(tuán)有限公司，225600，揚(yáng)州）

河流的自然流域本身就呈現(xiàn)出一種網(wǎng)狀形態(tài)，這在大尺度空間范圍內(nèi)表現(xiàn)得更加明顯?！袄镞\(yùn)河—高郵灌區(qū)”是世界級(jí)灌溉工程遺產(chǎn)，兼顧漕運(yùn)和灌溉，實(shí)現(xiàn)了水資源“防不足、泄有余”的功能，是我國(guó)古代巧妙利用河湖水系、合理調(diào)控河流湖泊的典范，是系統(tǒng)論思想在古灌溉工程中的成功實(shí)踐。

一、高郵灌區(qū)“防不足、泄有余”理念的淵源

春秋時(shí)期，吳王夫差開(kāi)挖邗溝。隋唐時(shí)期，平津堰和高郵三塘的修建，攔蓄丘陵高地降雨洪水，緩解了河湖水量不足的問(wèn)題。宋代以后，黃河奪淮，黃水南侵，多湖合一后形成高郵湖。明代以前，里運(yùn)河以相互連通的眾多湖泊為運(yùn)道，從明弘治二年（公元1489年）開(kāi)始，陸續(xù)修建并完善了里運(yùn)河?xùn)|西兩堤，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)河與湖泊的分離。明清以后，高郵湖、里運(yùn)河逐步形成一個(gè)完善的漕運(yùn)灌溉調(diào)配體系，即通過(guò)運(yùn)堤的水閘、水關(guān)、水洞進(jìn)行蓄水、調(diào)水、配水，在保證漕運(yùn)水位的同時(shí)，利用多余的水灌溉民田。

20世紀(jì)初，里運(yùn)河高郵段兩岸已建成9閘9洞及4座歸海壩，形成較為完善的灌溉排水設(shè)施。新中國(guó)成立后，高郵灌區(qū)通過(guò)開(kāi)挖渠道河道，建成干渠（分干渠）9條115 km、支渠124條422 km、斗渠3250條2598 km的灌溉網(wǎng)絡(luò)；開(kāi)挖大溝級(jí)排水河道21條263 km、中溝級(jí)排水河道116條443 km、小溝級(jí)河流數(shù)千米的排水體系。至此，高郵灌區(qū)形成河渠并行、灌排相間的灌溉排水格局，旱時(shí)通過(guò)渠道引水灌溉，澇時(shí)通過(guò)河流排泄余水，“防不足、泄有余”的工程體系日趨完善。

二、“防不足、泄有余”水資源調(diào)配系統(tǒng)分析

1.系統(tǒng)的整體性和綜合性分析

高郵湖—里運(yùn)河—高郵灌區(qū)以湖、河、田為水資源載體，以閘、洞、關(guān)為水資源通道，以河、溝、渠為灌溉配水終端，形成蓄水、調(diào)水、漕運(yùn)、配水、排水整體協(xié)調(diào)運(yùn)行的“防不足、泄有余”系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有水資源調(diào)配、旱澇防御、水質(zhì)改善等綜合功能。如：水資源調(diào)配可以實(shí)現(xiàn)水運(yùn)交通、農(nóng)業(yè)灌溉和生活供水等多項(xiàng)功能；水旱災(zāi)害防御有洪水宣泄、旱災(zāi)抵御和應(yīng)急供水等多項(xiàng)功能；水質(zhì)改善包括生態(tài)修復(fù)及景觀維護(hù)等功能。

綜合考慮和平衡與水資源承載力相關(guān)的諸多要素，如氣候變化、漕運(yùn)運(yùn)力、種植面積、耕作方式、人口數(shù)量等，對(duì)“防不足、泄有余”系統(tǒng)順利運(yùn)行起到關(guān)鍵作用。

“防不足、泄有余”系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程是動(dòng)態(tài)的。首先，系統(tǒng)是由河湖田、水系、生態(tài)、環(huán)境和社會(huì)等眾多子系統(tǒng)組成的復(fù)合系統(tǒng)，內(nèi)部各子系統(tǒng)在相互聯(lián)系、作用下不斷發(fā)展和變化。其次，關(guān)鍵要素如氣候、水文或用水需求是變化的，這使系統(tǒng)變得復(fù)雜。

