固城湖南河补水调度方案研究

马祥中，闫 浩，胡尊乐，费国松 ，郭红丽，戴 雷

（1.溧阳市水利局，江苏 溧阳 213300；2.江苏省水文水资源勘测局常州分局，江苏 常州 213022；3.江苏省水文水资源勘测局南京分局，江苏 南京 210008）

1 概述

20世纪以来，随着经济社会的高速发展，人口不断增长，城市化进程加快，水资源调控手段和水污染治理措施相对滞后，区域水环境质量一时间得不到明显改善，水的供需矛盾愈加突出，由此引起的水质型缺水和水污染问题在一定程度上影响了各地经济社会的可持续发展和人民群众的生活质量。而跨区域（流域）补水一直是促进江河湖连通、增加区域水资源补给、改善区域水环境的客观要求和主要措施[1-2]。

溧阳市作为太湖流域上游湖西水系低山丘陵区，在枯水年份时，水资源短缺与水质型缺水问题尤为严重。为寻求解决方法，溧阳市一方面加大丹金溧漕河引清活水力度，另一方面探求西部固城湖（长江流域水阳江水系）向境内（太湖流域湖西水系）调水的可行性。与此同时，固城湖水位远高于溧阳市南河水位，水量丰富，水质良好，且由于水阳江补给，来（补）水相对充足[3-4]，在枯水期如果通过胥河（茅东闸）自流向溧阳市（南河）补水，对于缓解溧阳市水资源短缺问题、改善河道水环境具有相当重要的意义。

本文根据长江、水阳江、石臼湖、固城湖多年的水文监测资料以及杨家湾枢纽（官溪河）、水碧桥闸（水碧桥河）、茅东闸（胥河）和蛇山抽水站（石臼湖）的工程调度资料，并结合茅东闸船闸调度方案，探讨固城湖向南河补水的可行性方案，也为跨流域调水提供技术参考。

2 固城湖概况

固城湖位于南京市高淳区境内水阳江下游，北临石臼湖，东抵太湖湖西地区，南接水阳江流域所属的皖南山区，西面为水阳江流域的平原、圩区。湖泊现状为正常水位（8.18 m水位）下，周长约为43.0 km，水面面积为30.95 km2，蓄水量约为0.78亿m3，并分为大湖区和小湖区（大湖区面积约为小湖区的8～10倍）；水质良好，一直保持在II类水以上，为南京市饮用水水质最好的天然湖泊之一[5-6]。固城湖来水相对丰富，主要是源自皖南山区的河流（水阳江）补给，其次是长江高水位时倒灌和湖区周围丘陵山区的降水径流。

固城湖所涉水利工程主要为杨家湾枢纽（官溪河）、水碧桥闸（水碧桥河）、茅东闸（胥河）和蛇山抽水站（石臼湖），其分布图见图1。正常情况下，固城湖通过杨家湾闸（官溪河，通石臼湖）、水碧桥闸（水碧桥河，通水阳江）、茅东闸（胥河，通南河）控制湖内水位，为区域防汛防旱、水资源开发利用、水环境改善服务。其中，茅东闸建于固城湖东侧胥河上，控制固城湖与太湖湖西地区（溧阳市）的水量交换。蛇山抽水站位于南京市高淳区古柏镇石臼湖畔、蛇山西侧，采用双向进出水，是石臼湖与固城湖水量交换的重要水利工程，它可通过石固河向固城湖补水。

图1 固城湖及周边水系图

3 补水水源现状分析

3.1 固城湖水源

根据固城湖水位代表站高淳站1977～2017年的水位监测资料，固城湖最高月平均水位为7月份的9.70m，最低月平均水位为2月份的7.74m。受水碧桥闸等水利工程调度影响，正常情况下，固城湖进入梅雨期后的水位长期（7～9月）保持在9.00m以上，详见表1。

