高淳區(qū)農(nóng)村水系連通方案研究

徐玉亭，邱 超，劉 聰

（南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇南京 210000）

農(nóng)村水系是農(nóng)村水環(huán)境的重要載體，也是農(nóng)村發(fā)展和人居環(huán)境改善密不可分的關(guān)鍵要素，而水系的連通是保持農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定、維持生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。2019 年12 月，經(jīng)江蘇省水利廳、財(cái)政廳組織專家評審，南京高淳區(qū)、吳江區(qū)和泗陽縣被初定為江蘇省第一批水系連通及水美鄉(xiāng)村建設(shè)試點(diǎn)縣。2020 年5 月29 日，江蘇省水利廳批復(fù)同意實(shí)施高淳區(qū)水系連通及農(nóng)村水系綜合整治試點(diǎn)工程，工程總投資6.3 億元。

高淳項(xiàng)目區(qū)河道均屬于水陽江流域，周邊較大的水體主要有水陽江、運(yùn)糧河和固城湖等。河道大部分為圩區(qū)內(nèi)部河道，現(xiàn)狀區(qū)域水系大部分已能保障連通性，但仍存在部分河道之間的連通節(jié)點(diǎn)未打通或無控制、現(xiàn)狀引排水設(shè)施規(guī)模不足等問題。

本文結(jié)合南京市高淳區(qū)水系連通及農(nóng)村水系綜合整治試點(diǎn)縣工程，通過對工程實(shí)施區(qū)現(xiàn)狀引水節(jié)點(diǎn)、引排水體系和水系連通方面存在問題的分析，提出了水系連通總體設(shè)計(jì)思路，并對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)研究。

1 工程概況

高淳區(qū)隸屬于江蘇省南京市，北接溧水區(qū)，東鄰蘇、錫、常，西接安徽的宣城、馬鞍山。高淳區(qū)現(xiàn)狀需整治水系涉及磚墻、陽江、古柏、漆橋、固城、東壩、椏溪7 個鎮(zhèn)街，涉及問題主要包括水系不連通、存在“四亂”現(xiàn)象、河道淤積、岸坡整治不到位、生態(tài)系統(tǒng)不完善等問題，本工程選取高淳區(qū)中西部380km2范圍作為本次實(shí)施范圍。工程通過水系連通、清淤疏浚、岸坡整治、水生態(tài)修復(fù)等工程措施，對橫溪河、磚墻河、唐家河、茅城河、時(shí)家河等河道進(jìn)行綜合整治。

2 水系連通總體方案

2.1 現(xiàn)狀分析

橫溪河、唐家河、時(shí)家河、茅城河、磚墻河主要位于磚墻鎮(zhèn)，包含永勝圩、相國圩和保勝圩等幾個圩區(qū)。圩區(qū)東西兩側(cè)分別為水陽江和固城湖，水資源量較為充沛，引水也都從這兩個較大水體引入，主要用于圩區(qū)灌溉和水量保障。

河道周邊的永勝圩、相國圩和保勝圩均位于固城湖以西，圩區(qū)情況較為相似，圩內(nèi)河網(wǎng)密布，水面率較高，目前以水產(chǎn)養(yǎng)殖為主，兼顧其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。圩區(qū)灌溉用水大部分通過涵閘、泵站從水陽江和固城河引入橫溪河、磚墻河，再通過唐家河、時(shí)家河、茅城河等骨干河道上的涵閘、口門補(bǔ)充至圩內(nèi)水網(wǎng)后分散取水。

圩區(qū)排澇時(shí)將關(guān)閉與骨干河道的取水通道，由圩內(nèi)各排水泵站集中排水入水陽江和固城湖，當(dāng)工程涉及的5 條河道水位高于最高控制水位后，河水將排入圩區(qū)由泵站排出，因此本工程5 條河僅承擔(dān)部分排澇任務(wù)。

項(xiàng)目區(qū)5 條河道均屬于水陽江流域，周邊較大的水體主要有水陽江、港口河和固城湖。河道大部分為圩區(qū)內(nèi)部河道，河道之間連通性大部分較好。

目前圩區(qū)區(qū)域主要有以下幾個節(jié)點(diǎn)：

1）扁擔(dān)河起點(diǎn)有澄溝泵站（在建），可從水陽江引水補(bǔ)充至圩區(qū)和獅樹河，澄溝泵站為灌排兩用泵站，泵站設(shè)計(jì)引水流量7.5m3/s。

2）磚墻河起點(diǎn)建有楊新壩涵閘，可從港口河引水補(bǔ)充至圩內(nèi)各條河道，楊新壩涵閘規(guī)模為2.0m×1.6m。

3）橫溪河起點(diǎn)建有永勝閘，可從固城湖引水，補(bǔ)充至獅樹河與茅城河?xùn)|段，永勝閘設(shè)計(jì)引水流量25m3/s，主要用于擋洪和灌溉。

