藕池东支向大通湖补水有关问题的探讨

张正贤，习业刚，李浩琮

（1.益阳市大通湖区水利管理委员会办公室，湖南 益阳 413000；2.益阳市水利局，湖南 益阳 413000；3.益阳市水利水电勘测设计研究院有限公司，湖南 益阳 413000）

1 基本情况

大通湖垸位于益阳市北部，地处洞庭湖腹地。大通湖流域共涉及南县、沅江市和大通湖区的3县（市、区）14乡镇（办事处）。大通湖垸四面环水，北有藕池河，南临草尾河，西临沱江，东临东洞庭湖，垸内主要河道及湖泊有五七运河、金盆河、大新河、苏河、塞阳运河、老三河、大通湖内湖及瓦岗湖。大通湖区域水系分布情况详见图1。

图1 大通湖区域水系图

藕池东支自藕池口、管家铺、黄金嘴、南县，北景港、注滋口、新洲注入东洞庭湖。东支到南县九都山分一支往南，经中鱼口、三仙湖至茅草街东侧入南洞庭湖，已建闸控制。草尾河自胜天流经草尾、黄茅洲、漉湖芦苇场入湖。大通湖湖泊面积79.4 km2，流域面积1 007.2 km2，是全省最大的内湖，东西长15.75 km，南北宽13.7 km。常水位时大通湖平均水深2.5 m，蓄水2.32亿m3。大通湖和藕池东支之间有明山和苏河泵站，明山泵站装机6台总容量13 800 kW，设计排水流量150 m3/s。

2 大通湖水环境现状及存在的问题

2.1 水环境治理与现状

2013年大通湖保护被列入湖南省政府十大环保工程之一，同年申报国家水质良好湖泊保护项目，但2016年起发现大通湖水质开始呈现恶化趋势，2017年和2018年总体水质为劣Ⅴ类，主要污染指标为总磷、总氮。

近年来，当地政府全面落实省第6号总河长令《关于开展大通湖流域综合治理的决定》。根据《大通湖水质达标方案（2017—2020）》，先后实施了大通湖区企业遗留污染治理及整改工程、化肥肥料减量工程、污水管网改造建设工程、农村垃圾清运工程、养殖场污染治理工程、恢复大通湖水生植被工程、疏浚和生态调水等10多项专项治理措施，水环境污染形势得到有效遏制，水质持续好转，2020年整体已提升为Ⅳ类，局部区域达到Ⅲ类。

2.2 存在的主要问题

水环境治理是一项综合性的系统工程，内、外源污染治理又具有短期内难以全面见效的特点，加上流域面积达1 007.2 km2，大部分污染源通过渍涝水汇入大通湖，导致大通湖流域污染问题的长期性、复杂性和艰巨性，距离大通湖整体水质达到Ⅲ类水质目标仍任重道远。

1）活水来源不足。大通湖主要入湖河流有五七运河、金盆河、苏河，区内还有塞阳河、四兴河、老三河等，其余沟渠与周边河流相连，最终汇入大通湖。大通湖区沟渠密布，但大部分为垸内通湖河渠，与垸外水系直接连通的河渠较少，活水来源不足。

2）水体流动性差、交换困难。垸内水系使大通湖周边污染物随水流进入湖内，影响大通湖水质。特别是干旱期，本地降雨少，区内水体基本无流动，污染物因得不到充分稀释而沉积在河渠，严重影响大通湖水质。如五七运河引水入湖后只能通过金盆河从五门闸排出，水流进、出口均位于大通湖南部，流动交换的影响区域仅限于南部水域，中部、北部水域不能有效进行循环流动。

3）种植水草要求的内湖低水位难以实现。根据环境治理要求，种植水草需将内湖水位控制在25.28～25.78 m。明山、大东口泵站主要担负着大通湖垸的排涝任务，两泵站是综合大通湖垸多年的水位变化特征而设计建设，泵站的选址、泵房建设高程和机电设备的设计匹配，只能满足垸内汛期渍水外排需要，当内湖水位较低时，两泵站均不能正常开机运行，水环境治理要求降低内湖水位进行环境治理的要求难以实现。