正常水位（8.18 m）下，固城湖蓄水量约为0.78亿m3，最高水位（13.21 m）下，蓄水量约为为2.75亿m3，最低水位（5.16 m）下，蓄水量约为为0.05亿m3，详见表2。

表1 固城湖各月平均水位统计表单位：m

表2 固城湖水位～蓄水量关系表单位：m，亿m3

3.2 水阳江水源

水阳江发源于中国安徽省绩溪县和宁国市南部山区，向北分别通过左支清水河（芜湖市）和右支姑溪河（当涂县）汇入长江，干流全长254 km，流域面积8934 km2。根据有关水文资料，水阳江每年经姑溪河汇入长江的径流总量为47.08亿m3（最丰水份为79.08m3、最枯水年份为21.66亿m3）[7]。显然，仅从水量角度，水阳江完全满足固城湖的自身供水及向下游溧阳市南河补水的需要。

根据水阳江水位代表站水碧桥站1977～2017年的水位监测资料，水阳江最高月平均水位为7月的9.80 m，最低月平均水位为1月的5.78 m，详见表3。

表3 水碧桥站各月平均水位统计表单位：m

3.3 长江（石臼湖）水源

长江位于固城湖以北约50 km，年平均径流量约9000亿m3。当上游来水较大或受潮汐影响时，固城湖以北江段水位较高，长江水源可通过水阳江反灌包括石臼湖、运粮河、官溪河在内的内陆水网，进而可为固城湖补水。石臼湖位于苏皖两省交界处，北距固城湖约9.0 km，正常水位7.50 m时，水面面积207.65 km2，蓄水量约4.05亿m3，是调节水阳江洪水的重要湖泊。根据席燕萍、逄勇等[8]的研究成果，长江（石臼湖）不仅是南京市重要的补给水源，历史上也曾是溧阳市（太湖湖西地区）重要的抗旱水源。

根据石臼湖水位代表站蛇山站1977～2017年的水位监测资料，石臼湖最高月平均水位为7月的10.00 m，最低月平均水位为2月的5.62 m，详见表4。

4 补水调度方案

4.1 南河水位

根据南河水位代表站南渡站1977～2017年的水位监测资料，南河最高月平均水位为7月的3.97 m，最低月平均水位为1月的3.10 m，详见表5。

4.2 固城湖补水调度

由表1和表5可以看出，固城湖非汛期（1～4月、10～12月）平均水位为7.98 m，相应蓄水量为0.714亿m3；汛期平均水位为8.85 m，相应蓄水量为1.03亿m3。且和南河水位长期保持4 m以上的落差。从水力学条件上分析，固城湖具备向下游南河调水的条件。其中：

（1）在不考虑其他用水情况下

若非汛期由固城湖向南河补水，可供水量为0.174亿m3（固城湖最低控制水位按7.50 m、最低控制蓄水量0.54亿m3计算）；若补水流量按20 m3/s（南河平均水位3.29 m，平均流速不低于0.10 m/s）计算，则可连续补水10 d。若汛期由固城湖向南河补水，可供水量为0.49亿m3；若补水流量按30 m3/（s南河平均水位3.64 m，流速不低于0.14 m/s），则可连续补水14 d。

固城湖向南河补水时，势必影响胥河的流态。根据曼宁公式，计算胥河流态变化情况，详见表6。

表4 蛇山站各月平均水位统计表单位：m

表5 南渡站各月平均水位统计表单位：m

表6 胥河流态变化表

从表6可以看出，当固城湖向南河补水流量小于30 m3/s时，对胥河的流态影响很小。

（2）在考虑其他用水情况下

根据调查资料，高淳区每年用水量约3亿m3左右，并以固城湖（含支流）为主要取水水源[3，6]。一旦固城湖开闸补水，水位会迅速下降，势必影响固城湖的水文情势及生态环境。尤其在特殊干旱年份下，仅有固城湖的蓄水向下游溧阳市南河补水是不理想的。因此，需进一步探寻固城湖的其他来水途径。