2.系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡性分析

古人以“防不足、泄有余”為根本理念，聯(lián)系實(shí)際，把握水資源調(diào)配系統(tǒng)的客觀情況和運(yùn)行規(guī)律，在閘洞啟閉上制定出精細(xì)的管理方法。清乾隆二十二年（公元1757年），在里運(yùn)河西堤御碼頭設(shè)置的“水則”，是淮河流域較早的水位站。通過(guò)持續(xù)性的水位觀測(cè)來(lái)確定沿河閘洞的啟閉時(shí)間，并在一定時(shí)期內(nèi)形成制度。合理的啟閉洞閘，使得水在湖、河、田之間科學(xué)調(diào)配，高郵湖成為調(diào)節(jié)里運(yùn)河水量的“水柜”，里運(yùn)河不但能保證漕運(yùn)安全，也成為里下河區(qū)域的灌溉用水總渠，從而實(shí)現(xiàn)了兩大動(dòng)態(tài)平衡，即調(diào)節(jié)旱澇的水位平衡、兼顧漕運(yùn)和灌溉的功能平衡。

三、“防不足、泄有余”理念的實(shí)踐

隨著歷史的發(fā)展，如今的高郵灌區(qū)已建成南水北調(diào)東線源頭的大型灌區(qū)。節(jié)約集約用水，開(kāi)展洪水資源利用，是現(xiàn)代化灌區(qū)建設(shè)發(fā)展的必然要求?！胺啦蛔?、泄有余”理念在高郵灌區(qū)的現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程中得到進(jìn)一步發(fā)展。

1.“防不足”的科學(xué)化運(yùn)用

（1）科學(xué)調(diào)度水源

高郵灌區(qū)屬沿運(yùn)自流灌區(qū)。正常年份，灌區(qū)通過(guò)沿運(yùn)閘洞，引運(yùn)河水自流灌溉。干旱年份，運(yùn)河水位不足時(shí)，為保證農(nóng)田灌溉，一方面通過(guò)高郵湖與里運(yùn)河之間的河湖調(diào)度閘，調(diào)用淮水，從高郵湖調(diào)水至里運(yùn)河，補(bǔ)充水源；另一方面改革灌區(qū)灌溉制度，實(shí)行全灌區(qū)大輪灌，并積極引導(dǎo)，指導(dǎo)農(nóng)民節(jié)水灌溉，通過(guò)多年的探索和實(shí)踐，形成了“集水期灌”制度。同時(shí)利用科技信息化手段，打造“用水早知道”信息終端，讓農(nóng)民做到“農(nóng)事早安排”，讓水資源得到高效充分利用。2019年5—7 月蘇北地區(qū)遭遇60 年一遇的氣象干旱，通過(guò)科學(xué)調(diào)度水源，優(yōu)化灌溉制度，高郵灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)依然取得了豐收，為糧食連續(xù)增產(chǎn)、鄉(xiāng)村振興作出了貢獻(xiàn)。

（2）建設(shè)引補(bǔ)互濟(jì)工程體系

高郵灌區(qū)現(xiàn)狀引運(yùn)干渠渠首有車(chē)邏洞、車(chē)邏閘、八里松洞等9座閘洞工程，設(shè)計(jì)引水能力159 m3/s（大運(yùn)河水位7.0 m）。

在工程體系建設(shè)上，一是改造各級(jí)引水渠道。據(jù)統(tǒng)計(jì)，通過(guò)近20年的節(jié)水配套改造建設(shè)，高郵灌區(qū)內(nèi)干、支、斗等多級(jí)渠道實(shí)施防滲襯砌改造的約占60%，其中干渠、分干渠115 km，支渠 124 條 422 km，已完成襯砌改造218 km，占51.2%；斗農(nóng)渠道 3250 條 2598 km，襯砌率約占60%。通過(guò)多年的建設(shè)，灌區(qū)渠系水利用系數(shù)達(dá)到0.67。二是建設(shè)補(bǔ)水泵站。對(duì)灌區(qū)干渠中下部設(shè)備老化失修、機(jī)泵效率衰減、河道侵占淤塞的7座補(bǔ)水泵站，先后按原規(guī)模進(jìn)行拆建改造，提引里下河水源補(bǔ)充干渠水量不足或抬高干渠水位，設(shè)計(jì)補(bǔ)水能力42 m3/s。