3 从藕池河引水的可行性分析

3.1 引水时段分析

据南县、注滋口和东洞庭湖五门闸（外）、千山红、五门闸（内）等水文（位）站2002—2019年水位资料，统计历年5—9月逐日藕池东支与大通湖、五门闸内外水位差和藕池东支水位高于大通湖水位的天数及五门闸内水位高于五门闸外水位的天数，详见表1。

表1 各河流(湖泊)水位对比情况统计表 天

从统计结果可以看出:①藕池东支水位高于大通湖水位的时间主要集中在6月、7月、8月，5月、9月有部分时间高于大通湖水位，平均每年可引水天数为104.5天，其中水位高于0.5 m的天数为97.9天；五门闸内水位高于五门闸外水位时间主要集中在5月、9月、6月月上旬、8月下旬，平均每年五门闸自排可排水天数为55.4天。②藕池东支水位高于大通湖水位主要时段在6月、7月、8月和5月、9月部分时段，汛期五门闸内水位高于东洞庭湖水位时（5月、9月、6月上旬、8月份下旬），大通湖水可通过五门闸自流外排，藕池东支引水可自流外排时段为二者重叠时段，即藕池东支水位高于千山红水位且五门闸内水位高于五门闸外水位时段，二者重叠时段平均天数为27.0天。③大通湖水位与五门闸外水位之差0～0.5 m时段为13.2天，0.5～1.0 m时段为5.8天，1.0 m以上时段为1.6天，藕池东支水位＞千山红水位＞五门闸外水位且后二者水头差大于0.5 m的平均天数为7.4天。④藕池东支水位＞千山红水位＞五门闸外水位且三者水头差大于0.5 m的平均天数为5.4天。

3.2 藕池东支水质分析

根据环保部门提供的藕池东支2017年1月—2020年1月份东支水质资料,藕池东支水质为Ⅱ～Ⅲ类水质（河道标准），但藕池东支中总氮含量较高，达到Ⅴ类甚至劣Ⅴ类水质标准，根据现行河道水质检测标准，总氮不纳入河道水质分类标准，只作为河道营养化评价依据。

中国环境科学研究院将藕池东支水质和大通湖湖心处监测水质进行对比，用于评估调水后的水质改善效果，主要关注时段为6—8月，主要结论如下：

1）高锰酸盐：2017—2019年，大通湖高锰酸盐指数呈明显上升趋势，现已接近III类水上限。2019年6—8月，藕池河东支的高锰酸盐指数仅为大通湖的1/3～4/5，调水后，对大通湖有明显改善作用。

2）氨氮：2019年藕池东支和大通湖氨氮浓度基本相当，两者都远低于III类水上限，调水不会明显引起大通湖氨氮变化。

3）磷：2019年6—8月，藕池东支的总磷浓度为大通湖的1/3～2/3；2017—2018年汛期，藕池东支浓度远低于大通湖，调水有利于改善大通湖总磷。

4）总氮：2018和2019年6—8月，藕池东支的总氮浓度最好监测数据为V类，超过一半时间为劣V类，调水引起大通湖总氮污染。总体结论为：藕池东支调水改善指标为高锰酸盐、总磷，中性平衡指标为氨氮，恶化指标为总氮。

另根据2016—2019年大通湖水质情况，总氮和总磷自2017以来一直都超负荷，总磷一直超标；总氮属于不稳定因素，每年波动范围较大，如果藕池东支引水总氮超标，可能导致大通湖水质恶化。

