南水北调东线一期北延应急试通水实施效果评价

穆冬靖，齐 静

（海河水利委员会科技咨询中心，天津300170）

1 引言

为落实党中央、国务院关于解决华北地区地下水超采问题的决策部署，2019年1月水利部等四部委联合制定印发《华北地区地下水超采综合治理行动方案》，将南水北调东线一期北延应急供水工程作为多渠道增加地下水超采治理水源供给的一项重要措施［1］。南水北调东线一期北延应急供水工程作为落实上述行动方案“一减、一增”综合治理措施中“一增”的重要环节，是华北地区地下水压采重点替代水源工程之一，是系统推进华北地区地下水超采治理、逐步实现地下水采补平衡、切实解决华北地区地下水超采问题的重要手段。同年3月，水利部办公厅印发《华北地区地下水超采综合治理行动工作实施方案和2019年重点工作安排》，提出“利用东线一期现有工程条件和供水能力，组织实施东线一期北延应急试通水”的具体要求。为验证东线一期北延应急供水的可行性，为下步实施常态化应急供水探索经验，2019年4月21日—6月26日，水利部部署开展了南水北调东线一期工程北延应急试通水（以下简称试通水）工作。

2 试通水实施情况

试通水利用南水北调东线一期工程既有输水线路，穿黄河后由小运河至邱屯枢纽，然后沿六分干与七一六五河，至牛角峪枢纽上游，通过穿潘庄引黄倒虹吸于四女寺闸下入南运河，之后继续向下游输水至天津北大港水库。自穿黄出口至北大港水库线路全长506 km，原马厂减河线路全长487 km。

试通水于4月21日开始，6月26日结束，历时67 d，六五河节制闸累计调水6 868万m3，计划完成率130%；潘庄引黄倒虹吸累计调水量6 433万m3，计划完成率124%；南运河第三店（入河北省）累计调水量5 717万m3，计划完成率116%；九宣闸（入天津市）累积调水量1 978万m3，计划完成率99%。此次试通水实现了“将南水北调东线水经南运河通至天津市九宣闸”的目标。六五河节制闸以北输水河段关键断面调水量完成情况，详见表1。

表1 关键断面调水量完成情况统计

3 输水损失分析

由于六五河节制闸以北输水河段两岸农业灌溉等计划外引水没有计量，采用断面实测流量资料计算的实测输水率不能真实反映输水情况。为此，结合输水河段长度、水面宽度、时间以及水文地质等参数，参考以往引黄输水经验，采用水文及水力学方法分河段对输水损失率进行分析，提出各河段较为合理的输水率，进而估算蒸发、渗漏损失量和沿线引水量。

3.1 输水率分析

从2010年开始，天津应急引黄线路换为潘庄线路（穿潘庄引黄倒虹吸后从南运河至九宣闸），与试通水输水线路南运河段一致。本次在参考2010—2011、2011—2012年度引黄济津输水经验的基础上，结合引黄济津河北省中东部平原区河道渗漏损失率计算方法［2］，对六五河节制闸以北河段合理的输水率进行分析确定。

（1）六五河节制闸至潘庄引黄倒虹吸段，河长约11 km，输水前河道处于有水但断流状态。根据现场巡查情况，本次试通水初期，在水头到达南运河第三店后的几天内六五河节制闸至南运河第三店段引水现象较少，能够近似反映输水损失情况。4月26日6时水头到达南运河第三店断面后，4月27—30日期间水位基本维持在14.5 m左右且流速变动不大，所以选取4月27—30日时段进行输水率分析。根据实测断面资料计算，六五河节制闸至潘庄引黄倒虹吸段输水率为91.3%～94.6%。采用引黄济津中东部平原区河道渗漏损失率计算方法得出输水率为97.6%，综合考虑河道现状选取91.3%～94.6%中较大值，确定该段合理输水率为94%。

