長江中下游華陽河湖群非汛期水位調(diào)整特征及對入江控制閘的影響

檀北來

（安徽省楊灣閘管理處，安慶 246231）

近年來為改善長江中下游華陽河湖群水質(zhì)，地方政府對華陽河湖群非汛期蓄水位提出了新的要求，在開展華陽河湖群非汛期控制運用水位專題研究的基礎(chǔ)上，工程主管部門修訂了《楊灣閘調(diào)度運用辦法》和《華陽閘調(diào)度運用辦法》，自2018 年開始提高非汛期內(nèi)湖水位?？偨Y(jié)近年來華陽河湖群非汛期水位控制變化特征并分析對入江控制閘的影響，可以為其他沿江水閘工程調(diào)度運行提供參考。

1 基本情況

1.1 流域湖泊概況

華陽河流域跨安徽、湖北2 省，流域總面積5 511 km2，其中，安徽省2 958 km2、湖北省2 553 km2。華陽河湖群是長江中下游重要的濕地之一，流域內(nèi)設(shè)有8 個生態(tài)敏感區(qū)，具有涵養(yǎng)水源、凈化水質(zhì)、調(diào)蓄洪水、調(diào)節(jié)氣候和維護生物多樣性等重要生態(tài)功能，包括龍感湖、大官湖、黃湖、泊湖彼此連通的四大湖泊，整體呈帶狀分布，汛期湖水高漲，湖泊連成一片，汛后則湖水退落。華陽河湖群位于華陽河分蓄洪區(qū)內(nèi)，承擔(dān)了重要的防洪任務(wù)。

1.2 水文特性

華陽河湖群水位的漲落除與降雨有關(guān)外，還與華陽閘、楊灣閘的調(diào)度運用有關(guān)。據(jù)多年實測資料統(tǒng)計，湖區(qū)平均水位在7—10 月偏高，年最高水位一般出現(xiàn)在7—9 月。湖內(nèi)下倉埠站建閘后歷史最高水位為17.35 m（1999年9月6日），歷史最低水位為11.56 m（1963年4月1日）。下倉埠站多年平均降水量1 285.8 mm，正常年份匯入長江的年徑流量為17.44億m3，最豐水年份高達(dá)30.13 億m3，最枯水年份僅6.14億m3。

1.3 入江控制工程

作為長江一級支流，華陽河湖群流經(jīng)楊灣河的楊灣閘、華陽河的華陽閘匯入長江。楊灣閘老閘建于1956年，現(xiàn)保留做交通橋使用，2016年新閘建成，工程等級為Ⅲ等，主要建筑物為2級，設(shè)計排水流量為615 m3/s，底板高程8.00 m，蓄水時設(shè)計限制閘上最高水位為12.50 m，對應(yīng)江水位無明確要求。華陽閘建成于1956年，底板高程9.20 m，設(shè)計排水流量為240 m3/s。

2 非汛期水位調(diào)整原因

隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，調(diào)整華陽河湖群非汛期水位，主要有以下4個方面的原因。

2.1 適應(yīng)江湖關(guān)系變化

2003年三峽大壩建成后，長江天然徑流的時間分配發(fā)生了改變，中下游水文要素也相應(yīng)發(fā)生了變化，根據(jù)楊灣閘多年觀測資料分析，2003 年以前華陽河湖群10 月多年平均水位為12.59 m，2003—2018 年華陽河湖群10 月多年平均水位有所降低（11.75 m），其中有11 年內(nèi)湖水位低于12.50 m。由以上數(shù)據(jù)可知，華陽河湖群非汛期水位有抬升的必要性。

2.2 改善水環(huán)境

華陽河湖群水質(zhì)主要與入湖污染物含量有關(guān)，但水位偏低，也易引起湖區(qū)底泥中污染物的釋放。根據(jù)長江科學(xué)院研究結(jié)論，龍感湖、黃湖、大官湖和泊湖化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、總氮（Total Nitrogen，TN）、總磷（Total Phosphorus，TP）濃度與水位均呈對數(shù)型相關(guān)關(guān)系，即當(dāng)湖區(qū)水位在13.58 m 以下時，隨著水位的升高，湖區(qū)COD、TN、TP 濃度呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，而當(dāng)湖區(qū)水位高于13.58 m 時，隨著水位的升高，湖區(qū)COD、TN、TP濃度下降趨勢變緩，在12.00～13.58 m 范圍內(nèi)適度抬高運行水位對湖區(qū)水質(zhì)有一定的改善效果。