正常年份，里運(yùn)河水位、流量能夠滿足灌區(qū)自流引水要求，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)的自流灌溉。當(dāng)灌區(qū)遇大運(yùn)河水位較低或流量控制時(shí)，不能夠保證灌區(qū)部分區(qū)域自流灌溉時(shí)，一方面，可以通過(guò)干支渠上所設(shè)節(jié)制閘分組輪灌，抬高水位，實(shí)現(xiàn)自流灌溉；另一方面，當(dāng)分組輪灌仍不能滿足灌區(qū)部分高亢地區(qū)自流灌溉時(shí)，通過(guò)7座補(bǔ)水泵站補(bǔ)水進(jìn)入干渠，抬高運(yùn)行水位，保證自流。通過(guò)建設(shè)引補(bǔ)互濟(jì)工程體系，解決特殊情況下灌溉難的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)“防不足”。

（3）建設(shè)保水蓄水工程

大中型灌區(qū)是保障國(guó)家糧食安全的重要基礎(chǔ)，是落實(shí)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的有效抓手，灌區(qū)現(xiàn)代化是農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的重要組成部分。高郵市“十四五”水利發(fā)展規(guī)劃中明確重點(diǎn)推進(jìn)區(qū)域調(diào)蓄水工程，持續(xù)加強(qiáng)節(jié)水供水，提高資源保障水平。加快灌區(qū)河道疏浚整治，加大降雨攔截力度，提高河網(wǎng)蓄水能力；適度調(diào)整部分圩口規(guī)劃，適度聯(lián)圩并圩，遇持續(xù)干旱可關(guān)閘保水，做好“防不足”預(yù)案。

2.“泄有余”的合理化運(yùn)用

（1）淮水資源化利用

高郵灌區(qū)地處江淮之間，資源互濟(jì)互用、互為調(diào)配，充分利用自然資源，優(yōu)化水資源配置，有利于減少低水上抽和高水多排的水資源浪費(fèi)。相對(duì)于里下河，淮水屬高水，充分利用高水，既節(jié)能減耗，又提高管理效率。

高郵灌區(qū)在淮水資源化利用上主要體現(xiàn)在以下方面：一是用于農(nóng)田灌溉。充分調(diào)度水源，減少江都泵站開(kāi)機(jī)時(shí)間。汛期淮水充足，通過(guò)河湖調(diào)度閘及時(shí)“泄水”至里運(yùn)河，再通過(guò)里運(yùn)河?xùn)|堤的引水閘引水至干支渠，通過(guò)各級(jí)退水閘退水入河，給灌區(qū)范圍內(nèi)大中小溝及時(shí)補(bǔ)水。2021年，在合理調(diào)度水源的情況下，灌溉期通過(guò)調(diào)用淮水及里下河內(nèi)部水網(wǎng)，江都泵站在灌溉期間未開(kāi)機(jī)抽水。二是用于生態(tài)用水。高郵灌區(qū)雨量充沛，多年平均年降雨量1037 mm，但年內(nèi)降雨分布不均，6—9月份降雨約占全年60%。汛期有水存不住現(xiàn)象突出，干旱期又缺水。通過(guò)科學(xué)調(diào)度，運(yùn)用河湖調(diào)度閘適時(shí)減水至里運(yùn)河，生態(tài)水量得以保證，可以改善生態(tài)環(huán)境。經(jīng)查驗(yàn)多年調(diào)度記錄，通過(guò)科學(xué)測(cè)算，確定灌區(qū)范圍內(nèi)溝渠生態(tài)基流，并已形成一套完善的調(diào)度體系和保障措施。三是用于農(nóng)業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖。高郵里下河農(nóng)田面積約100萬(wàn)畝（1畝=1/15 hm2，下同），其中養(yǎng)殖面積約15萬(wàn)畝。養(yǎng)殖業(yè)換水周期明確，不僅需要河道水量充足，也對(duì)水質(zhì)有較高的要求，由于高郵湖湖心斷面按Ⅱ類(lèi)水質(zhì)控制，湖內(nèi)水質(zhì)優(yōu)良，養(yǎng)殖業(yè)優(yōu)先利用高郵湖的“泄水”。

