面向多目標(biāo)需求下陽(yáng)澄湖水量分配方案研究

許 強(qiáng) 汪院生 李燦燦

（江蘇省太湖水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 蘇州 215106）

實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度是實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用、維系生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)和支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要[1]。制定水量分配方案是實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的重要手段，是深入貫徹新發(fā)展理念，把水資源作為最大的剛性約束，推進(jìn)水資源集約節(jié)約安全利用的重要內(nèi)容[2]。

陽(yáng)澄湖位于太湖流域陽(yáng)澄淀泖區(qū)，是太湖流域重要的行蓄洪湖泊，也是蘇州市重要的供水水源地。陽(yáng)澄湖分水邊界錯(cuò)綜復(fù)雜，為加強(qiáng)陽(yáng)澄湖水資源統(tǒng)一管理和調(diào)度，規(guī)范用水秩序，確保供水安全，提高用水效率，促進(jìn)水資源優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)水資源的節(jié)約、保護(hù)及合理開(kāi)發(fā)，助力區(qū)域經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)及高質(zhì)量發(fā)展，開(kāi)展陽(yáng)澄湖水量分配方案研究十分必要。

1 研究區(qū)域及研究方法

1.1 研究區(qū)域

陽(yáng)澄湖位于太湖流域陽(yáng)澄淀泖區(qū)中部、蘇州市區(qū)東北部，涉及蘇州工業(yè)園區(qū)、相城區(qū)和昆山市，湖面大部分屬于相城區(qū)。湖體總面積為117.4km2，南北長(zhǎng)約17km，東西寬約11km。湖中的南北向狹長(zhǎng)小島將湖體分割為東湖、中湖、西湖三部分，其中，東湖面積為51.7km2，占44.0%；中湖面積為34.1km2，占29.1%；西湖面積為31.6km2，占26.9%；三湖之間有河流港汊相互貫通匯成一體。陽(yáng)澄湖湖體與周邊河網(wǎng)通過(guò)出入湖河道連接，環(huán)陽(yáng)澄湖出入湖河道有59條，其中西線17條、北線12條、東線15條、南線15條，經(jīng)常有水流進(jìn)出的河道33條。

陽(yáng)澄湖是太湖流域重要的淡水湖泊之一，具有防洪、供水、漁業(yè)養(yǎng)殖、生態(tài)、景觀、旅游等多種功能[3]。陽(yáng)澄湖是蘇州工業(yè)園區(qū)第二水源地、相城二水廠水源地和昆山市涇河水廠、第三水廠和第四水廠的重要水源；同時(shí)，陽(yáng)澄湖具有改善河網(wǎng)生態(tài)環(huán)境的作用，通過(guò)陽(yáng)澄湖出湖河道引清水至城區(qū)，提高城區(qū)水體水容量，提升水體自凈能力。

1.2 研究方法

湖泊水量分配與流域、區(qū)域水量分配相比，有一定的差異性，如陽(yáng)澄湖水源沒(méi)有明顯的集水范圍，主要依托區(qū)域控制性工程及合理調(diào)度來(lái)滿足湖泊水量[4-5]。此外，湖泊河道內(nèi)外用水需求是合理分配水量、管住用水的重要抓手。為合理配置陽(yáng)澄湖河道外用水和河道內(nèi)進(jìn)出水量，保障陽(yáng)澄湖供水安全，維持湖泊生態(tài)健康穩(wěn)定，本文構(gòu)建了陽(yáng)澄湖水位和水量目標(biāo)體系，采用典型法，運(yùn)用數(shù)值模擬分析，提出不同情景下陽(yáng)澄湖水量分配方案。

1.2.1 水位目標(biāo)體系

鑒于區(qū)域平原河網(wǎng)地區(qū)獨(dú)特的地形地貌和水文特點(diǎn)，河網(wǎng)水位變化相對(duì)平穩(wěn)，可直接反映河湖水資源的狀況，不同的水位可反映湖泊不同的水量需求。因此，水量分配水位控制目標(biāo)體系選用適宜水位及最小生態(tài)水位。

河網(wǎng)適宜水位是指在保障河網(wǎng)水體正常水資源供給、滿足湖泊綜合功能的情況下，能夠長(zhǎng)期保持相對(duì)穩(wěn)定的水位。最小生態(tài)水位是指能夠保障生活用水，維持湖泊生態(tài)健康、滿足基本生態(tài)環(huán)境用水的最低水位。

1.2.2 水量目標(biāo)體系

陽(yáng)澄湖可分配水量是指統(tǒng)籌沿長(zhǎng)江、望虞河?xùn)|岸口門引水量和本地水資源量，滿足生活、生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境用水需求，保證陽(yáng)澄湖月平均水位不低于適宜水位下限，極端低水位滿足最小生態(tài)水位目標(biāo)要求時(shí)，扣除環(huán)陽(yáng)澄湖自然出湖水量后的最大出湖水量，包括河道內(nèi)水量和河道外直接取水量[6-7]。

