嘉祥县南水北调干线灌排影响处理探讨

2021-06-09岳继灵刘淑萍

中国水能及电气化 2021年5期

张敏岳继灵刘淑萍

(1.山东省水利勘测设计院，山东济南 250013；2.嘉祥县水务局，山东嘉祥 272400；3.山东省水利工程建设质量与安全中心，山东济南 250013)

1 概述

南水北调东线一期工程南四湖—东平湖段输水与航运结合工程是南水北调东线山东段重要的输水单元，承担着南四湖—东平湖段江水北调和保障京杭大运河航运稳定的任务[1]。输水线路自梁济运河入南四湖湖口沿梁济运河北上至长沟，经长沟泵站提水后继续北上至邓楼泵站，经邓楼泵站提水至柳长河进入东平湖新湖区，线路全长58.25km。

嘉祥县位于山东省济宁市西部，县域北部与汶上县隔梁济运河相望。梁济运河是嘉祥北部地区重要的承接涝水外排，调引南四湖水灌溉的河道。梁济运河属淮河流域南四湖水系，是南四湖湖西地区一条具有防洪除涝、引水灌溉、输水、航运等多功能的综合利用河道，是京杭大运河的重要组成部分。干流起源于黄河南岸国那里闸处的北宋金河入口，向南流经济宁市的梁山、汶上、嘉祥、市中区、任城区，于任城区的大张庄东入南阳湖，河道全长87.8km[2]。

2 项目背景

南水北调东线一期梁济运河段工程自2013年11月正式通水运行以来，输水期间嘉祥境内的南四湖及梁济运河均为南水北调调水通道，为了保证输水水量，现有拦河节制闸(涵闸)的支流河道均需关闭，在调水期间无法直接调引湖水和运河水灌溉；调水期间的涝水以及上游客水拦蓄在嘉祥县域内，在非调水期才能适时排放。

嘉祥县赵王河以北区域，涉及梁宝寺、黄垓、老僧堂、孟姑集、大张楼、马村等6个镇(街)，总面积约306km2，其中耕地面积35万亩。自南水北调东线利用梁济运河进行输水以后，在输水过程中，为了保证南水北调长沟泵站以上水量安全，梁宝寺引河引水涵闸和郓城新河的新庄闸均关闭；赵王河的杨集闸虽位于长沟泵站以下，但为了保证南水北调水质安全也并未开启。从而赵王河以北区域站灌区原灌溉引水河道无法调引南四湖湖水，站灌区仅能利用有限的河道蓄水和上游的引黄退水，造成灌溉水源缺乏、水量不足，灌溉来水时间不及时。南水北调输水期嘉祥县赵王河以北区域的涝水也因此无法外排，导致区域受涝减产，群众意见很大，要求尽快予以解决。

3 工程建设的必要性分析

3.1 原灌排情况

嘉祥地处鲁西南，属黄泛平原区。嘉祥县总耕地面积105万亩，其中有效灌溉面积81.7万亩。按其灌溉形式，可分为站灌区、井灌区、井站双配套灌区和节水灌溉区四种类型。经过几代水利人的探索，逐步形成了“以河补源、以井保丰”的路子。嘉祥县主要的引河灌溉由南四湖和梁济运河供水，由嘉祥县境内的各级支流进入嘉祥县灌溉区，通过提水灌溉至田间，从而解决嘉祥县引河灌溉的问题。根据嘉祥县雨情、水情，梁济运河以及南四湖上级湖水位等情况，涝水可适时通过各个支流出口闸提闸放水至南四湖。

嘉祥县北部(赵王河以北)各镇街原灌排系统利用梁济运河、梁宝寺引河、郓城新河以及嘉祥县各支流。嘉祥县北部约35万亩耕地，可通过赵王河、梁宝寺引河、郓城新河从梁济运河自流调引湖水，农灌期的调水流量分别约为20m3/s、5m3/s、15m3/s，能够满足灌溉用水要求。

