無(wú)錫市水情科學(xué)調(diào)度的實(shí)踐與思考

周 吉 季永東 白寧明 張小穩(wěn)

（1.無(wú)錫市防汛防旱指揮部辦公室，江蘇 無(wú)錫 214031；2.無(wú)錫市水利局，江蘇 無(wú)錫 214031）

1 研究背景

近20年來(lái)，太湖流域綜合治理工程、區(qū)域防洪除澇工程、調(diào)水引流工程等都取得了豐碩成果。如何科學(xué)、合理、精準(zhǔn)地調(diào)度水利工程，充分發(fā)揮其興水利除水害的作用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和指導(dǎo)意義。結(jié)合近年來(lái)無(wú)錫市水情調(diào)度工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者針對(duì)錫澄地區(qū)的水情、雨情、工情進(jìn)行了初步研究，探索其新特點(diǎn)、新情況，總結(jié)其產(chǎn)生原因及對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的影響，并有針對(duì)性地提出水情調(diào)度工作的建議。

2 基本情況

錫澄地區(qū)北依長(zhǎng)江，南瀕太湖，東有望虞河溝通太湖和長(zhǎng)江，江南運(yùn)河從西北向東南穿城而過(guò)，是本地區(qū)航運(yùn)、行洪的大動(dòng)脈，直接影響著無(wú)錫市中心城區(qū)的防洪安全。本區(qū)水系以江南運(yùn)河為中樞，分南北兩片，區(qū)域內(nèi)河網(wǎng)密布、互相溝通、通江達(dá)湖。無(wú)錫水位站為本地區(qū)的主要代表站點(diǎn)。

2.1 江南運(yùn)河（無(wú)錫段）概況

江南運(yùn)河沿線途經(jīng)江蘇省鎮(zhèn)江、常州、無(wú)錫、蘇州4 市，其中，無(wú)錫段西起洛社（西柵浜口），東訖新安（月城河口），河段全長(zhǎng)42.28 km，河口寬度60～140 m，河底高程為-3.0 m（鎮(zhèn)江吳淞基面，下同），承擔(dān)著行洪、排澇、航運(yùn)、景觀等多項(xiàng)功能。

2.2 主要水文站點(diǎn)概況

無(wú)錫水位站為錫澄低片河網(wǎng)地區(qū)的主要代表站，其他代表站點(diǎn)還有江南運(yùn)河洛社站，錫澄運(yùn)河青陽(yáng)站、望虞河甘露站。筆者研究的對(duì)象為無(wú)錫站1923年建站以來(lái)至2013年間的70年實(shí)測(cè)資料，其中，建國(guó)前僅有15年實(shí)測(cè)資料，建國(guó)后該站水文觀測(cè)進(jìn)入常態(tài)化，水文實(shí)測(cè)資料系列長(zhǎng)，測(cè)驗(yàn)精度高，資料整編情況好，水文資料符合技術(shù)規(guī)范要求，具有較高的代表性、可靠性和一致性。

2.3 沿線城市防洪工程概況

2003年起，蘇州、無(wú)錫、常州三市掀起了城市防洪工程建設(shè)的高潮，2006～2010年陸續(xù)建成投運(yùn)，防洪標(biāo)準(zhǔn)均為200年一遇，排澇標(biāo)準(zhǔn)均為20年一遇，其中，大運(yùn)河沿線共建成14座大、中型水利樞紐，總計(jì)泵排能力530 m3/s。建成投運(yùn)以來(lái)，城市防洪工程在蘇州、無(wú)錫、常州三市的中心城區(qū)防洪、除澇以及改善景觀水環(huán)境等方面發(fā)揮了巨大作用。

3 近年來(lái)雨水情特點(diǎn)

以無(wú)錫站1952～2013年水位、降雨資料作為樣本，選取1952～2006年、2007～2013年兩個(gè)時(shí)間段進(jìn)行對(duì)比研究。

3.1 年降水量及汛期降水量總體呈水平變化趨勢(shì)

圖1 1952～2013年年降水量

圖2 1952～2013年汛期降水量

從年降水量和汛期降水量的趨勢(shì)（圖1、圖2）來(lái)看，1952～2013年線性回歸趨勢(shì)基本是水平的；8年平均平滑曲線雖有波動(dòng)，但沒(méi)有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；20 世紀(jì)70、80年代總體降水量較少，90年代偏高，1997年以后，降水量基本接近常年平均值。