另外，固城湖向南河补水，须经过茅东闸。芜申线高淳段（胥河）整治以后，茅东闸新建船闸。而根据龚来存、周毅等[9]的研究，在茅东闸每天开闸通航10次的情况下，固城湖每年可向南河补水1.71×10亿m3左右，势必对固城湖的水量造成一定程度影响。因此，也可考虑优化调度茅东闸船闸调度方案，既满足芜申运河通航的需要，也满足向南河补水的需要。

4.3 其他水源补水调度

前文已经说明：固城湖其他来水一是水阳江，二是长江、石臼湖（长江高水位时，水阳江可倒灌运粮河、官溪河及石臼湖），三是湖区周围丘陵山区的降水径流。

（1）水阳江补水

从表1和表3可以看出，水阳江一年之中，仅有6～10月的水位高于固城湖的控制水位7.50 m，存在向固城湖（包括下游溧阳市南河）补水的可行性。其他月份，则需要关闭水碧桥闸，以防止固城湖水源外泄水阳江。也就是说，只有在汛期，水阳江上游降水足够多、来水足够大时，方可向固城湖补水；而在非汛期，水阳江补水的可行性较低。

（2）长江（石臼湖）补水

从表1和表4可以看出，石臼湖一年之中，仅有6～9月的水位高于固城湖的控制水位7.50 m，存在向固城湖（包括下游溧阳市南河）补水的可行性。其他月份，则需要关闭杨家湾闸，以防止固城湖水源外泄运粮河（水阳江）。也就是说，同样只有在汛期，长江或石臼湖水位较高时，方可向固城湖自流补水；而在非汛期，长江（石臼湖）自流补水的可行性较低。前文中已经说明，石臼湖在正常水位7.50 m时，水面面积207.65 km2，蓄水量约4.05亿m3。另根据水文资料，石臼湖水源主要来自于水阳江过境水量、当地径流量（约4.70亿m3）以及长江倒灌水量，可供水量比固城湖更为丰富。显然，在非汛期（1～5月、10～12月）或干旱年份，当石臼湖（运粮河）水位较低、无法通过自流方式向固城湖补水时，可通过其他措施由石臼湖向固城湖补水。其中，位于石臼湖畔的蛇山抽水站抽水能力为25 m3/s，在特殊干旱年份，可从石臼湖通过石固河向固城湖补水，进而为高淳区及固城湖周围的溧水、郎溪、宣城和下游的溧阳等市区县部分地区共60万亩农田的抗旱提供水源[10]。若溧阳市在非汛期（1～4月、11～12月）需要生态补水时，必须通过蛇山抽水站从石臼湖翻水到固城湖，进而由胥河进入南河，同时可保证固城湖自身的水量平衡和周边地区的供水安全。

5 结论和建议

固城湖位于溧阳市南河上游，水量丰富，水质良好，且有充足的外来补给水源（水阳江、长江、石臼湖），存在向南河生态补水的地形地势优势。其中：（1）仅靠固城湖自身蓄水，可在一定程度满足南河补水的需求，但势必对固城湖水量水生态带来一定影响。（2）汛期区域降水较大时，固城湖开启水碧桥闸和杨家湾闸从水阳江或石臼湖自流引水，并开启茅东闸向南河补水，同时也不影响固城湖自身的蓄水要求。（3）非汛期区域降水较少时，需关闭水碧桥闸和杨家湾闸以维持固城湖水量平衡，且需开启蛇山抽水站由石臼湖翻水进入固城湖，进而向南河补水。

总体而言，固城湖存在向南河补水的可行性，但仍需进一步搜集相关水文资料和水利工程调度资料，优化茅东闸船闸调度方案，结合芜申运河通航需要，考虑向南河补水的可行性方案，且开展相关补水试验，进一步分析跨流域调（补）水可能带来的不利影响。