2.3 防御水旱災(zāi)害

近年來，極端天氣事件和水旱災(zāi)害事件頻發(fā)，長江流域先后發(fā)生了2019 年夏秋冬三季連旱、2020 年大水和2022 年夏秋冬春四季連旱。華陽河湖群2019 年抗旱蓄水104 d；2020 年汛期因江水頂托，內(nèi)湖超設(shè)防水位達(dá)144 d；2022 年汛后又關(guān)閘蓄水164 d。水旱災(zāi)害防御形勢要求加強楊灣閘工程調(diào)度。

2.4 滿足水廠取水需求

華陽河湖群周邊僅安徽省境內(nèi)布設(shè)農(nóng)村飲水工程23 處（宿松縣12 處、望江縣10 處、太湖縣1 處），而部分沿湖自來水廠取水口高于限制閘最高水位（12.50 m），加之湖灘逐年淤積，如果湖區(qū)蓄水位過低，將影響水廠正常取水。

3 非汛期水位調(diào)整變化

3.1 調(diào)度運用規(guī)定的變化

1984 年發(fā)布的《楊灣閘控制運用規(guī)定》與2018 年修訂的《楊灣閘控制運用辦法》都將汛前（3—4 月）限制湖水位控制在11.80～12.00 m。但新辦法將汛末湖內(nèi)蓄水位12.50～13.00 m的維持時間延長，由原來的9—10月延長至12月底，并要求2月底前控制在12.00～12.50 m。

3.2 實際閘控水位的變化

統(tǒng)計分析楊灣閘歷年觀測資料，與過去相比，2018 年后非汛期實際閘上水位呈現(xiàn)年最低水位抬升和汛后長時間維持較高水位的特點。

3.2.1 年最低水位抬升

與1956—2017年最低水位的平均值8.68 m 相比，2018年及以后年最低水位提高了0.96～2.14 m，且2020—2022年水位抬升在1.50 m及以上（表1）。

表1 楊灣閘上游年最低水位統(tǒng)計表 m

3.2.2 汛后長時間維持較高水位

與2001—2017年2月平均水位10.44 m和12月平均水位10.70 m相比，2018—2023年的2月平均水位增加1.26～1.77 m，12月平均水位增加2.00～2.25 m（表2），可知每年汛后至次年2月閘上維持較高蓄水位。

表2 楊灣閘上游月平均水位情況m

3.3 三峽水庫調(diào)度對華陽河湖水位的影響

選取2016年和2020年分析三峽水庫調(diào)度對華陽河湖水位的影響。

2016年1月三峽水庫水位開始逐步消落，至6月5日水位消落至汛限水位，三峽水庫轉(zhuǎn)入汛期運行。通過2016 年數(shù)據(jù)可知，華陽河湖區(qū)水位在2016 年2—3 月一直維持11.88～11.44 m，在3月底降至11.44 m，已低于當(dāng)時執(zhí)行的調(diào)度規(guī)程《楊灣閘調(diào)度運用辦法》和《華陽閘調(diào)度運用辦法》規(guī)定的3 月底4 月初汛前降低到11.80 m 的要求，提前騰出了湖容。

2020年1月三峽水庫水位開始逐步消落，至6月8日水位消落至汛限水位，三峽水庫轉(zhuǎn)入汛期運行。通過2020 年數(shù)據(jù)可知，華陽河湖區(qū)水位在2020 年2—3 月一直維持在12.04～11.55 m，在3 月底降至11.55 m，一直到5 月底水位仍維持11.88 m，符合2018年修訂的調(diào)度規(guī)程《華陽河湖群非汛期控制運用水位及楊灣閘、華陽閘調(diào)度運用辦法》規(guī)定的3—4月水位按照11.80～12.00 m控制、5—9月根據(jù)4 月水位按實際情況控制的要求，提前騰出了湖容。

雖然三峽水庫汛前下泄對長江楊灣閘、華陽閘外水位有一定影響，但是從華陽河湖區(qū)水位來看，長江三峽的調(diào)度未影響華陽河汛前下泄、騰出湖容，也未影響到華陽河湖群汛前降低到調(diào)度控制水位附近。而2016 年、2020 年華陽河湖區(qū)洪水則是華陽河流域持續(xù)性強降雨和江水頂托造成的。

