高淳区农村水系连通方案研究

徐玉亭，邱 超，刘 聪

（南京市水利规划设计院股份有限公司，江苏南京 210000）

农村水系是农村水环境的重要载体，也是农村发展和人居环境改善密不可分的关键要素，而水系的连通是保持农村生态环境的稳定、维持生态系统可持续发展的重要保障。2019 年12 月，经江苏省水利厅、财政厅组织专家评审，南京高淳区、吴江区和泗阳县被初定为江苏省第一批水系连通及水美乡村建设试点县。2020 年5 月29 日，江苏省水利厅批复同意实施高淳区水系连通及农村水系综合整治试点工程，工程总投资6.3 亿元。

高淳项目区河道均属于水阳江流域，周边较大的水体主要有水阳江、运粮河和固城湖等。河道大部分为圩区内部河道，现状区域水系大部分已能保障连通性，但仍存在部分河道之间的连通节点未打通或无控制、现状引排水设施规模不足等问题。

本文结合南京市高淳区水系连通及农村水系综合整治试点县工程，通过对工程实施区现状引水节点、引排水体系和水系连通方面存在问题的分析，提出了水系连通总体设计思路，并对关键节点进行方案设计研究。

1 工程概况

高淳区隶属于江苏省南京市，北接溧水区，东邻苏、锡、常，西接安徽的宣城、马鞍山。高淳区现状需整治水系涉及砖墙、阳江、古柏、漆桥、固城、东坝、桠溪7 个镇街，涉及问题主要包括水系不连通、存在“四乱”现象、河道淤积、岸坡整治不到位、生态系统不完善等问题，本工程选取高淳区中西部380km2范围作为本次实施范围。工程通过水系连通、清淤疏浚、岸坡整治、水生态修复等工程措施，对横溪河、砖墙河、唐家河、茅城河、时家河等河道进行综合整治。

2 水系连通总体方案

2.1 现状分析

横溪河、唐家河、时家河、茅城河、砖墙河主要位于砖墙镇，包含永胜圩、相国圩和保胜圩等几个圩区。圩区东西两侧分别为水阳江和固城湖，水资源量较为充沛，引水也都从这两个较大水体引入，主要用于圩区灌溉和水量保障。

河道周边的永胜圩、相国圩和保胜圩均位于固城湖以西，圩区情况较为相似，圩内河网密布，水面率较高，目前以水产养殖为主，兼顾其他农业生产。圩区灌溉用水大部分通过涵闸、泵站从水阳江和固城河引入横溪河、砖墙河，再通过唐家河、时家河、茅城河等骨干河道上的涵闸、口门补充至圩内水网后分散取水。

圩区排涝时将关闭与骨干河道的取水通道，由圩内各排水泵站集中排水入水阳江和固城湖，当工程涉及的5 条河道水位高于最高控制水位后，河水将排入圩区由泵站排出，因此本工程5 条河仅承担部分排涝任务。

项目区5 条河道均属于水阳江流域，周边较大的水体主要有水阳江、港口河和固城湖。河道大部分为圩区内部河道，河道之间连通性大部分较好。

目前圩区区域主要有以下几个节点：

1）扁担河起点有澄沟泵站（在建），可从水阳江引水补充至圩区和狮树河，澄沟泵站为灌排两用泵站，泵站设计引水流量7.5m3/s。

2）砖墙河起点建有杨新坝涵闸，可从港口河引水补充至圩内各条河道，杨新坝涵闸规模为2.0m×1.6m。

3）横溪河起点建有永胜闸，可从固城湖引水，补充至狮树河与茅城河东段，永胜闸设计引水流量25m3/s，主要用于挡洪和灌溉。

目前区域引水主要通过这几个节点引入圩内河道后再通过涵闸口门等补充至圩区用于灌溉，排水主要通过圩区内的各个排涝泵站排入水阳江和固城湖。

现状区域水系大部分已能保障连通性，但仍存在部分河道之间的连通节点未打通或无控制、现状引排水设施规模不足等问题。

对以上河道存在的问题进行分类说明如表1。

表1 横溪河、砖墙河、茅城河等河道水系连通存在问题表

2.2 总体布局

结合现状的引水节点和引排水体系，针对现状水系连通方面存在的问题，制定本工程治理思路和措施表，如表2。

表2 水系连通措施表

2.3 总体规模确定

2.3.1 排涝规模

排涝标准采用20 年一遇[1]。雨水设计流量计算公式[2]为：

式中：Q—雨水设计流量，L/s；ψ—径流系数，由于河道以水面为主，径流系数取1；q—暴雨强度，L/hm2·s；F—汇水面积，hm2。

叠加周边排涝站流量后，计算各河道排水流量。

2.3.2 河道水位确定

本次河道水位确定主要依据河道现状水位情况、河道水流情况和周边地形情况确定。

本工程涉及河道为横溪河、砖墙河、茅城河、时家河和唐家河。河道主要用于灌溉引水和保持生态环境，横溪河水位为8.0～9.0m，砖墙河水位为8.0～8.5m，茅城河、时家河和唐家河水位为6.5～7.3m。

本次采用湿周法[3]，确定河道生态水位。砖墙河湿周为30.2m，对应水位为8.3m，对应生态流量为3.58m3/s。

2.3.3 河道引补水规模

根据《河湖生态环境需水计算规范》（SLZ712-2014）[4]，由于本工程河道主要功能为灌溉，汇水面积较小，结合河道特点，河道生态流量主要从水量平衡、生态槽蓄量和供水需求三方面确定。

