滇池蓄清排污调度方案探析

段琪彩，黄 英，柏绍光

(1.云南省水利水电科学研究院，云南昆明 650228;2.云南省水文水资源局昆明分局，云南昆明 650051)

滇池是我国著名的高原淡水湖泊，属国家重点保护水域之一，对维护区域生态平衡起着重要作用，同时也是昆明市发展不可或缺的城市景观用水、工农业用水的重要水源和城市生活备用应急水源。从20世纪80年代初开始，滇池藻类大量繁殖，水质不断恶化，成为国家“三湖三河”重点治理的湖泊之一[1-3]。近年来，滇池治理已投入了大量的人力、物力和财力，截至2010年1月，滇池治理总投资120亿元[4]，取得了阶段性成果，水质恶化的趋势得到有效遏制[2-3]。但是，由于高原宽浅湖泊水动力条件差、自净能力弱，滇池水环境质量仍未根本好转[1-3]。滇池现状水质总体评价南部优于北部，现阶段滇池治理的研究方案之一是:尝试将滇池北部水质较差的水体从位于西北侧的西园隧洞外排，通过蓄清排污的非工程措施来改善水环境。本文对滇池的蓄清排污调度方案进行分析研究，旨在为滇池水资源综合利用、水环境改善探索新的思路。

1 流域概况

滇池流域是云南省的政治、经济、文化中心，流域内包含五华、盘龙、西山、官渡、呈贡、晋宁、嵩明、寻甸等8个县(区)。2009年流域内总人口332万，人口密度1137人/km2。流域处于长江、珠江、红河分水岭地带，人均水资源占有量不足300 m3，属资源型缺水地区;因流域内人类活动影响大，入湖河道水质污染严重，又属水质型缺水地区。

滇池位于长江干流金沙江下段右岸一级支流普渡河上游，坐落于昆明市区西南面，地理位置介于东经 102°37'～102°48'，北纬 24°40'～25°02'之间，是云贵高原水面最大的天然淡水湖泊。湖面呈弓形，水位1887.40 m(黄海基准面)时湖面南北长40 km，东西平均7 km，湖岸线长163.2 km，平均水深5.3 m，最大水深11.2 m，湖面面积309.5 km2，蓄水容量15.6亿 m3[5]。目前，滇池水域分为内湖(草海)和外湖(外海)，其中外海水面面积约298.5 km2，草海水面面积约11 km2[5]。内、外湖之间由船闸和节制闸连接，两湖水量交换受人为控制。

滇池流域为中、低山地貌，流域面积2920 km2，其中外海流域面积2725 km2，草海流域面积195 km2。滇池流域水系不对称发育，入湖河流主要分布于北部和东部，西侧紧邻西山，无较大支流汇入，北部的草海流域有新运粮河、老运粮河、大观河等8条主要入湖河流，外海有盘龙江、宝象河、马料河等27条主要入湖河流。滇池35条入湖河流控制面积2430 km2，占滇池流域总面积的83.2%，其中13条河流上游建有23座水库，控制面积1142 km2，占滇池流域面积的39.1%。滇池流域水系分布见图1。

图1 滇池流域水系分布

2 水量条件

2.1 滇池入湖径流量

1996年以前，海口河为滇池唯一排水通道，1996年8月在草海西侧人工开凿西园隧洞，增加另一排水通道。海口河和西园隧洞有实测出湖水量资料，湖内有3个站观测水位，但因滇池调蓄作用和沿湖工农业用水、湖面蒸发量大，故滇池入湖径流采用水量平衡还原计算，还原时考虑湖容变量、出湖水量、沿湖工农业用(耗)水量和湖面蒸发量。由于人类活动对径流影响大，将还原的径流系列修正到同一影响的基础上，得到具有一致性的现状入湖径流系列，系列长为1953—2009年。不同保证率入湖径流量经频率计算推求，外流域引水的回归水量分别按现状年和实施清水海(一期)、牛栏江—滇池补水工程(2012年)以后两种情景考虑，现状年加入云龙水库引水回归水，2012年以后又增加清水海(一期)、牛栏江引水的回归水。云龙水库日引水量51万 m3①云南省水利水电勘测设计研究院.昆明市掌鸠河引水供水工程初步设计水源工程(云龙水库)报告.1999.，清水海(一期)引水量 1.12 m3/s②昆明市给水工程设计院.昆明市清水海引水工程(一期)初步设计报告.2007.，回归水量按引水量的75%计。牛栏江丰、平、枯水年补水量分别为 20.7m3/s、19.0m3/s、17.3m3/s③中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，云南省水利水电勘测设计研究院.云南省牛栏江—滇池补水工程初步报告.2011.。云龙水库引水回归水分别退入草海和外海，清水海和牛栏江引水回归水全部进入外海。

