平原水網城市多源供水布局方案研究

于建忠，馬以宏，張 旭，王振紅

(1.江蘇省太湖水利規劃設計研究院有限公司，江蘇 蘇州 215103；2.蘇州創元建設工程有限公司，江蘇 蘇州 215011)

0 引言

太湖流域平原河網區地勢低洼平坦，河網密布但普遍水體流動性較慢，大部分地面高程均在江河湖泊的洪枯水位之間。為保障防洪除澇安全，許多地區建設了圩區及城市防洪包圍，一定程度上阻斷了水體的自由交換，給水環境和水生態系統帶來部分影響[1-3]。

平原河網區通過調水引流引入優質水源及合理的調度運行，既可以增加引清水量，有效增加河道水環境容量，也可以增大流速，提高河水的復氧、自凈能力，水生微生物、植物的數量和種類以及水生生物活性相應增強，是迅速有效改善水環境質量的綜合治理措施之一[4-5]。

為了全面提升蘇州古城區河道水質，2012年起蘇州市結合城區截污、清淤、保潔等水環境治理的工作實踐，實施了“自流活水”工程，引入合適的源水并按需分配到177條河道中。水體流動性得到增強，水質明顯改善，水生態逐漸得到恢復[6-8]。從近年城內河道水質來看，城區活水效果改善進入瓶頸期，部分區域河道水體水質仍不盡理想，片區間、縱橫向河道差異較大，且城區活水體系持續性保障度不高，研究新的源水供給，具有十分重要的意義。

1 現狀活水體系

蘇州享有“東方水城，人間天堂”的美譽?，F有“自流活水”為雙水源供水格局，一路為西塘河引望虞河來水，另一路為外塘河引陽澄湖來水。外塘河水源在西塘河引水受流域水資源調度限制或望虞河水質不穩定期間作為補充。通過東西環城河上的閶門堰、婁門堰和防洪大包圍樞紐的合理調控，形成北高南低水位差，實現全城活水、持續活水、自流活水?，F狀自流活水體系布局如圖1所示，城區周邊水系概覽示意圖如圖2所示。

圖1 現狀自流活水布局示意圖

圖2 城區周邊水系概覽示意圖

“自流活水”工程2013年建成投運以來，城區河道水質明顯提升，古城區河道水體由原來的Ⅴ劣、劣Ⅴ類，提升至Ⅳ類，古城外圍河道由于清水的不斷補充，水質也有普遍改善。

2 主要問題

現狀雙源供水時，西塘河為主水源，水量相對豐沛，但其水質存在季節性差異，持續性保障度不高。汛期太湖泄洪期間，太湖洪水攜帶大量藍藻進入望虞河，此時須停用西塘河水源供水。只能利用外塘河向城區送水，但入城水量為日常西塘河引水量的一半左右，僅基本能維持古城內河道活水，城南等活水末端區域活水效果更差。通過水源水質系統調查、實際調水運行分析，目前兩水源難以保證城區整年度持續活水需求。

從調水效果看，總體而言，古城區水質改善較好，但片區間、縱橫向河道差異較大。城南等區域始終處于活水末端，來水易受到區間污染的影響，來水水質也不穩定。另一方面，目前的活水體系充分利用北高南低水勢實現自流活水。因此，城區南北向河道水體流動和水質改善效果較為明顯，但部分東西向河道水體仍存在滯流現象。

3 三源供水研究

3.1 引水水量分析

城區為平原河網地區，水勢小，河道流速緩慢，同時存在往復流、滯流情況?；钏畷沉鞴こ讨饕ㄟ^營造一定的水位差后提升區間河道的流動性，滿足河道適宜的生態、感觀流速需求。根據引水期間實現城區河道流速總體達到5～15cm/s的活水目標要求。經城區河網數模分析計算，參照城區現有引水入城規模以及蘇州周邊城區引清活水經驗，城區適宜引水規模48～55m3/s[6]。城區“自流活水”現狀為西塘河、陽澄湖雙源供水，除太湖行洪期間望虞河藍藻密度偏高暫停西塘河供水外，全年引水以西塘河供水為主，現狀城區活水日常入城流量約30m3/s，相應補充水量規模需求約18～25m3/s。

