航运用水对南水北调东线韩庄运河段调水调度的影响分析

刘宗柏，吕晓理，吕鸿翔

（南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250109）

1 韩庄运河段工程概况

1.1 工程概况

韩庄运河工程由淮委直属单位负责管理，韩庄运河属淮河流域沂、沭、泗水系，干流为东西走向，西起微山湖东韩庄镇，向东流经济宁市的微山和枣庄市的峄城、台儿庄区，汇陶沟河后入江苏省中运河，在山东省境内长42.7 km。韩庄运河主要承泄南四湖流域31 700 km2的来水，并兼排韩庄运河区间1 828 km2的来水，山东、江苏省界处汇水流域面积33 528 km2。

1.2 航运工程情况分析

由于韩庄运河从南四湖下级湖至台儿庄节制闸闸下水位落差大，设置了3处船闸（含节制闸）以满足航运要求。通过人为的方式调控各航段水位，能够有效保证船舶在不同水位的正常运行。但是，这不能从根本上保证航道的平稳，在丰水期，航道水位升高，通航吨位相应增加；枯水期，航道水位下降，通航吨位下降，甚至停航。因此，韩庄运河水位和水量的变化对航运的影响是显而易见的。

1.3 南水北调工程概况

南水北调东线一期韩庄运河段工程是连接骆马湖和南四湖输水干线的关键性工程。该段工程利用韩庄运河现有河道的子槽输水，经新建的台儿庄、万年闸和韩庄三级泵站提水，将骆马湖的引江水量送入南四湖下级湖，一期工程输水规模125 m3/s。

1.4 航运与调水的关系

韩庄运河是具有南水北调输水、泄洪、通航及排涝等综合功能的河道，因此在南水北调输水运行的同时改善和优化了韩庄运河段航运的通航条件。通航过程中的开闸耗水也影响着韩庄运河的水位和水量变化，进而也影响到南水北调调水调度工作的实施。总之，在南水北调输水期间，调水运行、支流来水、水量蒸发、水量渗漏、灌溉用水等都影响着韩庄运河的水位和水量变化以及航运条件的改变。

2 2015—2016调水年度水量损失分析

2.1 水量调度计划

根据水利部印发的《南水北调东线一期工程山东省2015—2016年度水量调度计划》的调度方案要求，韩庄运河段2015—2016年度集中调水时段为2016年1—5月，1月8日开机，5月22日停机（其间2月停机1个月），分3个阶段共计调江水入山东水量60 248万m3、入南四湖下级湖水量58 684万m3，水量损失为1 564万m3。本次调水水量损失主要原因有船闸耗水、台儿庄古城换水、台儿庄湿地公园充水补水、沿岸农业灌溉用水、运河水量蒸发、渗漏等，经分析船闸耗水是调水水量损失的主要因素，对南水北调调水调度影响最大。调水计划要求的调度原则要兼顾航运用水，不影响航运安全，严格按照调水工程、航道和船闸等工程运行参数进行水量调度。以下仅从航运用水水量损失方面来探讨分析对韩庄运河段输水调度的影响。

2.2 船闸开闸次数统计分析

为确保调水期间泵站所获取的水情正确，各泵站在开机前进行了校准工作。观测通水前前池、出水池静水水位，与上位机所采集的水位数据进行了比对、校核。在调水期间，航运部门每天提供8时和16时的节制闸水位信息，将节制闸水位与泵站水位进行比对以确保调水运行的水位稳定，避免出现大的波动。在该次调水结束后，航运部门提供了3个船闸在本次调水期间的开闸次数，见表1。

表1 2016年1—5月台儿庄、万年闸、韩庄三船闸开闸次数次数

2.3 船闸耗水量分析

经统计，本调水时段内，台儿庄泵站上下游水位差基本保持在2.8～3.4 m，平均计为3.1 m；万年闸泵站上下游水位差基本保持在4.0～4.4 m，平均计为4.2 m；韩庄泵站上下游水位差基本保持在2.3～2.7 m，平均计为2.5 m。

利用船闸自身的参数信息（船闸长230m、宽23m）及泵站上下游水位差可以计算出每闸的大致耗水量，进而计算每个船闸在此次调水过程中总的水量消耗。根据开闸次数可以计算每个船闸在调水时段的大致消耗水量，其计算公式为：