经还原修正，滇池本流域多年平均入湖径流量9.86亿m3，考虑自外流域调水加入云龙水库引水回归水量后多年平均入湖径流量11.25亿m3，实施清水海(一期)、牛栏江—滇池补水工程后多年平均入湖径流量17.51亿m3。不同保证率入湖径流量详见表1。

2.2 外海盈余水量

滇池外海集水面积和水域面积均远大于草海，现状入湖水量是草海的8.7倍。滇池外海来水满足周边工农业用水、下游海口河段用水和湖面蒸发损失后，汛期盈余水量现状由海口河外排，研究考虑将部分外海汛期盈余水量经草海由西园隧洞外排。因入湖水量、用水量和湖面蒸发损失水量均是动态的，且蓄泄水受滇池运行水位和海埂闸、西园隧洞闸的过水能力限制，故外海汛期盈余水量通过外海与草海联合调度来计算。计算边界条件:①特征水位执行《滇池保护条例》规定的控制水位，即外海主汛期6—9月的水位控制在1887.20 m以内，其余时期最高水位控制在1887.50 m以内;草海主汛期6—8月的水位控制在1885.50 m以内，其余时期最高水位控制在1886.80 m以内。②海埂节制闸最大过水量36.0 m3/s，西园隧洞最大过水量40 m3/s(含19.2万m3/d的城市污水处理厂处理后的中水量)，海口中滩闸最大过水量80 m3/s。③ 保证下游海口河段的工业用水量10422万m3/a，农业用水量661万～763万m3/a。按以上边界条件控制，经逐月调度计算，得到不同保证率外海盈余水量，详见表2。

表1 不同保证率下滇池入湖径流量 亿m3

表2 滇池内外海径流联合调度计算成果

从表2可以看出，汛期滇池外海除满足沿湖和下游工农业正常用水外，不同年景均有水量盈余，现状年(2010年)余水量1.34亿～7.70亿m3，实施清水海(一期)、牛栏江—滇池补水工程(2012年)以后余水量4.84亿～14.50亿m3。不考虑调度方案制约时，现状年和实施清水海(一期)、牛栏江—滇池补水工程后，外海余水可经草海由西园隧洞外排水量分别为1.33亿～4.42亿m3、3.54亿～7.90亿m3。

3 调度方案

从水量分析成果可以看出，不同来水条件下外海均有余水，此部分余水经西园隧洞外排，现按蓄满外排和蓄泄结合两种调度方案进行讨论。

蓄满外排调度方案:首先，关闭海埂节制闸，西园隧洞闸门全开，使草海水位降至最低工作水位(1885.50 m)腾空草海湖容，此时外海与草海之间产生较大水位差;然后，打开海埂节制闸，使外海水在较短时间内涌入草海，待草海水位达到或接近正常水位(1886.80 m)时关闭节制闸，如此反复循环。

蓄泄结合调度方案:草海水位控制在正常水位以内，西园隧洞闸门全开，出流量接近最大过流能力(40 m3/s)，调整海埂节制闸的闸门开启高度，保持内外海水位差在0.50 m左右，使外海水自流进入草海，然后由西园隧洞排出。

根据来水条件，按2.2节外海盈余水量计算相同的边界条件，经逐月调度计算，得到两种调度方案由西园隧洞外排的外海水量，成果详见表3。

表3 两种调度方案实际调水量比较 亿m3

从表3可以看出，不同调度方案实际经草海由西园隧洞外排的外海水量是不同的。蓄满外排方案现状条件实际外排水量0.82亿～3.24亿m3，实施清水海(一期)、牛栏江—滇池补水工程后实际外排水量2.72亿～4.89亿m3;蓄泄结合方案现状条件实际外排水量1.30亿 ～4.38亿 m3，实施清水海(一期)、牛栏江—滇池补水工程后实际外排水量3.42亿～7.41亿m3。从外排水量来看，蓄泄结合调度方案实际外排水量明显大于蓄满外排方案。