（2）潘庄引黄倒虹吸至南运河第三店段，河长约46 km。输水前潘庄引黄倒虹吸至德州城区南橡胶坝段（河长约20 km）河道基本有水；德州市城区景观段（河长约5 km）有南北橡胶坝存蓄的景观水；德州城区北橡胶坝至第三店段（河长约21 km）基本处于干涸状态。同样选取4月27—30日时段进行输水率分析，经计算潘庄引黄倒虹吸至第三店段输水率为91.5%～94.5%。根据2011—2012年度引黄济津实测输水数据，此段输水率为97.3%。结合河道现状情况分析选取91.5%～94.5%中间值，确定该段合理输水率为93%。

（3）南运河第三店至九宣闸段，河长约218 km，除泊头市、沧州市城区、青县城区城市景观段外，其余河道处于断流状态。2010—2011年度引黄济津输水历时171 d，分两阶段进行，第三店至九宣闸段实测输水率分别是63%和66%。2011—2012年度引黄济津输水历时90 d，第三店至九宣闸段实测输水率为65%。结合引黄济津输水率看，在第三店输水流量30～50 m3/s条件下，冬季引黄济津输水率基本维持在65%左右。但本次试通水受上游七一河过流能力限制，输水流量较小，第三店平均流量仅为9.9 m3/s，九宣闸平均流量仅为4.8 m3/s，输水流量小且输水时间短，属于小流量长距离短历时输水。河道输水率主要与输水期间的河道入渗量相关，而河道渗漏损失量与输水期间的河道水面宽度和河道水深成正比例关系［3］。与引黄济津比较，本次输水的流量小，入渗损失绝对量较小但相对损失率较大，同时输水时段又正值五六月份，与冬季输水相比蒸发损失也大，不能直接采用引黄济津输水率结果。所以，本次试通水以引黄济津实测损失量为基础，按照本次输水与引黄济津输水典型断面水面宽度和河道水深比例关系，采用水力学方法近似估算出此次输水的渗漏损失水量。经测算与分析，确定此次输水第三店至九宣闸段合理输水率为50%。

各河段合理输水率确定结果，详见表2。

表2 六五河节制闸以北输水河段合理输水率确定

3.2 蒸发渗漏损失量估算

（1）蒸发损失。利用输水沿线水文站实测降水与蒸发数据，用输水期内蒸发值减掉同期降水量，并结合输水水面面积估算蒸发损失量。水文测站采用临清、四女寺上、安陵、捷地、九宣闸（南）上等站。经分析计算，六五河节制闸以北蒸发损失量242万m3，其中六五河节制闸至潘庄引黄倒虹吸段11万m3、潘庄引黄倒虹吸至南运河第三店段47万m3、南运河第三店至九宣闸段184万m3。

（2）渗漏损失。六五河节制闸至九宣闸段除部分城市景观段外，其余河段输水前处于断流状态，输水结束后在上游无水量下泄情况下，河道内坑洼存蓄的少量水除了部分被农民引走外，会继续下渗蒸发损失掉，由于此部分水量难以计量，所以一并归入渗漏损失量中。各河段入口断面过水量减去出口断面估算收水量（按照合理输水率计算）之后，再扣除该段蒸发损失量即为河道渗漏损失量。

经分析计算，六五河节制闸以北渗漏损失量约3 472万m3，其中六五河节制闸至潘庄引黄倒虹吸段403万m3、潘庄引黄倒虹吸至南运河第三店段395万m3、南运河第三店至九宣闸段2 674万m3。

3.3 沿线引水量估算

输水末期六五河节制闸关闭后，沿线除继续输送尾水外，还输送了部分原有河道闸坝槽蓄的水量。此外，本次试通水正处于沿线农业灌溉高峰期，输水期间存在引水用于灌溉等现象。输水实际损失量应包括闸坝槽蓄变化、蒸发渗漏损失以及沿线引水等因素的影响。由此可知，沿线各段引水量即为进口断面过水量加上河道闸坝槽蓄变化值，再减掉蒸发渗漏损失和出口断面实际收水量。