耗水量=长×宽×上下游水位差×开闸次数 （1）

经计算，得出台儿庄船闸耗水量为5 202万m3、万年闸船闸耗水量为5 906万m3和韩庄船闸耗水量为3 455万m3。

虽然这3个船闸规模一致，但各船闸开闸次数和上下游水位落差有区别，因此船闸耗水量也不一样。由以上计算结果可知本次调水期间万年闸船闸比台儿庄船闸多消耗水量704万m3，比韩庄船闸多消耗水量2 451万m3。这也是在调水运行时3座泵站在相同流量的情况下台儿庄至万年闸区间水位上涨、台儿庄节制闸接近漫顶溢水的主要原因，同时也是万年闸至韩庄区间水位下降的主要原因。韩庄运河为国家二级航道，上行和下行的过闸船舶有空载、满载以及空载满载混合过闸，在水位低的情况下还要限制吨位、限制船舶吃水线等多种过闸情况，每次开闸耗水量根据船舶装载情况不同而有差别。

2.4 流量核定

为解决船闸耗水等因素对韩庄运河水位的影响以及校核泵站流量的匹配情况，在本次调水期间使用ADCP走航仪对3座泵站的流道（或渠道）流量计数据进行了4次校核。从校核对比的结果来看，ADCP走航仪测量的渠道流量数据和流道流量计数据对比误差在允许范围内，具体情况见表2。

表2 3座泵站ADCP走航仪校核流量 m3/s

在南水北调调水时，正常情况下要开2～4台机组运行。根据韩庄运河段水量和水位情况以及船闸耗水情况，3座泵站的实际流量也是在一个相对稳定的流量上下不断波动的。3座泵站在2台机组运行时流量分别为62.64、62.59、60.04 m3/s；在3台机组运行时流量分别为93.14、95.06、89.89 m3/s；在4台机组运行时流量分别为121.33、127.61、119.95 m3/s。具体3座泵站流量的调节匹配情况还要根据调水时的水位等信息适时调整。

由表2中ADCP走航仪校核流量和表3不同机组运行台时数可以计算出在此次调水过程中总的调水量，见表4。

表3 3座泵站开启不同机组运行的台时数 台时

表4 3座泵站以ADCP走航仪校核流量计算的调水量对比万m3

2.5 船闸耗水分析

由表4可知，万年闸泵站比台儿庄泵站多调水724万m3，万年闸船闸比台儿庄船闸多耗水704万m3，相差20万m3；万年闸泵站比韩庄泵站多调水2 480万m3，万年闸船闸比韩庄船闸多耗水2451万m3，两者相差29万m3。考虑到其他水量损失因素，此两区间水量基本平衡。

2.6 对船闸运行情况调查分析

为提高调水调度工作水平和理清船闸运行情况，2017年10月27—30日，分别到韩庄、万年闸、台儿庄3座船闸现场进行调研、沟通，各船闸提供了近6个月开闸数据，见表5。经调研分析，有如下结论。

（1）3座船闸为山东省港航部门直属管理，分别设有济宁市、枣庄市港航部门代管的参公事业单位，船闸收入直接转入省财政，相关运行费用由省财政划入市财政代付。

（2）自2005年以后就未曾向淮委买过航运用水，因无盈利指标，为保证航运安全，枯水期皆停航。

（3）过闸费用以船舶吨位计算，收费标准为0.40元/t，其中船队重载0.35元/t、空载0.30元/t，每闸次综合总收费为4 000元左右。

（4）2014年5月21日《中华人民共和国航运法》颁布实施后，为保证航运用水和南水北调调水量，万年闸、台儿庄断面已经批复正在建设回水站，等量回抽船闸下泄水量，计划2019年底建成。韩庄断面由于南四湖下级湖水量较充沛，未批复建设回水站工程。

（5）船闸开闸频次与国家经济形势关联较大，与时间段没太大关系。

表5 2017年5—10月台儿庄、万年闸、韩庄3船闸开闸次数次数

3 结论

影响韩庄运河水位和水量变化除船闸耗水原因外，还有其他一些因素，比如河水渗漏、支流来水、大气降水等，目前这些因素只能定性分析。河水渗漏和水量蒸发造成水位下降、水量损失，而韩庄运河区间1 828 km2的支流来水和大气降水则是对运河水位和水量的有益补充。以上所有这些原因在以往南水北调输水运行时，都会对韩庄运河的水位、水量造成影响，尤其是航运的开闸耗水对南水北调的调水调度运行影响最大，但等到万年闸、台儿庄回水站建成并有效发挥作用后，航运开闸耗水的影响将不复存在。在船闸耗水问题解决后，可以对台儿庄至万年闸、万年闸至韩庄段影响水位、水量的因素进一步定量分析，为今后的调水调度工作提供技术支撑。