1）水量平衡

根据河道功能定位，河道主要水量损失为蒸发、渗漏，河道蒸发主要为水面蒸发，水面蒸发损失主要与蒸发量和水面面积有关，可表示为：

式中：WE—河道蒸发耗水量，万m3；EP—高淳区水面蒸发强度，mm；L—计算河段长度，m；B—计算河段水面宽度，m。

水面蒸发量由《江苏省水文手册》中水面年蒸发量均值图查得各月蒸发量。

河道渗漏主要为河道底部渗漏和岸边侧渗，渗漏损失主要与渗漏面积和河床渗透介质参数有关，根据场区河道土质条件，计算各河道日损失水量情况。

2）生态槽蓄量

本次生态槽蓄量[5]从河道换水周期角度考虑，参考南京市其他河道引补水经验，大型河道换水周期一般取5～10 天，本次高淳区水系连通涉及河道槽蓄量均较大，考虑换水周期为7 天。

3）河道供水需求确定

工程涉及河道供水主要是向圩区内补充灌溉用水，根据现场调查和统计，圩区内耕地面积较小，以蟹塘为主。蟹塘用水需求主要为：（1）蟹塘换水，每年换水时间为4—11 月，换水方式为每隔2～3 天按10～15cm 水深控制进行换水；（2）每年蟹塘排干后要在4 月前对蟹塘再次蓄满，蓄水时间按15 天计算。根据蟹塘用水需求，确定各圩区用水需求和各引水河道引水流量，根据灌溉需水量计算结果，现状各河道引水规模基本可满足灌溉需求。

综上，各河道引补水规模取外包流量，确定各河道引补水规模。

4）相关节点工程规模确定

整合河道生态流量和圩区排涝流量，充分考虑河网上下游关系和特点，相关节点规模确定见表3。

表3 相关节点工程规模表

2.4 建筑物方案

通过新/改建水位控制设施、拆坝建桥等措施，使项目区水系连通，增强河道引排能力，保障生态流量。

本工程结合现有水系控制建筑物布局，拟进行新建或改造的相关建筑物共有4 处，分别为横溪河上四园闸、茅城河上马家圩闸、砖墙河上洪户跌水堰和达路埂桥。

2.4.1 建筑物布局

本工程新建水位控制设施有3 处。

第一处水位控制设施位于四园村，拟建设施分隔横溪河与四园塘，水流方向由横溪河至四园塘，横溪河设计控制水位为8.1m，四园塘设计控制水位为7.2m。控制设施需具备水位活动调节功能。

第二处水位控制设施位于茅城河与砖墙河交界处，设计拟将两河连通，水流方向由砖墙河至茅城河，砖墙河设计控制水位为8.4m，茅城河设计控制水位为7.3m。控制设施不仅起沟通水系作用，且需具备水位活动调节功能。

第三处水位控制设施位于砖墙河中游时家村，砖墙河上游设计控制水位为8.4m，砖墙河下游设计控制水位为7.3m。控制设施无需具备水位活动调节功能。

2.4.2 建筑物选型

拦蓄水建筑物分为固定式和活动式两类。

1）跌水堰

跌水堰是活水水景工程中的一种，是规则形态的落水景观，一般采用砌石或钢筋砼结构。跌水瀑布原始、自然，堰型可以为曲线、折线、弧线等，富有野趣，适合自然山水园林，也适合于简洁明快的现代园林和城市环境。

2）底轴驱动翻板闸门

底轴驱动翻板闸门方案适用于大跨度低水头的挡水需求。底轴驱动翻板闸门固定在纵向悬臂主梁，纵梁的悬臂固端与底轴刚性连接，底轴连续支承在预埋于闸底槛的多个支铰座上。闸门的底轴伸入两侧闸墩内与液压启闭机连接，由液压启闭机实现闸门启闭。

3）液压升降坝

液压升降坝的构造由弧形（或直线）坝面、液压杆、支撑杆、液压缸和液压泵站组成。使用液压控制升降闸门，实现液压坝升坝拦水、降坝泄洪的目的。泄洪区位采用全滑动支撑杆支撑活动闸门面板，构成稳定的支墩。

4）气盾坝

气盾坝结构主要由盾板、充气气囊及控制系统等组成。利用充气气囊支撑盾板挡水，气囊排气后塌坝，气囊卧于盾板下，可避免河道砂石、冰凌等对坝袋的破坏；气囊内填充介质为气体，放气塌坝。

闸型确定：水闸门型比选主要考虑以下条件：（1）闸门应满足功能性要求，即考虑是否需满足泄洪及调节水位的要求；（2）闸门应具有较高可靠性及可维护性，运行管理方便；（3）周边区域景观效果要求。

结合总体水系布局，四园闸、马家圩闸不仅具有水位活动调节需求，同时安全可靠要求高，故选用底轴翻板闸型式；洪户堰无需水位活动调节需求，结合经济性、后期运行维护，选用跌水堰。

3 结语

高淳区水系的连通对高淳区农村生态环境的稳定性和生态系统的可持续发展起到非常重要的作用。水系的连通也可以增加水资源的储备和调节能力，使得农村地区更能够适应气候变化，减少干旱或洪涝灾害等不利因素的影响。本文通过对工程实施区现状引水节点、引排水体系和水系连通方面存在问题的分析，介绍了水系连通总体设计思路，并对关键节点进行方案设计研究、设计比选，可为类似农村水系连通项目建设提供可行的技术参考。

目前工程已完工，水系连通方案的落地，解决了高淳区河道之间连通节点未打通或无控制等问题，使高淳区的水资源利用率大大提升，水环境质量大大改善，可为该区经济社会持续稳定的发展提供水利保障