面向多目标需求下阳澄湖水量分配方案研究

2024-03-09汪院生李灿灿

水资源开发与管理 2024年1期

许强汪院生李灿灿

（江苏省太湖水利规划设计研究院有限公司，江苏苏州 215106）

实行最严格水资源管理制度是实现水资源可持续利用、维系生态环境良性循环和支撑经济社会可持续发展的迫切需要[1]。制定水量分配方案是实行最严格水资源管理制度的重要手段，是深入贯彻新发展理念，把水资源作为最大的刚性约束，推进水资源集约节约安全利用的重要内容[2]。

阳澄湖位于太湖流域阳澄淀泖区，是太湖流域重要的行蓄洪湖泊，也是苏州市重要的供水水源地。阳澄湖分水边界错综复杂，为加强阳澄湖水资源统一管理和调度，规范用水秩序，确保供水安全，提高用水效率，促进水资源优化配置，实现水资源的节约、保护及合理开发，助力区域经济转型升级及高质量发展，开展阳澄湖水量分配方案研究十分必要。

1 研究区域及研究方法

1.1 研究区域

阳澄湖位于太湖流域阳澄淀泖区中部、苏州市区东北部，涉及苏州工业园区、相城区和昆山市，湖面大部分属于相城区。湖体总面积为117.4km2，南北长约17km，东西宽约11km。湖中的南北向狭长小岛将湖体分割为东湖、中湖、西湖三部分，其中，东湖面积为51.7km2，占44.0%；中湖面积为34.1km2，占29.1%；西湖面积为31.6km2，占26.9%；三湖之间有河流港汊相互贯通汇成一体。阳澄湖湖体与周边河网通过出入湖河道连接，环阳澄湖出入湖河道有59条，其中西线17条、北线12条、东线15条、南线15条，经常有水流进出的河道33条。

阳澄湖是太湖流域重要的淡水湖泊之一，具有防洪、供水、渔业养殖、生态、景观、旅游等多种功能[3]。阳澄湖是苏州工业园区第二水源地、相城二水厂水源地和昆山市泾河水厂、第三水厂和第四水厂的重要水源；同时，阳澄湖具有改善河网生态环境的作用，通过阳澄湖出湖河道引清水至城区，提高城区水体水容量，提升水体自净能力。

1.2 研究方法

湖泊水量分配与流域、区域水量分配相比，有一定的差异性，如阳澄湖水源没有明显的集水范围，主要依托区域控制性工程及合理调度来满足湖泊水量[4-5]。此外，湖泊河道内外用水需求是合理分配水量、管住用水的重要抓手。为合理配置阳澄湖河道外用水和河道内进出水量，保障阳澄湖供水安全，维持湖泊生态健康稳定，本文构建了阳澄湖水位和水量目标体系，采用典型法，运用数值模拟分析，提出不同情景下阳澄湖水量分配方案。

1.2.1 水位目标体系

鉴于区域平原河网地区独特的地形地貌和水文特点，河网水位变化相对平稳，可直接反映河湖水资源的状况，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标体系选用适宜水位及最小生态水位。

河网适宜水位是指在保障河网水体正常水资源供给、满足湖泊综合功能的情况下，能够长期保持相对稳定的水位。最小生态水位是指能够保障生活用水，维持湖泊生态健康、满足基本生态环境用水的最低水位。

1.2.2 水量目标体系

阳澄湖可分配水量是指统筹沿长江、望虞河东岸口门引水量和本地水资源量，满足生活、生产和生态环境用水需求，保证阳澄湖月平均水位不低于适宜水位下限，极端低水位满足最小生态水位目标要求时，扣除环阳澄湖自然出湖水量后的最大出湖水量，包括河道内水量和河道外直接取水量[6-7]。

1.2.3 数学模型

本研究采用太湖流域水量水质数学模型[8]，该模型根据水文、水动力学等原理，对流域平原河湖、河道汊口连接和各种控制建筑物及其调度运行方式进行模拟，对流域各类供水、用水、耗水、排水进行合理概化，建立适用于太湖流域水资源综合规划水利计算的系统平台。该模型系统包括降雨径流模型、河网水量水质数学模型。该模型经水利部及国家有关科技部门的鉴定认证，已应用于太湖流域水资源综合规划、太湖流域综合规划和相关工程前期技术论证，以及引江济太水资源调度方案编制、太湖流域取水许可总量控制指标方案研究、太湖流域水量分配方案等相关技术工作中。

1.3 情景设计

采用典型年法，利用太湖流域水量水质数学模型，以保障阳澄湖供水安全和生态安全为前提，研究以阳澄湖为水源地的现状及规划取水需求下阳澄湖水量分配方案。

1.3.1 典型年

阳澄湖水量分配方案主要针对常态化水资源分配而非洪水年份的洪水资源分配，平水年相对常遇，模型计算分析选择降水频率为50%的平水年作为主要的分析年型。同时，为保障特殊缺水年份的供水安全和生态安全，增加降雨频率为90%的枯水年进行分析。

