提高杭嘉湖巡测水量精度浅析

孙英军

(浙江省水文局,浙江 杭州 310009)

1 问题的提出

杭嘉湖水文巡测始于1929年。因太湖流域治理需要,浙江省自1966年起开展环湖 (夹浦—平望)、1967年起开展入浦 (平望—乍浦)、1976年起开展嘉北线3条巡测线(全长240 km)的水文巡测工作,至1994年全部停止。随着杭嘉湖地区骨干水利工程的建成和运行,原有的水量分配发生了很大的改变,从防洪调度、水资源管理、水利规划和验证工程效益的角度出发,自2001年开始重新恢复杭嘉湖水文巡测工作,根据需要对巡测线路进行了重新调整,共布置入湖线、北排线、东排线3条水量控制线,涉及湖州、嘉兴2市。2007年,杭州市开展巡测工作,在杭嘉湖平原杭州市境内的钱塘江线和东苕溪线布设巡测站点,实现了杭嘉湖平原包围区水文巡测线的闭合。杭嘉湖水文巡测线路调整为入湖线、北排线、东排线、钱塘江线和东苕溪线5条水量控制线。对2007—2010年杭嘉湖平原包围区进出水量进行分析,发现均为出水量大于进水量,水量差均有10亿～15亿m3。分析每条巡测线时发现,杭嘉湖平原包围区进出水量呈现出“北排受阻、东排不畅、南排不足”的现象。本文通过对杭嘉湖平原包围区2007—2010年进出水量的分析研究,提出了提高精度,减少误差,提高水量平衡精度的相关建议。

2 杭嘉湖平原包围区概况

杭嘉湖平原区属太湖流域运河水系,位于浙江省北部,太湖流域的南部。杭嘉湖平原巡测包围区定义为杭嘉湖平原6 498.7 km2范围,西以东苕溪导流港东大堤—长兜港右岸为界,北以太湖—太浦河南岸为界,东以黄浦江支流斜塘、张径港为界,南以钱塘江海塘为界。杭嘉湖平原河网河道总长24 600 km,河网密度3.8 km/km2;水域面积总计633 km2,占土地总面积的10%,是著名的“鱼米之乡,丝绸之府”。分属杭州、嘉兴、湖州3市共16个县(市),区内总人口699.5万,国内生产总值4 069亿元,是浙江省主要的粮蚕油生产基地,是浙江省经济最发达的地区之一。

杭嘉湖平原区仅西南角有极少的山地,洪水期除本区域降雨产生的径流,还承担东苕溪导流港右岸的控制水闸分泄的东苕溪洪水,往北排入太湖,往东注入黄浦江,往南泄入钱塘江。北排主要河道有运河、澜溪塘、由页塘、北横塘、南横塘、双林塘、练市塘、金牛塘、白马塘、大坝水道、薛河等,东排河道主要以俞汇塘、红旗塘、三店塘等经园泄泾入黄浦江,平湖塘、上海塘、广陈塘等经大泖港入黄浦江,南排主要河道有运河、上塘河、盐官下河、长山河、南台头河等。为提高杭嘉湖平原区内粮食生产的安全,根据河流水系的特点,按20 a一遇标准以村或数村为单位建设圩区,在洪水期,关闭节制闸防止洪水进入圩区,并将圩区内涝水由泵站排入河道,在一定程度上增加了区域防洪排涝的难度。枯水期,本流域产生的径流极少,补充水量主要来自东苕溪下泄水量和太湖倒灌水量,太湖倒灌水量由长兜港经东苕溪导流港的湖州船闸、菁山闸、鲇鱼口闸、洛舍闸、德清大闸等水闸进入杭嘉湖河网,维持区内生活、生产和生态用水。太湖流域实施 “引江济太”引水工程后,供水的可靠程度大大增加,但由于本区域及周边地区经济发展较快,治污措施落实尚不到位,河网水质状况甚为担忧。

杭嘉湖平原地处亚热带季风气候区,温暖湿润,四季分明,雨量丰沛,多年平均降水量1 100～1 500mm。降雨集中在4—7月的梅雨期和8—10月的台风雨期,易造成较严重的洪涝灾害,遇干旱年份,水资源短缺矛盾也十分突出,区内防洪排涝、水资源及水环境管理任务繁重。