4 调度方案可行性分析

调度方案可行性从水动力、水质、泄水设施设备、管理及可能产生的负面影响等方面来分析。

根据《滇池保护条例》，草海汛期最低工作水位1885.50m，正常水位1886.80m;外海汛期限制水位1887.20 m，正常水位1887.50 m。外海与草海汛期水位相差1.7 m，非汛期水位相差0.7 m。滇池现状的运行方式是草海与外海单独运行，只有遇大洪水西园隧洞不满足洪水宣泄时才打开节制闸外排洪水，一般情况外海与草海之间已保持一定的水位差，且滇池风向以西南向为主，具备自流补水动力条件。

近年来，滇池外海水质总体优于草海，而外海南部水质又优于北部。通过联合调度，将草海余水和外海北部水质较差的水体由西园隧洞外排，有利于外海水环境改善。

滇池草海与外海之间的节制闸为钢质平底平板闸门，宽4 m，高4 m，现状启闭运行正常。西园隧洞闸门位于隧洞入口处，为钢质矩形平底平板闸，宽6.6 m，高4.75 m，闸门启闭运行正常。海埂闸、海口闸和西园隧洞闸由昆明市滇池管理局统一管理。具备联合调度的设施设备和管理条件。

按滇池运行水位控制下进行调度，对滇池入湖河流不会产生大的顶托影响。按蓄满外排方案调度，草海水位在1885.50～1886.80 m之间变化，幅度为1.3 m，对湖周边用水、湿地和湖堤稳定产生一定影响;按蓄泄结合方案调度，草海水位保持较高状态，对湖周边用水、湿地和湖堤稳定基本无影响。

5 结 语

在分析来水、用水、水质及已建工程设施条件的基础上，通过对滇池蓄清排污调度方案比较，得出以下初步结论和建议:

a.外海汛期盈余水量可经草海由西园隧洞外排，现状年盈余水量为1.33亿～4.42亿 m3，2012年实施清水海(一期)、牛栏江—滇池补水工程后外排水量为3.54亿～7.90亿m3。在保证滇池沿湖和下游工农业用水以及防洪安全的前提下，不同来水条件具备实施滇池北部水质较差水体自西园隧洞外排的水量条件。

b.按蓄满外排方案调度，现状年可外排水量0.82亿～3.24亿m3，实施清水海(一期)、牛栏江—滇池补水工程以后可外排水量2.72亿～4.89亿m3。按蓄泄结合方案调度，现状年可外排水量1.30亿～4.38亿m3，实施清水海、牛栏江—滇池补水工程以后可外排水量3.42亿～7.41亿m3。从调水量大、草海运行水位变幅小和对湖周边用水、湖堤影响小的角度考虑，推荐蓄泄结合的调度方案。

c.滇池现状外海和草海一般单独运行，外海北部水质较差水体需经湖区后由海口河外排。现有设施设备和运行管理均具备联合调度的条件，外海部分水体经草海转由西园隧洞外排，有利于滇池水环境改善。

d.滇池特征水位与流域来水有关，也与下泄水量有关，为了确保防洪安全和水资源充分利用，滇池水量调度除了考虑设施设备运行正常外，还需掌握流域内的雨水情势。因此，建议加强和完善流域水情测报系统建设，以及时准确的水情信息为技术支撑。

e.滇池水资源调度涉及面广，沿湖工农业用水、湖岸湿地生态用水及下游生产、生态用水与调度方式关系密切，具体实施时建议制定切实可行的调度方案，并上报主管部门审批。

[1]罗佳翠，马巍，禹雪中，等.滇池环境需水量及牛栏江引水效果预测[J].中国农村水利水电，2010(7):25-28.

[2]彭张兴，张征，李坚.滇池污染状况及对策建议[J].环境科学与管理，2009，34(8):29-32.

[3]刘利霞.滇池水体富营养化成因及控制措施探讨[J].菏泽学院学报，2008，30(2):86-87.

[4]刘波.滇池治理投资完成近120亿[N].昆明日报，2010-01-02(08).

[5]云南河湖编纂委员会.云南河湖[M].昆明:云南科技出版社，2010:34-38.