目前區(qū)域引水主要通過這幾個節(jié)點(diǎn)引入圩內(nèi)河道后再通過涵閘口門等補(bǔ)充至圩區(qū)用于灌溉，排水主要通過圩區(qū)內(nèi)的各個排澇泵站排入水陽江和固城湖。

現(xiàn)狀區(qū)域水系大部分已能保障連通性，但仍存在部分河道之間的連通節(jié)點(diǎn)未打通或無控制、現(xiàn)狀引排水設(shè)施規(guī)模不足等問題。

對以上河道存在的問題進(jìn)行分類說明如表1。

表1 橫溪河、磚墻河、茅城河等河道水系連通存在問題表

2.2 總體布局

結(jié)合現(xiàn)狀的引水節(jié)點(diǎn)和引排水體系，針對現(xiàn)狀水系連通方面存在的問題，制定本工程治理思路和措施表，如表2。

表2 水系連通措施表

2.3 總體規(guī)模確定

2.3.1 排澇規(guī)模

排澇標(biāo)準(zhǔn)采用20 年一遇[1]。雨水設(shè)計(jì)流量計(jì)算公式[2]為：

式中：Q—雨水設(shè)計(jì)流量，L/s；ψ—徑流系數(shù)，由于河道以水面為主，徑流系數(shù)取1；q—暴雨強(qiáng)度，L/hm2·s；F—匯水面積，hm2。

疊加周邊排澇站流量后，計(jì)算各河道排水流量。

2.3.2 河道水位確定

本次河道水位確定主要依據(jù)河道現(xiàn)狀水位情況、河道水流情況和周邊地形情況確定。

本工程涉及河道為橫溪河、磚墻河、茅城河、時(shí)家河和唐家河。河道主要用于灌溉引水和保持生態(tài)環(huán)境，橫溪河水位為8.0～9.0m，磚墻河水位為8.0～8.5m，茅城河、時(shí)家河和唐家河水位為6.5～7.3m。

本次采用濕周法[3]，確定河道生態(tài)水位。磚墻河濕周為30.2m，對應(yīng)水位為8.3m，對應(yīng)生態(tài)流量為3.58m3/s。

2.3.3 河道引補(bǔ)水規(guī)模

根據(jù)《河湖生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算規(guī)范》（SLZ712-2014）[4]，由于本工程河道主要功能為灌溉，匯水面積較小，結(jié)合河道特點(diǎn)，河道生態(tài)流量主要從水量平衡、生態(tài)槽蓄量和供水需求三方面確定。

1）水量平衡

根據(jù)河道功能定位，河道主要水量損失為蒸發(fā)、滲漏，河道蒸發(fā)主要為水面蒸發(fā)，水面蒸發(fā)損失主要與蒸發(fā)量和水面面積有關(guān)，可表示為：

式中：WE—河道蒸發(fā)耗水量，萬m3；EP—高淳區(qū)水面蒸發(fā)強(qiáng)度，mm；L—計(jì)算河段長度，m；B—計(jì)算河段水面寬度，m。

水面蒸發(fā)量由《江蘇省水文手冊》中水面年蒸發(fā)量均值圖查得各月蒸發(fā)量。

河道滲漏主要為河道底部滲漏和岸邊側(cè)滲，滲漏損失主要與滲漏面積和河床滲透介質(zhì)參數(shù)有關(guān)，根據(jù)場區(qū)河道土質(zhì)條件，計(jì)算各河道日損失水量情況。

2）生態(tài)槽蓄量

本次生態(tài)槽蓄量[5]從河道換水周期角度考慮，參考南京市其他河道引補(bǔ)水經(jīng)驗(yàn)，大型河道換水周期一般取5～10 天，本次高淳區(qū)水系連通涉及河道槽蓄量均較大，考慮換水周期為7 天。

3）河道供水需求確定

工程涉及河道供水主要是向圩區(qū)內(nèi)補(bǔ)充灌溉用水，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，圩區(qū)內(nèi)耕地面積較小，以蟹塘為主。蟹塘用水需求主要為：（1）蟹塘換水，每年換水時(shí)間為4—11 月，換水方式為每隔2～3 天按10～15cm 水深控制進(jìn)行換水；（2）每年蟹塘排干后要在4 月前對蟹塘再次蓄滿，蓄水時(shí)間按15 天計(jì)算。根據(jù)蟹塘用水需求，確定各圩區(qū)用水需求和各引水河道引水流量，根據(jù)灌溉需水量計(jì)算結(jié)果，現(xiàn)狀各河道引水規(guī)?；究蓾M足灌溉需求。

綜上，各河道引補(bǔ)水規(guī)模取外包流量，確定各河道引補(bǔ)水規(guī)模。

4）相關(guān)節(jié)點(diǎn)工程規(guī)模確定

整合河道生態(tài)流量和圩區(qū)排澇流量，充分考慮河網(wǎng)上下游關(guān)系和特點(diǎn)，相關(guān)節(jié)點(diǎn)規(guī)模確定見表3。