阳澄湖所在的水利分区阳澄区多年平均降水量为1098.2mm，频率为50%的降水量为1078.4mm，从降水时空分布来看，2000年阳澄淀泖区降水频率接近50%，阳澄区降水频率等于50%。因此，选取2000年作为阳澄湖水量分配50%频率的典型年。阳澄区降水频率为90%的降水量为846.7mm，从降水时空分布来看，1971年阳澄淀泖区降水频率接近93%，阳澄区降水频率等于92%，1971年区域整体水资源形势更为不利。因此，选取1971年作为阳澄湖水量分配90%频率的典型年。

1.3.2 情景设计

在满足阳澄湖水位和水量控制指标体系下，以阳澄湖为水源，昆山市泾河水厂、第三水厂和第四水厂，工业园区二水厂和相城二水厂取水规模在现状和规划各情景下，针对常态调度期和枯水期，提出相应的阳澄湖水量分配方案，各情景见表1。

表1 阳澄湖水量分配情景设计

2 研究结果与讨论

2.1 调度优化

许强等[9]基于频率分析法和最小生物空间法，研究了满足阳澄湖多功能目标需求下全年、汛期、非汛期及鱼类产卵育幼期4种情况下的特征水位，综合确定阳澄湖适宜生态水位为3.20m，最小生态水位为2.90m。本文水量分配水位控制目标采用该研究成果。

经分析，遇2000年平水年，在不加大七浦塘引江入湖水量的情况下，阳澄湖4月、5月、7月和8月月平均水位低于适宜水位（见图1），影响了阳澄湖供水安全和生态安全。考虑到以阳澄湖为水源，园区二水厂和相城二水厂扩建后，河道外取水规模加大，应优化七浦塘引江调度，适当抬高泵引调度水位10cm、闸引调水水位10～20cm，进一步加大七浦塘引江调度水量，可保障各水厂现状及规划取水规模下的取水安全，并满足环阳澄湖周边地区河道内取水的合理需求。

图1 优化七浦塘引江调度前后阳澄湖月均水位变化情况

2.2 水量分配方案分析

水量分配方案中，各行政区的可分配水量包含河道外水量和河道内水量[10]，河道外水量主要指以阳澄湖为水源的自来水厂取水户直接取（引）水量，河道内水量指周边地区环湖口门可从阳澄湖引水的水量。根据水厂现状和规划取水规模变化情况，分现状和规划两种情景进行水量分配，现状情景即基于水厂取水户实际取水量进行水量分配；规划情景即在现状取水规模基础上，基于将工业园区二水厂取水规模扩建至5.8m3/s（50万m3/d）和相城二水厂新增取水规模3.5m3/s（30万m3/d）进行水量分配。

2.2.1 2000年平水年

在多年平均来水条件下，以确保饮用水安全和湖泊生态健康为前提，协调环湖地区河道内用水需求，现状情景下阳澄湖周边地区可分配水量分别为：姑苏区15.00m3/s，工业园区17.35m3/s，昆山市26.90m3/s。水厂建成后阳澄湖周边地区可分配水量分别为：姑苏区15.00m3/s，工业园区20.85m3/s，相城区3.50m3/s，昆山市26.90m3/s。具体分配方案见表2。

表2 平水年阳澄湖周边地区水量分配方案单位：m3/s

2.2.2 1971年枯水年

发挥长江口门引江能力，加大七浦塘引江入湖水量；加强环湖口门控制运用，适时减少环阳澄湖泵站河道内取用水，保障水源地供水安全和湖泊生态健康。现状情景各行政区可分配水量分别为：姑苏区14.00m3/s，工业园区16.35m3/s，昆山市24.90m3/s。规划情景各行政区可分配水量分别为：姑苏区12.00m3/s，工业园区17.85m3/s，相城区3.50m3/s，昆山市22.90m3/s。具体分配方案见表3。

表3 枯水年阳澄湖周边地区水量分配方案单位：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，在满足适宜生态水位和最小生态水位的前提下，各方案行政区环湖河道出入湖流量与实际情况的符合性。通过对阳澄湖2007—2021年出入湖流量数据进行分析，剔除因骨干工程建设、河道内用水工程调度等人为影响的年份数据，可得出在现状自然状态下，姑苏区、工业园区、昆山市的出湖流量占比分别为24%、28%、48%。由图2可知，现状和规划情景下，2000年平水年和1971年枯水年各方案中姑苏区、工业园区、昆山市的出湖流量占比与实际出湖流量占比基本相当，即本文采用典型年法，运用数值模拟分析各情景下阳澄湖水量分配方案符合实际，是合理的。