1.2.3 數(shù)學(xué)模型

本研究采用太湖流域水量水質(zhì)數(shù)學(xué)模型[8]，該模型根據(jù)水文、水動(dòng)力學(xué)等原理，對(duì)流域平原河湖、河道汊口連接和各種控制建筑物及其調(diào)度運(yùn)行方式進(jìn)行模擬，對(duì)流域各類供水、用水、耗水、排水進(jìn)行合理概化，建立適用于太湖流域水資源綜合規(guī)劃水利計(jì)算的系統(tǒng)平臺(tái)。該模型系統(tǒng)包括降雨徑流模型、河網(wǎng)水量水質(zhì)數(shù)學(xué)模型。該模型經(jīng)水利部及國(guó)家有關(guān)科技部門的鑒定認(rèn)證，已應(yīng)用于太湖流域水資源綜合規(guī)劃、太湖流域綜合規(guī)劃和相關(guān)工程前期技術(shù)論證，以及引江濟(jì)太水資源調(diào)度方案編制、太湖流域取水許可總量控制指標(biāo)方案研究、太湖流域水量分配方案等相關(guān)技術(shù)工作中。

1.3 情景設(shè)計(jì)

采用典型年法，利用太湖流域水量水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，以保障陽(yáng)澄湖供水安全和生態(tài)安全為前提，研究以陽(yáng)澄湖為水源地的現(xiàn)狀及規(guī)劃取水需求下陽(yáng)澄湖水量分配方案。

1.3.1 典型年

陽(yáng)澄湖水量分配方案主要針對(duì)常態(tài)化水資源分配而非洪水年份的洪水資源分配，平水年相對(duì)常遇，模型計(jì)算分析選擇降水頻率為50%的平水年作為主要的分析年型。同時(shí)，為保障特殊缺水年份的供水安全和生態(tài)安全，增加降雨頻率為90%的枯水年進(jìn)行分析。

陽(yáng)澄湖所在的水利分區(qū)陽(yáng)澄區(qū)多年平均降水量為1098.2mm，頻率為50%的降水量為1078.4mm，從降水時(shí)空分布來(lái)看，2000年陽(yáng)澄淀泖區(qū)降水頻率接近50%，陽(yáng)澄區(qū)降水頻率等于50%。因此，選取2000年作為陽(yáng)澄湖水量分配50%頻率的典型年。陽(yáng)澄區(qū)降水頻率為90%的降水量為846.7mm，從降水時(shí)空分布來(lái)看，1971年陽(yáng)澄淀泖區(qū)降水頻率接近93%，陽(yáng)澄區(qū)降水頻率等于92%，1971年區(qū)域整體水資源形勢(shì)更為不利。因此，選取1971年作為陽(yáng)澄湖水量分配90%頻率的典型年。

1.3.2 情景設(shè)計(jì)

在滿足陽(yáng)澄湖水位和水量控制指標(biāo)體系下，以陽(yáng)澄湖為水源，昆山市涇河水廠、第三水廠和第四水廠，工業(yè)園區(qū)二水廠和相城二水廠取水規(guī)模在現(xiàn)狀和規(guī)劃各情景下，針對(duì)常態(tài)調(diào)度期和枯水期，提出相應(yīng)的陽(yáng)澄湖水量分配方案，各情景見(jiàn)表1。

表1 陽(yáng)澄湖水量分配情景設(shè)計(jì)

2 研究結(jié)果與討論

2.1 調(diào)度優(yōu)化

許強(qiáng)等[9]基于頻率分析法和最小生物空間法，研究了滿足陽(yáng)澄湖多功能目標(biāo)需求下全年、汛期、非汛期及魚(yú)類產(chǎn)卵育幼期4種情況下的特征水位，綜合確定陽(yáng)澄湖適宜生態(tài)水位為3.20m，最小生態(tài)水位為2.90m。本文水量分配水位控制目標(biāo)采用該研究成果。

經(jīng)分析，遇2000年平水年，在不加大七浦塘引江入湖水量的情況下，陽(yáng)澄湖4月、5月、7月和8月月平均水位低于適宜水位（見(jiàn)圖1），影響了陽(yáng)澄湖供水安全和生態(tài)安全?？紤]到以陽(yáng)澄湖為水源，園區(qū)二水廠和相城二水廠擴(kuò)建后，河道外取水規(guī)模加大，應(yīng)優(yōu)化七浦塘引江調(diào)度，適當(dāng)抬高泵引調(diào)度水位10cm、閘引調(diào)水水位10～20cm，進(jìn)一步加大七浦塘引江調(diào)度水量，可保障各水廠現(xiàn)狀及規(guī)劃取水規(guī)模下的取水安全，并滿足環(huán)陽(yáng)澄湖周邊地區(qū)河道內(nèi)取水的合理需求。