3.2 年平均水位呈現(xiàn)抬高趨勢(shì)

年平均水位是一個(gè)重要的水文特征指標(biāo)，能體現(xiàn)該地區(qū)河網(wǎng)年均蓄水量的多少，其主要受地區(qū)下墊面、水面率、降水量及周邊水利工程運(yùn)用情況的影響。

據(jù)統(tǒng)計(jì)分析：建國(guó)前有水文記載的12年（1923～1936年），無(wú)錫站多年平均水位為2.91 m。建國(guó)后至2006年的54年（1952～2006年），多年平均水位為3.10 m，較建國(guó)前抬高了0.19 m。2007～2013年，無(wú)錫站年平均水位為3.51 m，較1952～2006年抬高了0.41 m，較建國(guó)前抬高了0.60 m。周邊洛社、青陽(yáng)、陳墅等錫澄地區(qū)主要水文站多年平均水位也相應(yīng)抬高。

從歷史情況看，1954年太湖遭遇全流域洪澇，年平均水位達(dá)到3.55 m。1991年、1999年太湖流域特大洪澇，年平均水位為3.39 m 和3.35 m，居1952～2006年的第二、三位。2007～2013年，年平均水位均超過(guò)3.40 m，其中，2008、2010、2012、2013年超過(guò)了3.50 m。特別是2010年，當(dāng)年無(wú)錫站年降雨量、汛期降雨量、梅雨期雨量分別為910.8 mm、469.4 mm、159.6 mm，均低于相應(yīng)多年平均值1113.8 mm、681.1 mm、242.6 mm，但該年年平均水位達(dá)到了3.59 m，超過(guò)1954年的3.55 m，躍居本站有資料記載以來(lái)的歷年之首，隨后的2012年也超過(guò)1954年，達(dá)到了3.56 m。

從年平均水位線性回歸趨勢(shì)來(lái)看（見(jiàn)圖3），1952～2013年平均水位總體呈升高的趨勢(shì)；從8年移動(dòng)平均指數(shù)來(lái)看，1972年為明顯分界點(diǎn)，年平均水位變化趨勢(shì)出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，由下降轉(zhuǎn)為上升。其中，1972～1996年上升較為明顯，1996～2002年趨于平緩。2003年以來(lái)，上升的趨勢(shì)更加明顯。

3.3 年最高水位抬高的趨勢(shì)

年最高水位是某地區(qū)降雨過(guò)程中河道水面率、下墊面、河道行洪能力、水利工程運(yùn)行情況等因素的綜合反應(yīng)。

從年最高水位線性變化趨勢(shì)來(lái)看（見(jiàn)圖4），1952～2013年，年平均水位呈逐年升高的趨勢(shì)。從8年移動(dòng)平均指數(shù)來(lái)看，1972年也是一個(gè)明顯分界點(diǎn)，年最高水位變化趨勢(shì)出現(xiàn)拐點(diǎn)，從下降轉(zhuǎn)為上升。2007～2013年，年最高水位平均值為4.54 m，較1952～2006年抬高了0.64 m。2011年年最高水位4.87 m，較1991年的歷史最高水位4.88 m 僅低了0.01 m。

3.4 高水位出現(xiàn)的頻率增多

圖3 1952～2013年無(wú)錫站年平均水位

圖4 1952～2013年無(wú)錫站年最高水位

據(jù)記載，公元1121～1999年的878年間，無(wú)錫共有373年為洪澇災(zāi)年，占總年數(shù)的42.4%，1990～2006年，運(yùn)河無(wú)錫站超過(guò)4.00 m 以上水位的次數(shù)由過(guò)去每三年一次發(fā)展到一至兩年一次，洪水重現(xiàn)期有明顯縮短的趨勢(shì)。2007～2013年，無(wú)錫站水位每年超過(guò)4.00 m 以上的次數(shù)平均為4.86 次，最多為2007年的9 次；每年超過(guò)4.40 m 以上的次數(shù)平均為1.57次，最多為2009年的4 次。高水位出現(xiàn)頻次較過(guò)去有了大幅度提高。

3.5 水位上漲“來(lái)猛去滯”，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)

