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1、 1 城陵矶建设综合枢纽工程可行性探讨城陵矶建设综合枢纽工程可行性探讨周北达周北达1 卢承志卢承志2（1、湖南省洞庭湖水利工程管理局，2、湖南省水利水电设计勘测研究总院，湖南长沙，410007）摘要：摘要：本文从工程技术、防洪、水资源、航运、生态、渔业等方面分析了在洞庭湖出口城陵矶建设综合枢纽工程的综合效益及工程可能带来影响，初步提出了工程建设规模及调度运行方式，论证了在城陵矶建设综合枢纽工程整体上是可行的。关键词：城陵矶，综合枢纽工程，综合效益，可行性1、前言洞庭湖汇集湘、资、沅、澧及长江三口水系；经调蓄以后于城陵矶出口汇入长江，呈辐射状水系。最大 1 日总入湖流量为68000m3/s（19
2、54 年），城陵矶最大 1 日出湖流量为 43900m3/s，由于出流能力少于入湖流量，因而在洪水期有大量洪水滞蓄洞庭湖，常造成洞庭湖洪水灾害。但是在枯季，城陵矶历史最低水位为17.27m，流量仅 377m3/s，居民用水、航运、水环境均受到严重影响。洞庭湖在高水时（相应七里山水位 31.5m）容积 167 亿 m3，湖面面积（相应洞庭湖水位 34m）2625km2，但是丰枯水时面积和容积相差很大，洞庭湖大量的来水量不能贮于湖中，呈大水成湖，小水成河的局面。因而人们自然地设想在城陵矶出口建拦河坝（闸）以调蓄水量，提高枯季洞庭湖蓄水量和水面面积。但是这些工程措施必须不影响洪水季节洞庭湖出口的出流
3、能力，不影响防洪大局，同时又 2 能更加有效地利用水资源，促进航运、生态渔业等事业的发展，本文从工程技术、防洪、航运、生态、渔业等方面探讨了城陵矶建设综合枢纽工程的可行性。2、工程规模椐洞庭湖水系湘、资、沅、澧四大流域规划等前期工作情况，湘江干流末级长沙综合枢纽（蔡家州坝址）正常蓄水位 29.7m，设计下游最低通航水位 22.15m；资水干流末级史家洲水电枢纽正常蓄水位 34.5m，多年平均下游常水位 29.4m；沅水干流末级凌津滩水电站正常蓄水位 51.0m，澧水干流末级艳洲水电站正常蓄水位40.2m，该两水电站的多年平均下游常水位相对较高。这四个梯级以长沙综合枢纽的水位最低，与城陵矶的距离
4、最近，影响最直接，其多年平均枯水期下游水位为 24.3m。洞庭湖区重点垸及蓄洪垸中，东洞庭湖及南洞庭湖地区的地面高程较低，一般为 2630m，其中君山、建新、钱粮湖等垸的地面高程一般为2628m。因此城陵矶综合枢纽正常蓄水位以不超过 26m 为宜，考虑到与长沙综合枢纽枯水期多年平均下游水位及下游最低通航水位衔接，工程的正常蓄水位取 2526m，死水位 23m。另据松滋口、太平口、藕池口历年最低水位统计分析，松滋口为 32.67m，太平口为 29.94m，藕池口 26.54m；均高于 26m，无需建闸闭合。枢纽工程主要包括溢洪道、船闸及发电厂房。3、工程的综合效益分析 3 3.1 对解决洞庭湖环
5、湖区及四水尾闾地区缺水问题将产生良好的影响。若洞庭湖水位（七里山水位，黄海，下同）抬高至26.0m，洞庭湖蓄水量 44 亿 m3，水面面积 1730km2左右， 较常遇枯季水位增加蓄水量 30 多亿 m3，水面面积恢复到最大水面的 2/3左右。因此工程将抬高环洞庭湖区及四水尾闾，如长沙、湘潭、益阳、岳阳等地的枯季水位，为湖区经济发展储备了赖以生存的水资源，同时水位抬高也减小了湖区提水灌溉和取水的扬程，降低了水资源利用的成本。洞庭湖区春季和秋季降雨量小，此时垸内农作物需水灌溉。尤其是洞庭湖北部三口河道冬春断流，澧县、南县、华容等地 150 万亩耕地、200 万人，每逢春旱，灌溉、人畜饮水均成问题