3.2 灌排影响分析

3.2.1 灌溉影响方面

南水北调东线一期梁济运河工程实施前，嘉祥县北部灌溉水源分为两部分。一部分利用梁济运河位于嘉祥境内的一级支流(郓城新河、梁宝寺引河、赵王河)调引南四湖湖水，通过新庄引河、袁庄引河、红旗河、赵王河故道、靳庄引河、牛头河、前进河、老赵王河等河道，输水至北部镇(街)提水灌溉。另一部分通过郓城新河上新庄拦河闸，拦蓄郓城、梁山两县引黄退水，通过新庄引河、袁庄引河、红旗河进入部分灌溉区域，作为调引南四湖湖水的补充水源，满足灌溉需求。

输水线路见图1：

图1 输水线路示意图

南四湖上级湖死水位32.8m，湖底高程32.3m；上级湖设计蓄水位34.0m，多年平均水位33.69m。郓城新河纵坡比降1/15000，其余河道均为平底。郓城新河新庄节制闸处河底高程32.3m，其他河底高程均在30.3～32.3m，均低于南四湖上级湖湖底高程，同时经过测算梁济运河非汛期8个月的多年平均水位在33.3～34.3m之间，因而通过梁济运河能够调引南四湖湖水满足灌溉要求。

南水北调东线一期工程自正式供水以来，为了确保输水期间的水量安全，梁济运河长沟泵站以上嘉祥县境内与梁济运河相通的河道及提水站均不能够引水灌溉，因此梁宝寺引河入口涵闸和郓城新河新庄节制闸均不得开启引水。为确保南水北调输水期间的水质安全，实现Ⅲ类水质的目标，近年来南水北调东线供水期间由嘉祥县自行运行管理的郓城新河新庄闸、梁宝寺引河入口涵闸、赵王河杨庄闸，以及与南水北调连接的其他支流等拦河节制建筑物均未开启，致使从赵王河调引梁济运河长沟泵站以下南四湖湖水受到制约。

嘉祥县属平原区，无山林涵养水源的条件，同时郓城、梁山两县引黄退水来水时间、来水水量、来水水质均不能够保证，仅能作为补充灌溉水源应用，根据嘉祥县现状农田灌溉情况，河道拦蓄的地表水源并不能够满足灌溉需求；嘉祥北部的老僧堂、孟姑集、卧龙山等镇(街)地下水水质差，矿化度在1.5g/L以上，不能用于农业灌溉，不能采用机井抽取地下水替换。因而，采取相应措施解决灌溉影响是有必要的。

3.2.2 排涝影响方面

南水北调东线一期梁济运河工程实施前，嘉祥县根据雨情、水情，梁济运河以及南四湖上级湖水位等情况，可适时通过各个支流出口闸提闸放水，通过梁济运河、洙水河、洙赵新河、蔡河四个水系注入南四湖。嘉祥县海拔在35～40m之间。低点在县城东南金屯镇东部，海拔35m；高点在县城西北黄垓镇中部，海拔40m。非汛期(10月至翌年5月)的梁济运河常水位在33.5～34.5m，汛期一般在34.5m以上，南四湖正常蓄水位34.0m，1960—2000年多年平均水位33.69m，多年最高水位34.64m，排涝较通畅。

东线工程实施后，在南水北调输水期间，梁济运河输水水位35.3～34.7m，即长沟泵站出水口35.3m，嘉梁边界处34.7m。输水期间，如遇降雨易造成顶托，排水不畅；为确保南水北调输水期间的水量和水质安全，新庄闸和杨庄闸输水期间均未开闸排涝，形成内涝。因而，采取工程措施减轻嘉祥县北部(赵王河以北)内涝问题是有必要的。

4 处理方案探讨

为解决嘉祥县南水北调干线影响问题，确定了两个工程方案进行比选。一方案为通过赵王河调引长沟泵站以下梁济运河南四湖湖水；另一方案为通过现有洙水河左岸嘉祥村提水泵站提调洙水河南四湖湖水。

4.1 调引梁济运河南四湖湖水方案

采用两套工程方案进行比选。一方案为直接提水恢复方案：直接在赵王河杨庄闸附近新建提水泵站从而恢复嘉祥县赵王河以北部分的灌排影响；另一方案为利用水库调蓄方案：在赵王河杨庄闸附近新建提水泵站提梁济运河南四湖水后，结合在建的梁宝寺水库两级提蓄灌排水量，利用水库调蓄灌溉排涝水量，减小杨庄闸提水泵站建设规模。