4 补水工程规模

藕池东支补水工程主要是针对大通湖水系当前存在的问题，通过在明山泵站新建引排水闸实现大通湖和藕池东支的自流连通。当藕池东支水位较高时，通过引排闸自流向大通湖补水，再经大东口排出；枯水期通过引排闸将五七闸所引之水或大通湖水自流排入藕池东支，不仅给大通湖提供新的“活水”来源，同时还能促进大通湖内部水体的流动。结合引排闸新建内低水位高扬程泵站，使大通湖水位较低不能自流外排且不能通过明山泵站开机外排时，能启动低水位高扬程泵站向外排水以降低大通湖水位，同时将低水位高扬程泵站作为明山泵站的备用机组，提高大通湖垸的排涝能力和排涝保证率。

《大通湖流域水环境治理（截污活水）实施方案》拟在老苏河及明山电排渠接大通湖的河口位置新建节制闸，非汛期关闭节制闸截断老苏河及明山电排渠汇集的流入大通湖的雨污水，使其通过明山引排水闸自流或低水位高扬程电排提排入藕池河东支。排涝设计流量为39 m3/s。

当大通湖需进行内湖与外河之间水体交换时，可通过明山引排水闸及低水位高扬程泵站将五七闸所引之水自流或提排入藕池东支，从而促进大通湖南、北部水体的流动，提高水体自净能力，达到生态活水目的。《大通湖流域水环境治理（截污活水）实施方案》拟通过改造五七闸沉螺池、疏通河道、加固沿线岸坡提升五七运河补水效率，将五七运河补水能力提升至40m3/s。

根据《大通湖水生植被种植与水质改善实施方案（2020年9月—2021年4月）》“湖内水位控制在25.78 m以下，水生植物能够顺利且快速生长”。假定5天、15天、30天内将大通湖水位由26.28 m降至25.78 m，需排水流量分别为112 m3/s、37 m3/s、19 m3/s。

通过分析以上三种工况，在排涝工况和活水工况下，引排水闸及低水位高扬程泵站排水流量分别为39 m3/s、40 m3/s。在水草种植工况下，5天、15天、30天将水位降至25.78 m时对应流量下泵站所需装机分别为12 000 kW、4 000 kW、2 000 kW。经技术经济比较，水草种植所需提排流量选取37 m3/s较为合适。

综合上述分析对比，确定引排水闸及排涝泵站排水流量均不得小于40 m3/s，即引排水闸设计排水流量取40 m3/s，泵站设计排水流量取40 m3/s。因引排水闸年平均引水天数仅5.4天，其主要功能为排水，故以排水流量确定的涵闸规模来推算引水流量。根据分析计算，相同规模涵闸引水时引排水闸涵洞内平均水深2.36 m，大于排水时涵洞内平均水深1.66 m，即在相同洞径下引水流量大于排水流量，对应40 m3/s排水流量洞径下，最大引水能力为114 m3/s。

5 结论及建议

大通湖地处洞庭湖湖沼平原，是湖南省最大的内湖。一直以来，大通湖在保障流域内3个县（市、区）14个乡镇（办事处）工农业正常生产及62.76万居民的生命财产安全方面发挥着巨大作用。但随着社会经济的发展，大通湖水生态环境污染严重，对流域水生态安全造成严重威胁。

引排水闸具有引水和排水双重功能，排水设计流量为40 m3/s，引水最大能力可达到114 m3/s。大通湖藕池东支补水工程的实施，能实现大通湖和藕池河东支的自流连通，不仅能从垸外水系引入新的“活水”，还能极大促进大通湖南、北部水体的流动，有效提高水体自净能力，改善水质；能有效降低大通湖水位，满足大通湖环境治理水草种植需求，从而改善水生态环境；内低水位高扬程泵站能作为明山泵站的备用机组，提高大通湖垸的排涝能力和排涝保证率；同时还能推动当地社会经济的发展。工程的社会、生态、经济效益显著，是一项利国利民的社会公益型工程。工程技术上可行，经济上合理，建议尽快实施。