城南、城西區為現狀“自流活水”的惠及區，是引水工程研究的新增目標區，在現狀活水體系下，根據分片供水就近集中、快速滿足城南、城西區活水需求。綜合考慮城區全面活水和擴展片區的集中換水需求及活水期間的適宜流速要求，以及兼顧現有引水通道區域活水需求適當減輕西塘河入城供水任務，綜合確定胥江引水規模為20m3/s。

3.2 引水路徑研究

3.2.1引水路徑方案

為解決現狀自流活水兩水源點難以保證城區整年度持續活水需求，須研究新的入城水源。同時，為解決現狀自流活水片區間、縱橫向河道差異較大問題，須在充分考慮對城市建設發展影響最小的前提下于城西/南尋求新的引水入城線路，或采取工程措施使水流分配合理、均衡。從圖2可看出，城西/南側規模較大的對外聯絡河道主要是東西走向的胥江與南北走向的西塘河、老運河。但是，西塘河線路較長，沿途水量散失較大，且是吳中城區的主要排水河道，不適合作為引水通道。老運河位于城區東南角，若從老運河引水，一方面與城市北引南排、西引東排的水勢相悖。另一方面老運河水源來自蘇南運河，受航運及上游來水影響水質相對欠佳。胥江為2500年前伍子胥主持開挖的史上第一條人工運河，西接太湖、東入護城河，因勢利導引太湖清水入城。胥江引水入城無論從區位、水源、水勢均能很好的解決現狀自流活水的水源保證率、片區與河道間的受水差異。

基于太湖與城區的水系現狀，胥江引水路徑又有“大太湖引水”與“東太湖引水”兩個方案可供選擇，如圖3所示。

圖3 引水線路方案示意圖

3.2.2線路方案比選

在水量水質保障度方面，“大太湖引水”方案引水線路總長為14.7km，引水線路較長，引水期間沿線有26處支河口若維持敞開，則沿程水量散失明顯(約占40%)，引水效率低。若對兩岸口門進行有效控制，以提升送水效率，則需協調好周邊地區的排水、活水和日常的水系連通需求。入城水量、水質難以保證?！皷|太湖引水”方案引水線路總長度為8.6km。此線路充分利用現有石湖引水通道，線路短，環石湖支河口門均已建有控制，沿線污染入河較少。石湖景區管理完善，石湖水質多為Ⅱ類，水量可控、水質保障度更高。

對于周邊的影響方面，“大太湖引水”方案，線路穿越蘇州吳中區及高新區多個鎮區中心，沿線城鎮格局均已形成、人口較為密集。為保障引水入城的水質和效果，城外段支河口門需全部新設控制，投資較大。并且胥江引水入城期間支河口門關閉后，將打亂周邊地區排水、活水體系，支河將缺乏清水補給，水環境風險增加。

“東太湖引水”方案充分利用城區段胥江歷史水道和城外段石湖現有引水通道，石湖周邊支河均建有控制，且現狀引水通道已運行多年，運行管理完善，對周邊地區影響較小。但是，引水入城期間，可能會對既有石湖引水工程產生一定影響。經分析在滿足石湖適宜水位基礎上，通過挖掘調度潛力，利用分時段合理調度，可調控石湖出入湖水量平衡，以滿足城區活水、石湖保水和周邊地區水環境用水需求。

在工程投資及運行費用方面，“東太湖引水”方案工程內容主要包括新建越城河閘站、引水隧洞等；“大太湖引水”方案工程內容主要包括胥口樞紐泵站增容、新建沿線口門控制26處及穿京杭運河立交輸水通道等?！皷|太湖引水”方案引水通道主體工程投資約35000萬元；“大太湖引水”方案工程內容多、規模大，引水通道主體工程投資約41000萬元，工程總投資及年運行費均大于前者。