6、，枢纽工程建成以后，回水基本覆盖藕池河区域，对解决洞庭湖北部缺水问题有着十分重要的意义。3.2 有利于改善航运条件。洞庭湖区的航道如今基本处于天然状态，航运水深随湖水位的涨落变幅很大。以代表东洞庭湖水位特性的鹿角站水位为例，最高水位 34.07m，最低水位 18.22m，年最大水位变幅 15.85m，年最低水位均值 19.07m。一年中，49 月为洞庭湖的汛期，湖区及四水尾闾地区能满足通航水深要求，枯水期 10 月至次年 3 月，这期间依靠城陵矶综合枢纽工程，控制水位在 25.026.0m 左右，与多年平均最低水位相比，湖区增加航运水深 6.07.0m，通航条件大有 4 改善，可通航时间也大为
7、延长，对航运十分有利。四水尾闾尤其是湘资水下游，因水位抬高航运条件也大大改善，城陵矶综合枢纽工程建成以后与长沙综合枢纽工程联合运行，可为湘江下游至城陵矶提供 2000 吨级的稳定航道，益阳至卢林潭航道条件得到较大改善,并为湖区开辟新的航道创造了条件。3.3 有利于发展洞庭湖渔业生产。枢纽工程建成后，洞庭湖蓄水量增加，水面面积大大增加，形成了对渔业生产有利的生产条件。枢纽工程建成后，在冬春季节阻碍了长江与洞庭湖之间鱼的回游通道，但随着汛期来临，来流量增加，天然湖水位抬高，其不利的影响也随之消失。3.4 有利于改善湿地生态环境，增加旅游资源。枢纽工程建成后，湖面增宽，洞庭湖将再现真正的大湖风貌，改
8、善了旅游条件，配合沿湖的人文景观，对发展旅游业将起极大的推动作用。另一方面湖面增宽，有利于鱼类生长，为洞庭湖冬季候鸟准备了食物条件，改善了湿地生态环境，也会对旅游业起良好的促进作用。3.5 有利于水利灭螺。枯季水位抬高后，很多低位洲滩被淹没，使钉螺失去生存条件。由于洞庭湖区的血汲虫疫区主要分布在洲滩，抬高枯季水位对消灭血汲虫传播很有利。据统计，洞庭湖区现有钉螺面积 260 万亩，大多分布高程 2328m 的洲滩上，其中25m 以下洲滩面积近 230 亩，占洞庭湖区洲滩面积的近 90%，工 5 程将使洞庭湖水位持续 25.0m 水位以上时间多年平均达 8 个月以上，足以使这个水位以下的洲滩钉螺失
9、去生存条件，洞庭湖区防螺形势将得到根本好转。3.6 对调蓄长江枯季水量有一定的作用。由于建坝（闸）后增加了洞庭湖的蓄水量，当遇长江干旱年份时，可以对长江中下游水量进行调节，缓解中下游的缺水情况。此外建坝（闸）抬高水位，蓄积水量，在长江水位较低时还可以发电，初步估算，装机容量 200MW，多年平均发电量 4.8 亿kW.H。4、工程影响分析、工程影响分析主要表现对防洪和洞庭湖水环境以及沿湖水工程的影响。4.1 对防洪的影响。如果在城陵矶附近建坝，大坝将占有较大的行洪面积，由于城陵矶河段本来较窄，又受长江洪水顶托，行洪不畅，修建大坝势必加剧这种局势，因而在一地区修建实体滚水坝是行不通的。比较可行的
10、方案是建闸抬高水位，当湖水位达到正常蓄水位时，闸门全部开启，自由泄流；低水位时关闭闸门抬高水位。但闸墩、闸基对防洪也有一定的影响。其影响程度多大，取决与闸的形式及运用方式。因此可以通过合理的方案选择来降低或消除对防洪的影响，为了减小工程对防洪的影响，还可以通过疏浚扩大行洪能力来补偿其对防洪的影响。由于该水域水流复杂，受多种因素影响，需进一步 6 对方案进行物理模型试验及数学模型模拟分析。4.2 对洞庭湖水环境的影响。由于抬高湖水位后，水流速度减慢，水体自净化能力降低，对洞庭湖水环境质量会产生不利的影响。另外还可能加剧洞庭湖水体富营养化。洞庭湖水体中氮、磷严重超标，其中磷的含量甚至高于已经严重富
11、营养化的太湖，洞庭湖水体本来具备富营养化的必要条件，但由于洞庭湖是一个河道型湖泊，入湖水量较大，因而洞庭湖的换水速度较快，抑制了藻类生长，使得洞庭湖目前尚未出现大面积富营养化的外在特征，如藻类大量繁殖，水体变臭等。湖水位抬高后，湖泊蓄水量增大，湖泊换水周期变长，对藻类生长繁殖有利，可能加剧洞庭湖的富营养化特征。但由于采取低水位方案，增加的蓄水量有限，洞庭湖来水量较大，其影响程度是有限的。4.3 对排涝泵站，沿湖涵、闸等水工程的影响。工程建成以后，湖区低水位抬高，沿湖地区各水闸自排机会减少，提排时间延长，排水量有所增加。但由于湖区现有电排站的出口高程一般都在 25.0m 以上，枢纽工程建成后，基