2012年8月，受強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“?？庇绊懀a澄地區(qū)遭遇強(qiáng)降雨，面雨量168.6 mm，其中，無(wú)錫站雨量205.9 mm。8日9 ∶00，無(wú)錫站起漲水位3.44 m；9日3 ∶00 漲至最高水位4.66 m，18 h 水位上漲1.22 m，平均漲幅0.07 m/h。水位回落過(guò)程中，截至12日9 ∶00，水位仍在4.00 m 以下，回落速度不足0.01 m/h（見(jiàn)圖5）。從洪水過(guò)程線來(lái)看，洪峰過(guò)程“來(lái)猛去滯”的特點(diǎn)十分明顯，一方面是因?yàn)檑讌^(qū)排澇能力增強(qiáng)，但更主要的原因在于河道排澇能力不足。

圖5 2012年臺(tái)風(fēng)“?？逼陂g錫澄地區(qū)各站水位過(guò)程線

4 出現(xiàn)新特點(diǎn)的原因分析

4.1 城鎮(zhèn)化進(jìn)程加劇了產(chǎn)流匯流速度

城鎮(zhèn)化進(jìn)程減少了水面率，也改變了下勢(shì)面的條件，對(duì)年平均水位、年最高水位、高水位頻次以及洪峰峰型都有直接影響。從8年移動(dòng)平均曲線可以看出（見(jiàn)圖3、圖4），錫澄地區(qū)河網(wǎng)水位的抬高與20 世紀(jì)70、80年代以來(lái)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速有密切關(guān)系。

4.2 錫澄地區(qū)泄洪出路減少

錫澄地區(qū)原有北排長(zhǎng)江、南泄太湖、東入望虞河和江南運(yùn)河等四條洪水出路。2007年5月太湖藍(lán)藻爆發(fā)引發(fā)水源地供水危機(jī)后，無(wú)錫市沿湖25座水閘常年關(guān)閘擋污，江南運(yùn)河未向太湖排泄洪澇水，使得太湖對(duì)無(wú)錫地區(qū)河網(wǎng)的調(diào)蓄功能嚴(yán)重削弱。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2007～2013年，江南運(yùn)河無(wú)錫站平均水位高于太湖平均水位約0.20 m。特別是江南運(yùn)河高水位行洪時(shí)，無(wú)錫站水位高出太湖平均水位達(dá)到了0.50～1.00 m。如江南運(yùn)河向太湖泄洪，無(wú)錫站水位將大大降低。

4.3 望虞河“引江濟(jì)太”抬高了基礎(chǔ)水位

為改善太湖水環(huán)境，太湖局靈活運(yùn)用現(xiàn)有水利工程，通過(guò)望虞河引長(zhǎng)江水向太湖補(bǔ)水。“引江濟(jì)太”期間，望虞河高水位阻斷了無(wú)錫地區(qū)河道東排出路，河水甚至通過(guò)西岸眾多不設(shè)防的口門(mén)倒流。“引江濟(jì)太”多在枯水期或汛期干旱少雨時(shí)實(shí)施，對(duì)年平均水位抬高有直接影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003～2013年，“引江濟(jì)太”年均引長(zhǎng)江水19.89 億m3，其中，入太湖水量年均9.18 億m3。

4.4 梅梁湖調(diào)水引流抬高江南運(yùn)河無(wú)錫站水位

2007年5月以來(lái)，為保護(hù)水源地安全，無(wú)錫市實(shí)施了梅梁湖調(diào)水引流，常年以20～30 m3/s 的流量拉動(dòng)太湖水體。2007～2013年，梅梁湖、大渲河泵站年均調(diào)水8.31 億m3，相當(dāng)于太湖常年蓄水量的1/5。在拉動(dòng)梅粱湖水體流動(dòng)的同時(shí)，也抬高了江南運(yùn)河水位。

4.5 長(zhǎng)江沿線水閘、泵站引水

為滿足人們對(duì)優(yōu)質(zhì)水環(huán)境的需求，2003年以來(lái)，錫澄地區(qū)依托沿江優(yōu)勢(shì)，加大長(zhǎng)江引水力度。2003～2013年期間，錫澄地區(qū)年均引水量為15.83億m3。特別是2005～2007年，年引水量都超過(guò)了20 億m3。

4.6 蘇州、無(wú)錫、常州城市防洪工程以及低洼地區(qū)圩區(qū)排水能力增強(qiáng)

汛期，蘇州、無(wú)錫、常州三市城市防洪工程及各圩區(qū)啟用后，沿運(yùn)河泵站向江南運(yùn)河排泄?jié)乘?，?duì)推高年最高水位及洪峰水位有較大影響。無(wú)錫地處江南運(yùn)河的中段，上游有常州客水壓境，下游有蘇州高水位頂托，下泄不暢，加上受周邊圩區(qū)外排河道行洪能力不足限制，造成無(wú)錫段江南運(yùn)河洪水“來(lái)猛去滯”的新特點(diǎn)。