圖1 優(yōu)化七浦塘引江調(diào)度前后陽(yáng)澄湖月均水位變化情況

2.2 水量分配方案分析

水量分配方案中，各行政區(qū)的可分配水量包含河道外水量和河道內(nèi)水量[10]，河道外水量主要指以陽(yáng)澄湖為水源的自來(lái)水廠取水戶直接取（引）水量，河道內(nèi)水量指周邊地區(qū)環(huán)湖口門可從陽(yáng)澄湖引水的水量。根據(jù)水廠現(xiàn)狀和規(guī)劃取水規(guī)模變化情況，分現(xiàn)狀和規(guī)劃兩種情景進(jìn)行水量分配，現(xiàn)狀情景即基于水廠取水戶實(shí)際取水量進(jìn)行水量分配；規(guī)劃情景即在現(xiàn)狀取水規(guī)?；A(chǔ)上，基于將工業(yè)園區(qū)二水廠取水規(guī)模擴(kuò)建至5.8m3/s（50萬(wàn)m3/d）和相城二水廠新增取水規(guī)模3.5m3/s（30萬(wàn)m3/d）進(jìn)行水量分配。

2.2.1 2000年平水年

在多年平均來(lái)水條件下，以確保飲用水安全和湖泊生態(tài)健康為前提，協(xié)調(diào)環(huán)湖地區(qū)河道內(nèi)用水需求，現(xiàn)狀情景下陽(yáng)澄湖周邊地區(qū)可分配水量分別為：姑蘇區(qū)15.00m3/s，工業(yè)園區(qū)17.35m3/s，昆山市26.90m3/s。水廠建成后陽(yáng)澄湖周邊地區(qū)可分配水量分別為：姑蘇區(qū)15.00m3/s，工業(yè)園區(qū)20.85m3/s，相城區(qū)3.50m3/s，昆山市26.90m3/s。具體分配方案見(jiàn)表2。

表2 平水年陽(yáng)澄湖周邊地區(qū)水量分配方案單位：m3/s

2.2.2 1971年枯水年

發(fā)揮長(zhǎng)江口門引江能力，加大七浦塘引江入湖水量；加強(qiáng)環(huán)湖口門控制運(yùn)用，適時(shí)減少環(huán)陽(yáng)澄湖泵站河道內(nèi)取用水，保障水源地供水安全和湖泊生態(tài)健康?，F(xiàn)狀情景各行政區(qū)可分配水量分別為：姑蘇區(qū)14.00m3/s，工業(yè)園區(qū)16.35m3/s，昆山市24.90m3/s。規(guī)劃情景各行政區(qū)可分配水量分別為：姑蘇區(qū)12.00m3/s，工業(yè)園區(qū)17.85m3/s，相城區(qū)3.50m3/s，昆山市22.90m3/s。具體分配方案見(jiàn)表3。

表3 枯水年陽(yáng)澄湖周邊地區(qū)水量分配方案單位：m3/s

2.3 水量分配方案合理性分析

水量分配方案合理性主要分析2000年平水年和1971年枯水年，在滿足適宜生態(tài)水位和最小生態(tài)水位的前提下，各方案行政區(qū)環(huán)湖河道出入湖流量與實(shí)際情況的符合性。通過(guò)對(duì)陽(yáng)澄湖2007—2021年出入湖流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，剔除因骨干工程建設(shè)、河道內(nèi)用水工程調(diào)度等人為影響的年份數(shù)據(jù)，可得出在現(xiàn)狀自然狀態(tài)下，姑蘇區(qū)、工業(yè)園區(qū)、昆山市的出湖流量占比分別為24%、28%、48%。由圖2可知，現(xiàn)狀和規(guī)劃情景下，2000年平水年和1971年枯水年各方案中姑蘇區(qū)、工業(yè)園區(qū)、昆山市的出湖流量占比與實(shí)際出湖流量占比基本相當(dāng)，即本文采用典型年法，運(yùn)用數(shù)值模擬分析各情景下陽(yáng)澄湖水量分配方案符合實(shí)際，是合理的。

圖2 各情景方案出湖流量占比情況

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)構(gòu)建陽(yáng)澄湖水位和水量目標(biāo)體系，采用典型年法，運(yùn)用數(shù)值模擬分析，提出不同情景下陽(yáng)澄湖水量分配方案，可為進(jìn)一步落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度及促進(jìn)水資源優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)水資源的節(jié)約、保護(hù)及合理開(kāi)發(fā)提供依據(jù)，也為平原河網(wǎng)地區(qū)河湖分水提供技術(shù)方法。