12、本不增加排涝扬程，所以也不会增加电排装机容量。洞庭湖沿湖部分涵、闸底板高程低于黄海高程 25m，建闸抬高水位后，这部分涵、闸需要改建。4.4 对现对现有堤防的影响分析有堤防的影响分析城陵矶枢纽工程建成后，由于 11 月份至次年 4 月洞庭湖区水 7 位维持在 25.026.0m，高于天然水位，会增加风浪对湖堤的淘刷作用，因此，湖区各堤防在相应水位 25.026.0m 以下部分要采用块石或混凝土护坡加固，提高堤防的抗洪防浪能力。4.5 对对泥沙冲淤影响的分析泥沙冲淤影响的分析据资料统计，洞庭湖多年平均进入洞庭湖区的泥沙为 16069万吨，而从城陵矶进入长江的泥沙为 4289 万吨，年均约 1.2
13、 亿吨泥沙淤积在洞庭湖。下荆江裁弯后淤积在洞庭湖的泥沙年均约为1 亿吨。但三峡工程投运后，水沙形势发生较大变化，由于长江上游泥沙大量减少，三峡水库清水下泄，加之湖南四水入湖沙量也有所减少，淤积在洞庭湖的泥沙大大减少。根据目前的短系列资料统计，淤积在洞庭湖的泥沙，由年均约 1 亿吨降为不足 1 千万吨。枢纽工程建成后，湖面宽广，流速减慢，理论上有利于泥沙淤积，但洞庭湖来沙年内分配很不均匀，汛期来沙量非常集中，枯季来沙量占全年比重很小。枢纽工程主要是在枯季提高湖水位，因而实际对泥沙淤积的影响很小。5、结论与建议在洞庭湖出口城陵矶处建设综合枢纽工程，必须兼顾防洪与水资源利用、航运、渔业、生态、旅游等
14、方面的综合效益，要权衡利弊、趋利避害。在防洪方面必须保证城陵矶出流能力及堤防安全不受影响，还要保证不因蓄水太高，洪水来临时因来不及及时泄洪造 8 成人为洪水。同时若抬高水位过低，综合效益不明显，方案实际意义不大。根据洞庭湖的实际情况综合考虑，笔者认为正常蓄水位水位控制在黄海高程 2526m 是较适宜的。主要理因为：（1） 这一水位较大地增加了洞庭湖水面面积和湖容，特别是水面面积增加较多。可有效满足水资源利用、航运、渔业、生态、水利灭螺、旅游等方面的需求。（2） 这一水位对堤防安全影响较小。洞庭湖沿湖堤垸的地面高程一般位于 2628m 左右，较高的水位将使外湖水位常年高于堤内地面高程，形成水位差
15、，给堤防安全及垸内农田造成不利影响。（3）减轻了汛期洪水压力。汛期较大洪水来临时，如果湖区已蓄积了较多洪水，将降低洞庭湖对洪水的调节作用，如调度不当，还可能引发人为洪水。洞庭湖目前警戒水位为黄海 30.3m，若汛前保持 26m，尚有 90 多 亿m3的湖容，不会对防洪造成不利影响。（4）工程技术难度相对较小，占有的行洪面积也较小，容易采取诸如疏浚等方法的补救措施来弥补对防洪的不利影响。（5）对水环境的影响相对较小。这一方案增加的水面较多，增加的蓄水量不是很多，因而对水环境的影响相对较小。在实际运行中为了更好了发挥工程效益，还可以根据雨水情预报对水位进行动态控制，也可根据丰枯季节变化对水位进行分
16、 9 期控制。如汛期为了减小对防洪的不利影响，更好地发挥洞庭湖对洪水的调节作用，降低对堤防放安全的影响，可将水位适当降低，到汛末（9 月下旬后）可将水位适当抬高，然后在枯季根据用水需要将水位控制在 2326m。纵上所述，在洞庭湖出口城陵矶地区修建枢纽工程，对居民及工农业用水、航运、渔业、旅游、湿地生态，水利灭螺等均有较大的作用，能提高水资源的综合利用程度。对防洪、水环境及水工程等的不利影响，可以通过合理的方案设计及采取补救措施来弥补或降低到可接受的程度。随着三峡水库的全面建成，并正常发挥防洪作用以及洞庭湖治理取得的积极成果，下游防洪能力有所加强，与此同时水资源供需矛盾日益突出，社会经济的发展也给综合利用水资源提出了更高的要求，因此，在当前情况下，笔者认为在洞庭湖出口城陵矶地区建闸是基本可行的，应予积极研究。由于该项工程投资巨大，牵涉面广，技术较复杂，应尽快加强工程方案的研究以及对防洪、水环境以及其它方面的不利影响科学论证和实地调研，稳妥行事，使决策建立在科学分析的基础上。作者作者简简介：介：周北达，男，湖南省洞庭湖水利工