4 調(diào)整非汛期水位對入江控制閘的影響

4.1 有利于生態(tài)保水

據(jù)1956 年建閘以來的運行管理檔案，2018 年之前楊灣閘的主要功能是汛期防洪、汛后排澇和干旱年份蓄水灌溉，由于每年9—10月仍是相對豐水期，故汛后很少在水位11.80 m 以上時關(guān)閘蓄水（僅2008 年汛后發(fā)生1 次且只蓄水20 d）。而2018年以后因環(huán)保需要，每年均在汛后進(jìn)行生態(tài)保水（表3），楊灣閘除了原設(shè)計的防護、排澇、抗旱主要功能外，生態(tài)水位調(diào)控作用也越來越重要。

表3 2018—2022年內(nèi)湖蓄水情況統(tǒng)計表

4.2 造成汛前泄水安全壓力大

汛前（3—4 月）搶排時，下泄流量相對較大，對下游河床會產(chǎn)生一定的沖刷。楊灣閘排水效果受多種因素影響，既與上下游水位和閘門高度有關(guān)，又與安全控制運用有關(guān)，特別是在高水位差情況下排水，要兼顧閘門啟閉力、消能設(shè)施和上下游河道防沖等安全問題。

4.3 造成水閘運行工況差

2018年生態(tài)保水以來，每年汛后工程長期處在不利工況下運行。①蓄水位偏高，閘上游水位接近甚至超過設(shè)計蓄水位；②內(nèi)外高水位差大且長期保持，每年汛后最大水位差均超過4.50 m（表3）；③為控制蓄水位，汛后只能保證閘門保持小開度，閘孔長期處在射流工作狀態(tài)。

4.4 導(dǎo)致工程運維成本高

超出設(shè)計工況條件下蓄水需要采取工程措施確保工程運行安全。如2018 年、2019 年汛后生態(tài)保水期間，當(dāng)非汛期湖區(qū)水位高于12.50 m 時，通過新老閘聯(lián)合運用逐級消減閘上下游水位差，使內(nèi)湖水位達(dá)到要求；由于2020 年拆除了老閘啟閉機閘門，2022年為了抗旱和生態(tài)保水，9月在閘下游修筑攔河圍堰，消減閘上下游水位差，保持內(nèi)湖水位13.00～13.50 m。長期不利工況下運行，增加了工程日常運行維護成本，如閘門長期保持小開度高速水流加快了閘孔及底板混凝土氣蝕、剝蝕和閘門止水橡皮等部件損耗。為保證工程安全運行，需要加密工程安全監(jiān)測的頻次。

5 建 議

（1）進(jìn)一步研究閘控水位與水質(zhì)關(guān)系。為了更好地總結(jié)水閘工程的生態(tài)水位調(diào)控作用，需要分析不同模擬情景下的水環(huán)境參數(shù)，在獲取更為全面的監(jiān)測數(shù)據(jù)后，修改和完善華陽河湖群水動力—水質(zhì)模型，進(jìn)一步掌握閘控水位與水質(zhì)關(guān)系。

（2）驗算工程安全運用條件。2018 年的《楊灣閘控制運用辦法》是基于新老閘聯(lián)合運用基礎(chǔ)上修訂的，由于老閘拆除閘門與啟閉機后無擋水條件，非汛期內(nèi)湖超設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)蓄水，須對工程安全運用條件進(jìn)行復(fù)核驗算，以保證工程抗滑穩(wěn)定、滲透穩(wěn)定、消能防沖安全及啟閉安全，因此必要時應(yīng)采取工程措施，加強工程安全監(jiān)測分析，確保工程安全運行。

（3）強化“四預(yù)”措施，防御水旱災(zāi)害。華陽河流域豐水年份防汛壓力大。在華陽河蓄滯洪區(qū)工程項目建成投入使用前，控制非汛期內(nèi)湖水位，應(yīng)根據(jù)水旱災(zāi)害防御工作的需要，強化預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案“四預(yù)”措施，必要時優(yōu)化工程調(diào)度方案，統(tǒng)籌做好防洪安全和生態(tài)安全。

（4）增加工程運維經(jīng)費。為充分發(fā)揮工程效益，保證工程安全運行，應(yīng)根據(jù)實際情況，明確工程運行維護經(jīng)費的保障機制，確保足額到位。