滇池蓄清排污調度方案探析

段琪彩，黃 英，柏紹光

(1.云南省水利水電科學研究院，云南昆明 650228;2.云南省水文水資源局昆明分局，云南昆明 650051)

滇池是我國著名的高原淡水湖泊，屬國家重點保護水域之一，對維護區域生態平衡起著重要作用，同時也是昆明市發展不可或缺的城市景觀用水、工農業用水的重要水源和城市生活備用應急水源。從20世紀80年代初開始，滇池藻類大量繁殖，水質不斷惡化，成為國家“三湖三河”重點治理的湖泊之一[1-3]。近年來，滇池治理已投入了大量的人力、物力和財力，截至2010年1月，滇池治理總投資120億元[4]，取得了階段性成果，水質惡化的趨勢得到有效遏制[2-3]。但是，由于高原寬淺湖泊水動力條件差、自凈能力弱，滇池水環境質量仍未根本好轉[1-3]。滇池現狀水質總體評價南部優于北部，現階段滇池治理的研究方案之一是:嘗試將滇池北部水質較差的水體從位于西北側的西園隧洞外排，通過蓄清排污的非工程措施來改善水環境。本文對滇池的蓄清排污調度方案進行分析研究，旨在為滇池水資源綜合利用、水環境改善探索新的思路。

1 流域概況

滇池流域是云南省的政治、經濟、文化中心，流域內包含五華、盤龍、西山、官渡、呈貢、晉寧、嵩明、尋甸等8個縣(區)。2009年流域內總人口332萬，人口密度1137人/km2。流域處于長江、珠江、紅河分水嶺地帶，人均水資源占有量不足300 m3，屬資源型缺水地區;因流域內人類活動影響大，入湖河道水質污染嚴重，又屬水質型缺水地區。

滇池位于長江干流金沙江下段右岸一級支流普渡河上游，坐落于昆明市區西南面，地理位置介于東經 102°37'～102°48'，北緯 24°40'～25°02'之間，是云貴高原水面最大的天然淡水湖泊。湖面呈弓形，水位1887.40 m(黃海基準面)時湖面南北長40 km，東西平均7 km，湖岸線長163.2 km，平均水深5.3 m，最大水深11.2 m，湖面面積309.5 km2，蓄水容量15.6億 m3[5]。目前，滇池水域分為內湖(草海)和外湖(外海)，其中外海水面面積約298.5 km2，草海水面面積約11 km2[5]。內、外湖之間由船閘和節制閘連接，兩湖水量交換受人為控制。

滇池流域為中、低山地貌，流域面積2920 km2，其中外海流域面積2725 km2，草海流域面積195 km2。滇池流域水系不對稱發育，入湖河流主要分布于北部和東部，西側緊鄰西山，無較大支流匯入，北部的草海流域有新運糧河、老運糧河、大觀河等8條主要入湖河流，外海有盤龍江、寶象河、馬料河等27條主要入湖河流。滇池35條入湖河流控制面積2430 km2，占滇池流域總面積的83.2%，其中13條河流上游建有23座水庫，控制面積1142 km2，占滇池流域面積的39.1%。滇池流域水系分布見圖1。

圖1 滇池流域水系分布

2 水量條件

2.1 滇池入湖徑流量

1996年以前，海口河為滇池唯一排水通道，1996年8月在草海西側人工開鑿西園隧洞，增加另一排水通道。海口河和西園隧洞有實測出湖水量資料，湖內有3個站觀測水位，但因滇池調蓄作用和沿湖工農業用水、湖面蒸發量大，故滇池入湖徑流采用水量平衡還原計算，還原時考慮湖容變量、出湖水量、沿湖工農業用(耗)水量和湖面蒸發量。由于人類活動對徑流影響大，將還原的徑流系列修正到同一影響的基礎上，得到具有一致性的現狀入湖徑流系列，系列長為1953—2009年。不同保證率入湖徑流量經頻率計算推求，外流域引水的回歸水量分別按現狀年和實施清水海(一期)、牛欄江—滇池補水工程(2012年)以后兩種情景考慮，現狀年加入云龍水庫引水回歸水，2012年以后又增加清水海(一期)、牛欄江引水的回歸水。云龍水庫日引水量51萬 m3①云南省水利水電勘測設計研究院.昆明市掌鳩河引水供水工程初步設計水源工程(云龍水庫)報告.1999.，清水海(一期)引水量 1.12 m3/s②昆明市給水工程設計院.昆明市清水海引水工程(一期)初步設計報告.2007.，回歸水量按引水量的75%計。牛欄江豐、平、枯水年補水量分別為 20.7m3/s、19.0m3/s、17.3m3/s③中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院，云南省水利水電勘測設計研究院.云南省牛欄江—滇池補水工程初步報告.2011.。云龍水庫引水回歸水分別退入草海和外海，清水海和牛欄江引水回歸水全部進入外海。