4.1.1 直接提水恢复方案

4.1.1.1 工程布置情况

为了恢复南水北调东线利用梁济运河输水对嘉祥县赵王河北部地区的灌溉影响，规划在赵王河杨庄闸处新建提水泵站一座。

嘉祥县北部涝水需在南水北调东线运行期内拦蓄至现状嘉祥县河道内，当运行期灌溉时优先使用滞蓄的涝水，在南水北调非运行期时相机排涝。

4.1.1.2 相关规模测算

a.提水泵站规模确定。南水北调东线影响嘉祥县赵王河北部灌溉面积35万亩，根据已有批复的报告中的嘉祥县北部种植作物的灌溉制度，选用农田灌溉水利用系数0.70，根据北部地区的复种指数综合确定泵站提灌流量。赵王河杨庄闸处新建提水泵站流量为20m3/s，才能够基本恢复嘉祥县赵王河以北区域的灌溉需求。

b.现状河道滞蓄能力分析。根据洙赵新河梁山闸水文站1967—2003年实测非汛期径流系列，多年平均非汛期(10月至翌年5月)径流深为12.97mm，3年一遇径流深为12.84mm。

嘉祥县赵王河以北区域面积306km2，嘉祥县区域在非汛期多年平均径流量达到396.9万m3，非汛期3年一遇径流量392.9万m3。上游郓城县和梁山县通过新赵王河和郓城新河汇入嘉祥境内流域面积约602km2(郓城新河流域面积518km2，新赵王河非嘉祥县境内流域面积84km2)，非汛期多年平均径流量估算780.8万m3，非汛期3年一遇径流量773.0万m3。非汛期多年平均径流量达1177.7万m3，非汛期3年一遇径流量1165.9万m3，北部现状河道估算蓄水容积达1000万m3，滞蓄涝水的压力较大，几乎达到了嘉祥县北部河道滞蓄能力的极限。

4.1.2 利用水库调蓄方案

4.1.2.1 工程布置情况

规划利用目前在建的梁宝寺水库调节灌溉期供水，减小灌溉期提调南四湖水提水泵站流量，减少规模；利用梁宝寺水库增加赵王河以北区域的滞蓄能力，滞蓄涝水相机外排或灌溉利用。

目前嘉祥县利用煤矿塌陷地正在建设梁宝寺水库，水库总库容970万m3，采用提水入库方案，水库主要由涝水、南四湖水充库，为了解决因赵王河以北的灌排影响，水库可以调节用于赵王河以北灌溉供水，同时涝水也可以提水入库进行滞蓄，以用于灌溉或者待输水期结束相机外排。通过梁宝寺水库的灌溉期供水调节作用和排水入库增加赵王河以北滞蓄能力，从而解决嘉祥县赵王河北部因南水北调东线运行产生的灌排影响问题。

南四湖水充库通过在赵王河杨庄闸处新建提水泵站一处，提取梁济运河长沟泵站以下的南四湖水，然后通过红旗河，然后在红旗河新杨村以东(设计中泓桩号16+600)新建新杨节制闸(泵站)抬高水位，至金庄村东，利用路边沟开挖金庄引河输水至赵王河故道，进入水库。

涝水入库通过红旗河新杨节制闸(泵站)抬高水位，泵站提取红旗河下游涝水，节制闸拦蓄红旗河上游涝水，通过金庄引河、赵王河故道入库。

水库灌溉供水分成两条路线，自赵王河故道至王铺沟分水，一部分通过疏浚王铺沟(赵王河故道至靳庄河段)，由靳庄河两岸提水泵站及其支流灌溉周边地区，另一部分继续通过赵王河故道至金庄引河，通过金庄引河进入红旗河，通过红旗河两岸提水泵站及其支流灌溉周边地区。

目前，梁宝寺水库正在建设，水库建设须与本项目同步完成，以便发挥最大效益；王铺沟(赵王河故道至靳庄河段)列入嘉祥县水系连通项目中。赵王河杨庄闸泵站、金庄引河及建筑物和新杨节制闸(泵站)需要列入本次建设工程内容。