（2）建立快速精準(zhǔn)的信息化調(diào)度體系

通過(guò)信息化手段快速精準(zhǔn)地調(diào)度水源，關(guān)鍵在于建立現(xiàn)場(chǎng)感知體系，運(yùn)用信息傳感系統(tǒng)，及時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)、水位、水量。高郵灌區(qū)自2002 年開(kāi)始進(jìn)行信息化建設(shè)，目前建成的硬件設(shè)施主要包括閘門(mén)遠(yuǎn)程控制站39 處、視頻監(jiān)控點(diǎn)68 處、自動(dòng)水量計(jì)量點(diǎn)153 處等。軟件系統(tǒng)主要包括“三個(gè)一”，即一套準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，通過(guò)信息采集，將灌區(qū)骨干工程的圖片、文字、視頻信息以及歷史水位、雨量、水量等信息統(tǒng)一入庫(kù)，提供查詢與下載功能；一套實(shí)用的遙控監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)全部骨干渠系建筑物遠(yuǎn)程測(cè)控與視頻監(jiān)控，為灌區(qū)水量決策調(diào)度和“用水早知道”灌溉制度執(zhí)行提供支撐；一套智慧灌區(qū)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，集成“可視化集中展示、灌區(qū)管理一張圖、綜合業(yè)務(wù)管理、移動(dòng)智能終端”四大模塊，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、地理信息、視頻監(jiān)控等技術(shù)，形成流程規(guī)范化、成果標(biāo)準(zhǔn)化、管理智能化，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水情工情可讀、場(chǎng)景可視、水量可測(cè)、設(shè)施可遙控、資源可調(diào)度等目標(biāo)功能。

2022年，高郵灌區(qū)被確定為水利部48處數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)先行先試單位之一。目前，高郵灌區(qū)數(shù)字灌區(qū)建設(shè)已經(jīng)取得初步成果，建成包含三維數(shù)字化沙盤(pán)、配水調(diào)度場(chǎng)景化模擬預(yù)演平臺(tái)以及數(shù)字化工程運(yùn)行管理平臺(tái)，能夠全過(guò)程地參與水資源調(diào)配和農(nóng)業(yè)灌溉調(diào)度決策，初步實(shí)現(xiàn)了“灌溉水量數(shù)據(jù)化、實(shí)時(shí)運(yùn)行可視化、指揮調(diào)度智能化”。在局部區(qū)域，能夠?qū)崿F(xiàn)在不同邊際條件下的調(diào)度方案仿真模擬，提高了“用水早知道”工作的精準(zhǔn)性，不斷支撐預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案“四預(yù)”功能實(shí)現(xiàn)。

四、結(jié) 語(yǔ)

高郵“防不足、泄有余”河湖連通系統(tǒng)，解決了水資源空間和時(shí)間分布上的不均衡，提高了水資源利用效率。系統(tǒng)化的治水工程經(jīng)久不衰，雖有演變發(fā)展，但基本布局結(jié)構(gòu)與組建原則沿用至今。

“防不足、泄有余”理念的運(yùn)用，體現(xiàn)了古人對(duì)自然界水資源時(shí)空分布不均的科學(xué)調(diào)配，是歷代先賢在對(duì)地區(qū)歷年水情、水量、水位觀測(cè)、記錄、分析、研究的基礎(chǔ)上，對(duì)歷年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的結(jié)果，為灌區(qū)建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，影響并引領(lǐng)著高郵灌區(qū)現(xiàn)代治水的方向。