經還原修正，滇池本流域多年平均入湖徑流量9.86億m3，考慮自外流域調水加入云龍水庫引水回歸水量后多年平均入湖徑流量11.25億m3，實施清水海(一期)、牛欄江—滇池補水工程后多年平均入湖徑流量17.51億m3。不同保證率入湖徑流量詳見表1。

2.2 外海盈余水量

滇池外海集水面積和水域面積均遠大于草海，現狀入湖水量是草海的8.7倍。滇池外海來水滿足周邊工農業用水、下游海口河段用水和湖面蒸發損失后，汛期盈余水量現狀由海口河外排，研究考慮將部分外海汛期盈余水量經草海由西園隧洞外排。因入湖水量、用水量和湖面蒸發損失水量均是動態的，且蓄泄水受滇池運行水位和海埂閘、西園隧洞閘的過水能力限制，故外海汛期盈余水量通過外海與草海聯合調度來計算。計算邊界條件:①特征水位執行《滇池保護條例》規定的控制水位，即外海主汛期6—9月的水位控制在1887.20 m以內，其余時期最高水位控制在1887.50 m以內;草海主汛期6—8月的水位控制在1885.50 m以內，其余時期最高水位控制在1886.80 m以內。②海埂節制閘最大過水量36.0 m3/s，西園隧洞最大過水量40 m3/s(含19.2萬m3/d的城市污水處理廠處理后的中水量)，海口中灘閘最大過水量80 m3/s。③ 保證下游海口河段的工業用水量10422萬m3/a，農業用水量661萬～763萬m3/a。按以上邊界條件控制，經逐月調度計算，得到不同保證率外海盈余水量，詳見表2。

表1 不同保證率下滇池入湖徑流量 億m3

表2 滇池內外海徑流聯合調度計算成果

從表2可以看出，汛期滇池外海除滿足沿湖和下游工農業正常用水外，不同年景均有水量盈余，現狀年(2010年)余水量1.34億～7.70億m3，實施清水海(一期)、牛欄江—滇池補水工程(2012年)以后余水量4.84億～14.50億m3。不考慮調度方案制約時，現狀年和實施清水海(一期)、牛欄江—滇池補水工程后，外海余水可經草海由西園隧洞外排水量分別為1.33億～4.42億m3、3.54億～7.90億m3。

3 調度方案

從水量分析成果可以看出，不同來水條件下外海均有余水，此部分余水經西園隧洞外排，現按蓄滿外排和蓄泄結合兩種調度方案進行討論。

蓄滿外排調度方案:首先，關閉海埂節制閘，西園隧洞閘門全開，使草海水位降至最低工作水位(1885.50 m)騰空草海湖容，此時外海與草海之間產生較大水位差;然后，打開海埂節制閘，使外海水在較短時間內涌入草海，待草海水位達到或接近正常水位(1886.80 m)時關閉節制閘，如此反復循環。

蓄泄結合調度方案:草海水位控制在正常水位以內，西園隧洞閘門全開，出流量接近最大過流能力(40 m3/s)，調整海埂節制閘的閘門開啟高度，保持內外海水位差在0.50 m左右，使外海水自流進入草海，然后由西園隧洞排出。