綜合以上各因素分析，“東太湖引水”方案充分利用城南石湖現有引水通道引東太湖水入城，經越城河和輸水隧洞進入城區段胥江，實現胥江與太湖的溝通，水量、水質更有保證。兩條引水線路方案比選匯總見表1。

表1 引水線路方案比選表

4 東太湖水方案分析

4.1 入城通道方案

根據引水線路沿線河道分布，運河以南段利用現有小石河—石湖—越城河，往北過運河后與城區段胥江之間無現成可利用河道，沿線若開挖明河將引起大量征遷，對城市發展及當地居民正常生產、生活影響很大，且途中需穿越京杭運河。為保證入城水量和水質，降低對城市的影響，規劃越城河以北段2.1km入城送水通道全程采用地下引水隧洞。

引水線路布局如圖4所示。

圖4 石湖引水線路布局示意圖

4.2 引水工程方案

4.2.1城區水位控制需求

“自流活水”期間，城區北高南低水勢，城南片長年日常水位2.7～2.8m。胥江引水期間，考慮適當抬高南部河網水位，以提升城區河道親水性。根據2000年后覓渡橋站水位分析，城區內河多年平均水位3.0m，非汛期多年平均水位2.96m。確定南部城區按不低于多年平均水位3.0m控制。由于胥江入環城河口北側附近有局部地洼地，日常最高水位不宜超過3.05m?？紤]河道親水性和洼地排水安全，胥江送水期間西環城河水位按3.0～3.05m控制。

4.2.2水源區水位要求

東太湖水經小石河、石湖、引水隧洞向城區送水，線路總長約8.6km，其中石湖按湖泊考慮，忽略南北水位落差。經水利計算，按照目標區西環城河日常水位3.0～3.05m控制要求，為保證引水入城，在設計引水流量20m3/s條件下，引水隧洞直徑5.5m，水源區東太湖水位應不低于3.95m，相應引水通道區石湖節點水位應不低于3.87m。引水全程水位關系如圖5所示。

圖5 工程沿線水勢示意圖

4.2.3越城河泵站建設分析

2014年石湖及周邊地區引水體系建成并常態運行至今，引水期間保持石湖水位為3.3～3.4m。目前，石湖景區內部景觀、親水平臺等基礎設施均按日?？刂扑?.4m建設，若抬高石湖日?？刂扑粚⒅苯佑绊懼苓吇A設施的正常運行。同時環石湖閘、堰、壩等建筑物頂高除局部作為東部吳中南城區防洪建筑物有擋為3.5～3.8m，難以滿足3.87m以上的石湖保水需求，即石湖現有活水體系也不支持本規劃工程自流引水3.87m以上。綜上分析，石湖不具備抬高水位自流入城的條件。為保證清水入城一定的水勢，又不影響石湖控制水位，規劃在石湖北側越城河上新建引水泵站20m3/s動力引水入城。

5 結語

胥江引水工程在城區現有雙源供水基礎上，充分利用城區南臨太湖的區位優勢、西引東排自然水勢，恢復河(環城河)湖(太湖)溝通，利用胥江千年水道重架太湖與姑蘇城連接，增加姑蘇城區清水源頭補給，提升活水保障度，滿足不同河道活水需求。工程初步設計已經批復，目前正工抓緊實施。

工程建成后，城區活水新增南部太湖來水，入城水量增加，水源進一步保障，可根據目標區引水需求和水源水質條件靈活調度一個或多個水源，實現優化古城區、提升城南區，輻射城西區、兼顧城北區水質改善的活水效果，配合城區“清水工程”的實施，實現城區水“更清、長清”，滿足百姓對生態文明城市建設的美好向往。