4.1.2.2 相关规模测算

a.红旗河新杨节制闸(泵站)规模。红旗河新杨节制闸处20年一遇防洪流量21m3/s，5年一遇除涝流量为11m3/s；相应设计水位分别为39.28m、36.76m。新杨节制闸的主要任务是拦蓄红旗河上游来水，抬高水位，使涝水和引黄尾水进入水库。

新杨节制闸泵站设计提水规模确定为8.4m3/s，梁宝寺水库设计蓄水位36.0m，根据供水路线及拦河建筑物水头损失，确定新杨节制闸处最高挡水位为37.0m。

b.金庄引河规模。根据金庄引河的作用分为三个功能。第一个功能，作为引南四湖水入库的通道，设计过流能力根据新杨节制闸(泵站)的提水流量确定为8.4m3/s，水流流向为红旗河向赵王河故道方向，起始水位由水库的设计蓄水位36.0m确定。第二个功能，作为涝水入库的通道，设计过流能力根据新杨节制闸(泵站)拦蓄的上游排涝流量确定，设计流量为11 m3/s，水流流向为红旗河向赵王河故道方向，起始水位由水库的设计蓄水位36.0m确定。第三个功能，作为红旗河沿线及赵王河部分区域灌溉供水渠道，根据相关资料金庄引河控制灌溉面积约为19万亩，设计灌溉流量为10.5m3/s，水流流向自赵王河故道向红旗河供水。

经综合确定，金庄引河设计流量为11 m3/s；因赵王河故道设计河底高程为32.0m，金庄引河设计河底高程32.0m，双向供水，河底为平底。

c.杨庄闸泵站规模。杨庄闸泵站作为提引南四湖水的供水工程，计划利用其在非灌溉期充水至水库。在灌溉期水库供水量不足时，杨庄闸泵站作为补充水源。水库供水按照总库容的80%计算，一个灌溉期需要杨庄闸泵站最大提水量744万m3，经计算为9m3/s，满足新杨节制闸提水泵站8.4m3/s的需求。因而确定杨庄闸泵站规模为9m3/s。

4.2 调引洙水河南四湖湖水方案

4.2.1 工程布置情况

该方案充分利用现状嘉祥县水利工程，同时与目前嘉祥县实施的水系连通工程相结合，综合解决嘉祥县赵王河以北区域因南水北调东线运行产生的灌溉排涝影响问题。

水库充库引南四湖水利用现有洙水河左岸嘉祥提水站，提水流量12m3/s，在非灌溉期和灌溉期期末充库。通过改建嘉祥村提水站出水口位置，经洙水河输水至牛官屯河，疏挖牛官屯河上游至赵王河，通过赵王河输水至红旗河，然后在红旗河新杨村以东(设计中泓桩号16+600)新建新杨节制闸(泵站)抬高水位，至金庄村东，利用路边沟新开挖金庄引河输水至赵王河故道，进入水库。

水库涝水入库自赵王河进入红旗河，然后自新杨节制闸(泵站)自流或提水入库。

4.2.2 红旗河与赵王河故道

红旗河(中泓桩号4+350～17+700段)已经通过2012年全国重点小型河道治理，沿线清淤及配套建筑物维修加固工程均已完成并通过验收，不需要新的工程措施。红旗河(0+000～4+350、17+700～23+800)段已经列入滨湖洼地治理工程进行建设。红旗河供水条件较好，河道兼顾供水和排水功能。

赵王河故道为原赵王河老河道，为嘉祥县北部排涝河道，运行时间较长，多年并未治理，随着新赵王河的开挖，其功能逐步退化，河道淤积严重，下游需要途径马村镇多个村庄，涉及20多户住户搬迁，征迁难度大，不利于稳定。同时梁宝寺煤矿的开挖，致使河道部分区段塌陷形成塌陷地，不利于河道疏浚。

4.2.3 相关参数确定

金庄引河及新杨节制闸相关参数确定与“调引梁济运河南四湖水方案”中“利用水库调蓄方案”的参数相同。