5 思考與建議

錫澄地區(qū)河網(wǎng)水位的新特點(diǎn)表明，人類活動(dòng)對(duì)自然界的影響力越來(lái)越大。年平均水位的抬高表明錫澄地區(qū)河網(wǎng)蓄水總量增大，可利用的水資源量也相應(yīng)增加。干旱年份河網(wǎng)水位偏低時(shí)，通過(guò)科學(xué)調(diào)度，發(fā)揮水利工程的引排作用，將河網(wǎng)水位保持在有利于水生態(tài)平衡、水環(huán)境改善的水平，可極大地提高人民群眾的生活品質(zhì)。同時(shí)，更有利于農(nóng)業(yè)灌溉保豐產(chǎn)。2013年7、8月，錫澄地區(qū)發(fā)生大旱情，連續(xù)45 d 高溫少雨，干旱程度不亞于1978年。通過(guò)沿江引水、“引江濟(jì)太”等一系列措施，使錫澄地區(qū)河網(wǎng)水位始終保持在3.0 m 以上，取得了大旱之年無(wú)大災(zāi)的重大勝利，獲得了巨大的社會(huì)效益。

另一方面，高水位行洪頻率加劇、持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)以及洪峰峰值抬高，不利于區(qū)域防洪安全。為進(jìn)一步優(yōu)化水情調(diào)度，發(fā)揮水利工程興利除害的作用，筆者提出以下建議。

5.1 統(tǒng)籌兼顧防洪與調(diào)水，調(diào)水服從于防洪

增強(qiáng)水利工程的調(diào)控能力是興利除害硬實(shí)力的提升，提高科學(xué)調(diào)度水平則是軟實(shí)力的體現(xiàn)。水文氣象部門(mén)要加強(qiáng)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)度，水情調(diào)度部門(mén)要制定切實(shí)可行的水情調(diào)度方案。當(dāng)預(yù)報(bào)有強(qiáng)降雨時(shí)，特別是要在臺(tái)風(fēng)等突發(fā)氣象災(zāi)害前，提早預(yù)降河網(wǎng)水位，增加調(diào)蓄庫(kù)容，削減洪峰水位。汛期還要特別關(guān)注旱澇急轉(zhuǎn)的現(xiàn)象發(fā)生。在水情調(diào)度中應(yīng)堅(jiān)決執(zhí)行調(diào)水服從于防洪的原則。

5.2 科學(xué)調(diào)度城市防洪工程，避免江南運(yùn)河水位上漲過(guò)猛

對(duì)江南運(yùn)河沿線各城市防洪工程的控制運(yùn)用，應(yīng)當(dāng)做到統(tǒng)籌兼顧。降雨初期，各市可利用江南運(yùn)河作為主要行洪通道，預(yù)排澇水。強(qiáng)降雨過(guò)程中，要控制運(yùn)用沿線泵站，避免集中排澇造成江南運(yùn)河水位上漲過(guò)猛。

5.3 江南運(yùn)河高水位行洪時(shí)，應(yīng)適時(shí)調(diào)整梅梁湖調(diào)水引流方案

汛期，江南運(yùn)河高水位行洪時(shí)，運(yùn)西片梁溪河沿岸地區(qū)澇水無(wú)出路，甚至面臨倒灌危險(xiǎn)。此時(shí)，梅梁湖調(diào)水流量需酌減或者暫停調(diào)水。

5.4 依托長(zhǎng)江優(yōu)勢(shì)，實(shí)施“大引大排”

區(qū)域排澇能力增強(qiáng)，只是局部防汛壓力的轉(zhuǎn)移，遇流域性洪澇災(zāi)害時(shí)，增強(qiáng)外圍河道的行洪能力才是防災(zāi)減災(zāi)的根本保證。長(zhǎng)江和太湖是錫澄地區(qū)最重要的外圍水環(huán)境，在南排太湖受阻及江南運(yùn)河超負(fù)荷行洪的情況下，北排長(zhǎng)江和東排望虞河入江是錫澄地區(qū)澇水外排的根本出路。建議各級(jí)規(guī)劃部門(mén)要加強(qiáng)河道疏浚及沿江泵排能力建設(shè)，實(shí)施“大引大排”戰(zhàn)略。