湖南百舸水利建设股份有限公司 湖南 长沙 410000
摘 要：水系连通工程的建设是改善河湖健康状况、提高水体自循环的重要措施，本文通过对洞庭湖北部地区长江补水工程案例，采用水系连通指标评价体系进行分析，并对其方案进行比选分析。结果表明，本研究可为工程效益的有效评估、水系格局的合理构建提供依据。
关键词：洞庭湖区；补水工程；水系连通；补水量；换水周期
前 言：在江河湖库关系变化和三峡工程运行的影响下，洞庭湖北部地区水域的年平均蓄水水位下降、枯水期延长、水系连通性降低，对水生态环境和该地区人们生产生活造成了一定程度的不利影响[2]。根据党中央“不搞大开发，共抓大保护”等政策和指导思想[3]，结合当地实际情况，适当的采用人工工程辅以水系连通，形成合理的河湖水系连通格局，有助于促进人与自然关系和谐发展[4]。
近年来社会各界对江河湖库水系连通更加重视并投入了许多的研究,部分学者根据水系连通的定量指标来评价水系连通情况[5]；结合河湖水系连通的特征和类型的划分，高效解决目前水资源存在的问题[6]；将河湖连通体系按五项分类原则对其进行分类研究探讨[7]；在对河湖水系连通理论体系定义时：确定6个关键技术点，并结合河湖水系连通理论应用中需注意的5个关系[8]；利用MIKE软件对不同工况下水系连通进行水动力数值模型模拟，得到高效水系连通理论方式，并结合实际情况优化水系连通工程[9、10]。
本工程以洞庭湖北部地区分片补水应急实施工程岳阳市长江补水工程（一期工程）为例，自长江提水经过华洪运河自流至华容河，最终注入东洞庭湖，形成长江-华容运河-华容河-东洞庭湖的连通工程。利用多年积累的数据和相关理论通过对当地水文、地质、环境影响、水土保持、节能评价、工程管理、投资估算、社会稳定风险等因素以及预设各种工况下各种实施方案的对比综合分析，确定最优工程实施方案，并求得最佳换水周期来提高北部地区水系连通。本研究为解决该地区季节性缺水、水资源空间分布不均及生态用水问题等提供科学的依据与决策。
1 研究区域概况
1.1 地理位置
研究区主要分布在华容县和岳阳市君山区所在的华洪运河及长江流域范围，主要堤垸包括新太垸、钱粮湖垸、许市镇、建设垸，属于洞庭湖北部地区东洞庭湖水系，建设地点位于东经113洞庭’至112洞庭湖’，北纬29纬纬庭’之间。该地年平均气温为17.2℃、历年极端最高气温达39.3℃、极端最低气温为-11.8 ℃，年无霜期长可达280.6 d，年平均日照有72 d。该地区降雨丰沛，年平均降雨量达1352 mm、历年最大降雨量达2337 mm。该地区主要有螺山水文站、七里山水文站、监利水文站、莲花塘水位站四个水文测站。
华容运河全长32 km，集雨面积达155.46 km2，流域内含32个小型水库、24个湖泊及24个山塘。研究区域内主要涉及的河段长江荆江段，该河段全长338 km，分为枝城-藕池长江段与藕池-城陵矶，各长167 km、170 km。
1.2 工程概况
为解决洞庭湖北部地区水资源分布不均、水系连通不畅、调控能力差、水质不断变差及生态环境受到破坏、无法满足供水需求等问题。现通过新建取水浮船泵站、改造西干渠、新建西干渠节制闸、维修一支渠、扩建一支渠运河闸、扩建潘家渡运河大闸等水利工程将长江、华洪运河、华容河与沿线水网相连通来改善和加强该地区水系连通情况，形成连续的动态水网体系。工程通过在原洪水港闸下游1 km处引入长江水，经西干渠、一支渠流入华洪运河，后流入华容河，最终注入东洞庭湖，于非汛期为华容河及周边沿线地区进行灌溉补水，既满足周边湖泊的生态用水需求，也保证其灌溉用水需求。该工程旨在通过一系列水利工程实施提升洞庭湖北部地区水系连通性，增加水资源总量、提高水面率、加快换水周期，满足该工程区域生态用水和农业灌溉用水的要求，同时达到“水活、水清、水秀”的目的。
Figure 1 Schematic diagram of the district water replenishment project in the northern part of Dongting Lake
2 水系生态连通指标计算
3 水系连通方案评价
洞庭湖北部地区，节点数（N）：自然（37）、人工（24），廊道数：自然（74）、人工（24），区域面积（4669.22km2），河长：自然（931.80KM）、人工（189.25KM），河流频率/(条∙km-2)：自然（0.016）、自然+人工（0.021），河网密度/(km∙km-2)：自然（0.200）、自然+人工（0.240）。洞庭湖北部地区天然水系网络的α、β、γ指数分别为0.371、3.418、0.591，α小于参考值0.4，该地区水系网络成环水平一般偏低，β大于参考值2.37，节点间连接性强，平均每个节点有3个或4个连接线，河-河连接及河-湖连接较多，γ介于参考值0.5 ~ 0.7之间，网络连通度较好，表明洞庭湖北部地区自然水系总体连通性处于较好水平。
取水泵站方案的选择：
方案一：原洪水港闸下游1km处长江右岸，长江桩号35+010。新建取水浮船泵站、输水管路、消力池。
方案二：原洪水港外闸处，长江桩号33+774。新建取水浮船泵站，出水渠、引水渠。