表3 相關(guān)節(jié)點(diǎn)工程規(guī)模表

2.4 建筑物方案

通過新/改建水位控制設(shè)施、拆壩建橋等措施，使項(xiàng)目區(qū)水系連通，增強(qiáng)河道引排能力，保障生態(tài)流量。

本工程結(jié)合現(xiàn)有水系控制建筑物布局，擬進(jìn)行新建或改造的相關(guān)建筑物共有4 處，分別為橫溪河上四園閘、茅城河上馬家圩閘、磚墻河上洪戶跌水堰和達(dá)路埂橋。

2.4.1 建筑物布局

本工程新建水位控制設(shè)施有3 處。

第一處水位控制設(shè)施位于四園村，擬建設(shè)施分隔橫溪河與四園塘，水流方向由橫溪河至四園塘，橫溪河設(shè)計(jì)控制水位為8.1m，四園塘設(shè)計(jì)控制水位為7.2m。控制設(shè)施需具備水位活動調(diào)節(jié)功能。

第二處水位控制設(shè)施位于茅城河與磚墻河交界處，設(shè)計(jì)擬將兩河連通，水流方向由磚墻河至茅城河，磚墻河設(shè)計(jì)控制水位為8.4m，茅城河設(shè)計(jì)控制水位為7.3m?？刂圃O(shè)施不僅起溝通水系作用，且需具備水位活動調(diào)節(jié)功能。

第三處水位控制設(shè)施位于磚墻河中游時(shí)家村，磚墻河上游設(shè)計(jì)控制水位為8.4m，磚墻河下游設(shè)計(jì)控制水位為7.3m?？刂圃O(shè)施無需具備水位活動調(diào)節(jié)功能。

2.4.2 建筑物選型

攔蓄水建筑物分為固定式和活動式兩類。

1）跌水堰

跌水堰是活水水景工程中的一種，是規(guī)則形態(tài)的落水景觀，一般采用砌石或鋼筋砼結(jié)構(gòu)。跌水瀑布原始、自然，堰型可以為曲線、折線、弧線等，富有野趣，適合自然山水園林，也適合于簡潔明快的現(xiàn)代園林和城市環(huán)境。

2）底軸驅(qū)動翻板閘門

底軸驅(qū)動翻板閘門方案適用于大跨度低水頭的擋水需求。底軸驅(qū)動翻板閘門固定在縱向懸臂主梁，縱梁的懸臂固端與底軸剛性連接，底軸連續(xù)支承在預(yù)埋于閘底檻的多個支鉸座上。閘門的底軸伸入兩側(cè)閘墩內(nèi)與液壓啟閉機(jī)連接，由液壓啟閉機(jī)實(shí)現(xiàn)閘門啟閉。

3）液壓升降壩

液壓升降壩的構(gòu)造由弧形（或直線）壩面、液壓桿、支撐桿、液壓缸和液壓泵站組成。使用液壓控制升降閘門，實(shí)現(xiàn)液壓壩升壩攔水、降壩泄洪的目的。泄洪區(qū)位采用全滑動支撐桿支撐活動閘門面板，構(gòu)成穩(wěn)定的支墩。

4）氣盾壩

氣盾壩結(jié)構(gòu)主要由盾板、充氣氣囊及控制系統(tǒng)等組成。利用充氣氣囊支撐盾板擋水，氣囊排氣后塌壩，氣囊臥于盾板下，可避免河道砂石、冰凌等對壩袋的破壞；氣囊內(nèi)填充介質(zhì)為氣體，放氣塌壩。

閘型確定：水閘門型比選主要考慮以下條件：（1）閘門應(yīng)滿足功能性要求，即考慮是否需滿足泄洪及調(diào)節(jié)水位的要求；（2）閘門應(yīng)具有較高可靠性及可維護(hù)性，運(yùn)行管理方便；（3）周邊區(qū)域景觀效果要求。

結(jié)合總體水系布局，四園閘、馬家圩閘不僅具有水位活動調(diào)節(jié)需求，同時(shí)安全可靠要求高，故選用底軸翻板閘型式；洪戶堰無需水位活動調(diào)節(jié)需求，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性、后期運(yùn)行維護(hù)，選用跌水堰。

3 結(jié)語

高淳區(qū)水系的連通對高淳區(qū)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性和生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展起到非常重要的作用。水系的連通也可以增加水資源的儲備和調(diào)節(jié)能力，使得農(nóng)村地區(qū)更能夠適應(yīng)氣候變化，減少干旱或洪澇災(zāi)害等不利因素的影響。本文通過對工程實(shí)施區(qū)現(xiàn)狀引水節(jié)點(diǎn)、引排水體系和水系連通方面存在問題的分析，介紹了水系連通總體設(shè)計(jì)思路，并對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)研究、設(shè)計(jì)比選，可為類似農(nóng)村水系連通項(xiàng)目建設(shè)提供可行的技術(shù)參考。

目前工程已完工，水系連通方案的落地，解決了高淳區(qū)河道之間連通節(jié)點(diǎn)未打通或無控制等問題，使高淳區(qū)的水資源利用率大大提升，水環(huán)境質(zhì)量大大改善，可為該區(qū)經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展提供水利保障