杭嘉湖地区水资源总量为79.6亿m3,占全省的8.3%;其中河川径流量为73.9亿m3,占全省的7.8%。人均水资源量为927m3,大大低于全省平均水平 (2 100m3/人)。地下水资源量为21.4亿m3,占全省的9.7%。由于降水年际和年内的变化幅度较大,年径流量的年际和年内分配也不均匀。

3 杭嘉湖平原包围区巡测线分布

杭嘉湖根据巡测线沿水系和省界包围、个别地区由于交通、河道情况可酌情偏离省界的原则,并考虑水流基本流向,布置入湖线、北排线、东排线、钱塘江线和东苕溪线5条水量控制线 (见图1)。

图1 杭嘉湖包围区巡测线及站点分布图

3.1 入湖线

杭嘉湖巡测入湖线包括2个巡测段,即长兴 (二)巡测段和幻巡测段。其中属于杭嘉湖包围区的是幻巡测段(2009年前为三里桥巡测段)。

由于三里桥巡测段 (西起湖州市东门外锁苕桥,东至南浔镇六里桥,以三里桥站为基点站,布设巡测断面18处)沿318国道布设,离太湖岸线约9 km的距离,且东西方向也存在水量交换,使三里桥段的进出水量与太湖岸边环湖口门进出的水量存在一定的差异。为进一步准确反映进出太湖的水量,湖州市水文站从2009年8月开始进行现场勘察布线,确定设立幻巡测段基点站和巡测断面:西起环渚乡浒稍桥闸,东至织里镇汤新桥,以幻新桥站为基点站,布设巡测断面5处。增设湖州城北闸单一流量站,代替原三里桥巡测段,即在原三里桥巡测段北面9 km的太湖边,同时组织开始幻巡测段施测。经2010年全年比测资料分析,符合规范要求,故2010年开始发布幻巡测段资料。

入湖线杭嘉湖平原包围区布设湖州城北闸站1处单一流量站。

3.2 北排线

北排线西起江苏省吴江市七都镇的心田湾大桥,东至嘉善县丁栅枢纽,全长约100 km,分属南浔、桐乡、秀洲和嘉善4县(市、区)。主要控制浙江省北部与江苏省交界的水量交换,全线布设6个巡测段、32处巡测断面及4处单一流量站。6个巡测段分别为:浔溪大桥、桐乡、秀洲西、秀洲北、陶庄、丁栅巡测段。北排线4处单一流量站为太师大桥站、圣塘桥站、王江泾站及双塔站。

3.3 东排线

东排线北起嘉善县封家圩港,南至平湖市金桥,全长约60 km,分属嘉善和平湖2县(市),主要控制浙江省与上海市交界的水量交换,全线布设5个巡测段、26处巡测断面。5个巡测段分别为:池家浜、横港大桥、枫泾、平湖北、平湖南巡测段。

3.4 钱塘江线

钱塘江线分2段,分别为钱塘江线嘉兴段和钱塘江线杭州段,共布设9处单一流量站。嘉兴段利用南台头闸、长山闸、盐官下河闸、盐官上河闸控制排入钱塘江水量;杭州段利用七堡泵站、三堡船闸(顾家桥)、闸口西湖引水泵站、中河双向泵站、赤山埠西湖引水泵站控制钱塘江进出杭嘉湖平原水量。

3.5 东苕溪线

东苕溪线分2段,分别为东苕溪线杭州段和东苕溪线湖州段,共布设13处单一流量站。杭州段利用东苕溪余杭闸、化湾闸、安溪闸、上牵埠船闸控制东苕溪进出杭嘉湖平原水量;湖州段利用导流港德清大闸、洛舍闸、鲇鱼口闸、菁山闸、吴沈门闸、新吴沈门闸、湖州船闸、城南闸及城西闸,控制东苕溪进出杭嘉湖平原水量。

4 2007—2010年杭嘉湖平原包围区进出水量分析

杭嘉湖巡测包围区出入境水量计算方法:

W入境 =P-E+W地下水 +W水厂境外取水 +W东苕溪线进 +W入湖线进+W北排线 +W东排线进 +W钱塘江引水

W出境 =W本地耗水 +W污水厂排污水+W东苕溪线出+W入湖线出+W北排+W东排+W南排

式中:P为杭嘉湖包围区年降水总量,E为包围区年蒸发总量,W为进出水量,单位均为108m3。

2007—2010年杭嘉湖平原各条巡测线包围区出入水量平衡分析见表1。其中包围区5条巡测线的进出水量图见图2。

表1 2007—2010年杭嘉湖巡测包围区出入水量平衡表

图2 2007—2010年巡测包围区各巡测线出入境水量图

由表1可知,每年出境水量大于入境水量,相对误差均小于8.5%,4 a累计水量相对误差为6.82%,达到流量测验标准精度要求,巡测资料成果是可靠的。从图2可以看出,东苕溪线和入湖线年净水量为入境水量,北排线、东排线净水量为出境水量。钱塘江线杭州段主要为引水入城即入境水量,钱塘江嘉兴段为南排至钱塘江即出境水量,但近年来由于北排受阻,东排不畅,钱塘江线南排的压力骤升,2008—2010年净水量均呈现为出境水量。

5 存在的问题及对策

在2007—2010年年水量平衡分析中,杭嘉湖平原包围区均呈现为出境水量大于入境水量,实际水量约为10亿～15亿m3/a,是一个不小的数量。提高测验精度,减少误差,确保水文巡测资料数据的精确度,更好地为该区域的防灾减灾、水环境容量计算、完善防洪调度方案、河道水闸管理、河道综合整治、水资源管理服务提供必要的技术支撑和科学依据,是亟待解决的问题。为此提出以下误差来源及建议:

(1)入境水量平衡公式中W钱塘江线、W东苕溪线杭州段的数据来源为太湖流域沿钱塘江线和东苕溪杭州段各口门的单一流量站,其流量数据直接采用水闸站出流公式、泵站效率公式推求,没有开展监测或比测,水量计算成果精度受到影响。其中个别泵站只有年值,没有开展逐日施测。故建议相关市县应逐步对各口门进行测流,开展比测,率定水闸、泵站的流量工作,提高精度。

(2)杭嘉湖平原地区面上降水量站点相对偏少,对杭嘉湖平原地区水资源分析计算尤其是计算本地产水量P时产生一定影响,需要适当增加降水量监测站点。

(3)对于清水河测流 1～2次/月,巡测次数采用20次/a,是否具有代表性应进一步分析研究。

(4)杭州城市供水源水大多数取自钱塘江,余杭区城镇供水取自东苕溪,合计取水量在150万m3/d左右,由于杭州市供水的退水大部分经三堡污水处理厂回到钱塘江,未进入平原河网,所以这部分水量未进行监测和整编,在杭嘉湖平原水量平衡分析时应予以考虑,但计入水量的准确性不高。

(5)巡测段总流量与基点站建立相关关系,由基点站流量推算巡测段流量存在假相关的关系,应加强巡测段流量测验,建立巡测断面总流量与基点站的相关关系,避免出现假相关。

(6)本地耗水、排污水、地下水开采、境外引水等数据的分析计算尚不到位,仍有较大的误差,需进一步调查、分析确定。

(7)目前,杭嘉湖平原已完成周边巡测线的闭合,即完成水平衡区大包围区的水文测验工作,下一步有必要在杭嘉湖平原区内以杭州市、湖州市、嘉兴市市界为界布设巡测线,监测水量和水质,进一步实现3市水平衡区小区的水文巡测闭合区(小包围区)的监测。开展小包围区的水文巡测有利于进一步查找水量测验误差来源,提高水量平衡精度。

6 结 语

通过对杭嘉湖平原区包围区2007—2010年进出水量的分析研究,查找误差来源、提高杭嘉湖巡测水量精度等方面提出方向和建议。开展杭嘉湖平原水文巡测,并不断提高水文巡测精度,积累精确的水文资料,为该区域的防灾减灾、水环境容量计算、完善防洪调度方案、河道水闸管理、河道综合整治、水资源管理服务提供必要的技术支撑和科学依据。

[1].浙江省水文局.杭嘉湖平原水文巡测资料2007—2010年 [R]..杭州:浙江省水文局,2010.

[2].浙江省水利厅.水资源公报2007—2010年 [R]..杭州:浙江省水利厅,2010.

[3].水利部长江水利委员会水文局.SL 247—1999水文资料整编规范 [S]..北京:中国水利水电出版社,2000.

[4].中国水利水电出版社.SL 238—1999水资源评价导则 [S]..北京:中国水利水电出版社,2000.