根据沿线省市上报和遥感影像数据，山东省德州市景观段河长约5 km，水位下降约1.5 m，蓄水量减少约29万m3。河北省泊头市城区河段（南橡胶坝至北橡胶坝）河长约6.4 km，北橡胶坝输水前蓄水深为4.5 m，输水结束后蓄水深为2 m，蓄水量减少约70万m3；沧州市城区段（王希鲁节制闸至北陈屯枢纽）河长约11.5 km，输水前水位为6.8 m，输水结束后水位6.34 m，蓄水量减少约22万m3；青县城市景观段河长约16 km，城北节制闸蓄水前水位5.5 m，输水结束后水位4.3 m，蓄水量减少约50万m3。综上，山东段河道槽蓄水量减少约29万m3，河北段河道槽蓄水量减少约142万m3。

经分析计算，六五河节制闸至九宣闸沿线引水量为1 346万m3，其中六五河节制闸至潘庄引黄倒虹吸段21万m3、潘庄引黄倒虹吸至南运河第三店段303万m3、南运河第三店至九宣闸段1 022万m3。六五河节制闸以北河段引水量估算结果，详见表3。

表3 六五河节制闸以北河段引水量估算结果 万m3

4 试通水效果评价分析

4.1 河湖生态补水效果评价

作为大运河文化带建设重要组成部分的南运河，目前大部分河段处于干涸或断流状态，河流水生态恶化，难以支撑大运河文化带的建设。在充分挖潜当地用水的前提下，利用南水北调东线一期北延应急供水水源补充河湖的生态用水，对恢复河湖湿地的生态起到重要的补充水源作用。

根据输水期间现场调查与输水前后遥感影像资料统计分析，此次试通水生态效果明显，南运河130 km断流河道实现通水，南运河和北大港水库水面面积增加约6 km2，北大港水库补水约920万m3。东线长江水所过之处的生机盎然和水头未达前河道的干涸地裂形成了鲜明对照，使古老的南运河恢复了勃勃生机，对大运河文化带的建设起到了良好支撑作用。

4.2 地下水补源效果评价

4.2.1 替代超采地下水水量分析

输水沿线浅层地下水多为微咸水无法用于农业灌溉，输水期间农民沿线引水灌溉直接效果为减少对深层地下水的开采，沿线农业灌溉及其他的引水量即为压采深层地下水的开采量。按照沿线引水量估算结果，此次试通水六五河节制闸以北共替代深层地下水开采量1 346万m3，其中六五河节制闸至潘庄引黄倒虹吸段21万m3、潘庄引黄倒虹吸至南运河第三店段303万m3、南运河第三店至九宣闸段1 022万m3。

4.2.2 河道回补浅层地下水效果分析

分析评估河道入渗回补地下水效果，引入河道入渗补给系数的概念（河道有效补给地下水量占渗漏损失的百分比）。综合分析输水河道调水前干湿状况及浅层地下水埋深情况，河道入渗补给系数取65%。经分析计算，此次试通水六五河节制闸以北河道入渗补给浅层地下水2 611万m3，其中六五河节制闸至潘庄引黄倒虹吸段262万m3、潘庄引黄倒虹吸至南运河第三店段257万m3、南运河第三店至九宣闸段1 738万m3、天津市境内输水段354万m3。

5 结论

开展试通水是充分发挥南水北调工程效益的有效探索。南水北调东线一期工程应急供水能够为华北地区地下水超采综合治理提供可靠水源，同时能够向沿线城市灵活调配并提供补充水源，有效保障沿线城市用水安全。

此次试通水是南水北调东线工程自2013年正式通水以来，首次把长江水输向天津、河北两省市，实现了“将南水北调东线水经南运河通至天津市九宣闸”的目标，检验了试通水线路和工程，改善了河道生态环境，通过河道回补了沿线浅层地下水，通过置换农业灌溉等深层地下水取水实现了地下水压采，实现了“试”和“通”的目标。此外也发现了试通水在调度、巡查和沿线河道堤防运行维护等方面存在的问题，为以后常态化供水提供了必要的参考依据。