根據來水條件，按2.2節外海盈余水量計算相同的邊界條件，經逐月調度計算，得到兩種調度方案由西園隧洞外排的外海水量，成果詳見表3。

表3 兩種調度方案實際調水量比較 億m3

從表3可以看出，不同調度方案實際經草海由西園隧洞外排的外海水量是不同的。蓄滿外排方案現狀條件實際外排水量0.82億～3.24億m3，實施清水海(一期)、牛欄江—滇池補水工程后實際外排水量2.72億～4.89億m3;蓄泄結合方案現狀條件實際外排水量1.30億 ～4.38億 m3，實施清水海(一期)、牛欄江—滇池補水工程后實際外排水量3.42億～7.41億m3。從外排水量來看，蓄泄結合調度方案實際外排水量明顯大于蓄滿外排方案。

4 調度方案可行性分析

調度方案可行性從水動力、水質、泄水設施設備、管理及可能產生的負面影響等方面來分析。

根據《滇池保護條例》，草海汛期最低工作水位1885.50m，正常水位1886.80m;外海汛期限制水位1887.20 m，正常水位1887.50 m。外海與草海汛期水位相差1.7 m，非汛期水位相差0.7 m。滇池現狀的運行方式是草海與外海單獨運行，只有遇大洪水西園隧洞不滿足洪水宣泄時才打開節制閘外排洪水，一般情況外海與草海之間已保持一定的水位差，且滇池風向以西南向為主，具備自流補水動力條件。

近年來，滇池外海水質總體優于草海，而外海南部水質又優于北部。通過聯合調度，將草海余水和外海北部水質較差的水體由西園隧洞外排，有利于外海水環境改善。

滇池草海與外海之間的節制閘為鋼質平底平板閘門，寬4 m，高4 m，現狀啟閉運行正常。西園隧洞閘門位于隧洞入口處，為鋼質矩形平底平板閘，寬6.6 m，高4.75 m，閘門啟閉運行正常。海埂閘、海口閘和西園隧洞閘由昆明市滇池管理局統一管理。具備聯合調度的設施設備和管理條件。

按滇池運行水位控制下進行調度，對滇池入湖河流不會產生大的頂托影響。按蓄滿外排方案調度，草海水位在1885.50～1886.80 m之間變化，幅度為1.3 m，對湖周邊用水、濕地和湖堤穩定產生一定影響;按蓄泄結合方案調度，草海水位保持較高狀態，對湖周邊用水、濕地和湖堤穩定基本無影響。

5 結 語

在分析來水、用水、水質及已建工程設施條件的基礎上，通過對滇池蓄清排污調度方案比較，得出以下初步結論和建議:

a.外海汛期盈余水量可經草海由西園隧洞外排，現狀年盈余水量為1.33億～4.42億 m3，2012年實施清水海(一期)、牛欄江—滇池補水工程后外排水量為3.54億～7.90億m3。在保證滇池沿湖和下游工農業用水以及防洪安全的前提下，不同來水條件具備實施滇池北部水質較差水體自西園隧洞外排的水量條件。

b.按蓄滿外排方案調度，現狀年可外排水量0.82億～3.24億m3，實施清水海(一期)、牛欄江—滇池補水工程以后可外排水量2.72億～4.89億m3。按蓄泄結合方案調度，現狀年可外排水量1.30億～4.38億m3，實施清水海、牛欄江—滇池補水工程以后可外排水量3.42億～7.41億m3。從調水量大、草海運行水位變幅小和對湖周邊用水、湖堤影響小的角度考慮，推薦蓄泄結合的調度方案。

c.滇池現狀外海和草海一般單獨運行，外海北部水質較差水體需經湖區后由海口河外排。現有設施設備和運行管理均具備聯合調度的條件，外海部分水體經草海轉由西園隧洞外排，有利于滇池水環境改善。

d.滇池特征水位與流域來水有關，也與下泄水量有關，為了確保防洪安全和水資源充分利用，滇池水量調度除了考慮設施設備運行正常外，還需掌握流域內的雨水情勢。因此，建議加強和完善流域水情測報系統建設，以及時準確的水情信息為技術支撐。

e.滇池水資源調度涉及面廣，沿湖工農業用水、湖岸濕地生態用水及下游生產、生態用水與調度方式關系密切，具體實施時建議制定切實可行的調度方案，并上報主管部門審批。

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