防洪方面：方案一输水管道穿越长江干堤，方案二利用原洪水港闸，方案一防洪压力要大于方案二，但新建防洪闸采用工程措施，做好防渗等方面的措施可以避免防洪风险。
环保方面：本次补水工程对环保方面的影响主要是水生态影响，两种方案都能够提高流域水质。
规划方面：本次补水工程大大提高了华容、君山区河流水质，缓解了两地农田灌溉用水问题，对于华容县和君山区城乡建设的规划有积极的促进作用。
取水水水质方面：方案一选址处长江桩号35+010，距离上游桩号31+403华容小荆湖排污口3.607Km，大于3Km，方案二选址处长江桩号33+774，距离上游桩号31+403华容小荆湖排污口2.371Km，小于3Km，方案一取水水质优于方案二，方案二处取水后需要进行水处理后才能引入。
经济技术方面：方案二虽然可利用原洪水港外闸进水，减少建设工程量，但是此处滩地较宽，引水渠道较长，管理不便，且该处人员密集，需要征收房屋，另增房屋征收费用，且上游距离上游桩号31+403华容小荆湖排污口2.371Km，取水水质不能保证，需额外增加水处理费用。方案一滩地较窄，可减少工程投资，此处出水渠可以利用原出水渠，减少征地占地，且距离上游桩号31+403华容小荆湖排污口3.607Km，大于3Km，取水水质可以得到保障。
综上所述选择方案一作为取水泵站站址。
岳阳市长江补水工程（一期工程）水网依靠洪水港泵站从长江引水入华洪运河，再通过潘家渡运河大闸入华容河，以华洪运河、华容河为水源，连通沿线垸区。丰水期建设垸余水由长江沿线泵站排入长江，枯水季节交换水体余水由低排闸排入长江；丰水期许市镇和钱北垸余水经友谊泵站排出，枯水季节交换水体余水由友谊闸排入洞庭湖。工程连通后使区域内水体活起来，将形成生动的水网结构。
丰水期建设垸余水由长江沿线泵站排入长江，枯水季节交换水体余水由低排闸排入长江；丰水期枯水季节交换水体余水由友谊闸排入洞庭湖。工程连通后使区域内水体活起来，将形成生动的水网结构。在洪水港闸下游约1Km处右岸，新建取水浮船泵站（泵站设计流量为19.54m3/s，设计扬程为9.9m，装机2800kw，为水浮船泵站），从长江取水，经过压力输水钢管及输水箱涵输送至西干渠。
本次工程实施后将解决区域内水资源配置问题，使整个区域内水活起来，连通后将改善水系水网的水质和修复当地河湖生态，实现水活、水清、水秀的目标，对防洪排涝、农田灌溉起到重大作用，也是君山区、华容县城市化发展的重要推动力，在提升滨湖文化特色的同时推进旅游事业的发展。
4 工程综合影响分析
4.1 工程对经济效益的影响
工程远期解决12个堤垸95.87万亩农田灌溉用水量，近期解决5个垸31.93万亩农田灌溉用水，暂计算近期效益，调查当地实际情况，考虑上半年雨水较丰富，仅按增产一季作物计算，分摊系数取0.505，项目未实施前同一农业技术措施下亩产400kg/亩，项目实施后同一农业技术措施下亩产将达500kg/亩，现计算31.93万亩农田灌溉效益增加值3193万kg，按每千克粮食1元计算，效益增加值为3193万元，考虑分摊系数后灌溉效益为1612.465万元。
4.2工程对社会的影响
在理论层面上，可以把长序列资料作为前提，利用频率分析的方法来进行评估；可是在实际应用过程中，因为所需要的风险分析比较复杂，对资料有着较高的要求，可以采用变通评估办法来对指标进行评价，例如，可以应用相互关联，或者发展方向上相符的评做办法来代替。比如，应用防洪标准、抗旱标准级别的改变来对河湖水系连通之后对防洪和干旱风险和产生的影响进行评价。
4.3 工程对生态环境的影响
随着城市经济增长方式的转变，提高城市的生态环境已经作为城市竞争力的关键内容。当岳阳市采取的长江补水工程完成后，实现连通的水系区域将提高水资源的配置效率，为解决君山区和华容县共12个堤垸95.87万亩耕地灌溉补水问题，可以提高区域冬春季节灌溉保证率，提高华洪运河、华容河等水体自净能力，为区域内河湖生态环境用水问题提供必要条件，不断改进所在区域的水资源配置效率，保证水体生态环境和用水安全。对华洪运河进行综合治理之后，洪道行洪条件得到改善，对运河清淤使得行洪通道更加通畅，采取有效的护坡办法，可以更好的防止水流对岸坡产生的冲刷，保证河流中水体的处于稳定状态，避免河流水情出现恶化现象；工程中生态护坡等一系列生态措施的实施可以使河流区具有更强的抵抗洪水能力、使径流得到合理的调节、起到很好蓄洪防旱能力、避免水体受到污染、气候条件可以得到调节、沿岸的土壤可以防止受到侵蚀，美化环境、经济等方面都有很大作用，提高人们的生活质量，优化城市的生存环境。
5 结语
把洞庭北部区域开展的长江补水工程作为分例案例，建立起的水系格局采应用了水系连通评价体系、健康评估体系进行分析，对水系格局、连通之后的变化对河流体系的影响展开研究。对洞庭湖北部域区域的水系连通、生态环境规划和推动经济发展提供支持，对国内其它平原河网分析和研究打下基础。
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论文作者:赵衍令 王赞成,姚佳,胡星球
论文发表刊物:《城镇建设》2019年11期
论文发表时间:2019/8/26
标签：洞庭湖论文; 水系论文; 长江论文; 华容论文; 工程论文; 运河论文; 泵站论文; 《城镇建设》2019年11期论文;