32 牛栏江—滇池补水工程改善滇池水环境引水调控关键技 …

3.2牛栏江—滇池补水工程改善滇池水环境引水调控关键技术及应用 简要信息
【获奖类型】应用二等奖
【任务来源】云南省水利厅
【课题编号】环020503，HJ110224，HJ110234，HJ090064，HJ010604
【课题起止时间】2008年3月～2013年5月
【完成单位】中国水利水电科学研究院
云南省水利水电勘测设计研究院
北京大学
【主要完成人】马巍、李锦秀、浦承松、周丰、李翀、骆辉煌、黄伟 立项背景
滇池古称滇南泽，地处长江、红河、珠江三大水系分水岭地带，流域面积2920km2，是云南省人口最集中、经济最发达的地区，是昆明市的母亲湖，维系着昆明城市生态系统的健康发展，关乎昆明市的生存发展。

滇池流域水资源匮乏，河湖生态环境用水被严重挤占，湖周无清洁水来源，大量的城市生活和生产废污水早已成为湖区水资源的主要来源之一，从而直接导致近些年来滇池流域水环境问题日益突出，湖泊水环境质量很差，蓝藻水华常年大面积爆发。

自“八五”以来，滇池湖泊治理一直受到国家和云南省地方政府的长期关注和高度重视。

按照胡锦涛总书记和温家宝总理的重要指示，云南省委、省政府高度重视滇池治理工程，在滇池水污染成因、水资源条件分析及总结近20年来滇池治理经验的基础上，科学提出了实施环湖截污和交通、外流域调水及节水、入湖河道整治、农业农村面源治理、生态修复与建设和生态清淤六大工程。

在流域内污染源综合治理的基础上，牛栏江—滇池补水工程是滇池综合治理的关键，是加快湖泊水体循环与交换、从根本上提升滇池流域水环境和水资源承载能力、恢复滇池水生态系统良性循环的关键性措施，是“十二五”期间实现滇池流域健康水循环的支撑性工程，可为滇池环湖截污提供良好的替代水资源条件，并与其他五项污染源控制措施相互配合，顺利实现滇池流域综合治理方案的总体目标。

基于牛栏江—滇池补水工程规划论证、项目设计及工程运行管理期间存在的
若干科学问题，本项目系统性地提出了牛栏江—滇池补水工程改善滇池水环境引水调控关键技术，科学地回答了牛栏江—滇池补水工程建设的必要性和紧迫性、滇池流域水资源优化配置方案、滇池水环境改善对牛栏江水源的水量与水质要求及过程、牛栏江—滇池补水工程调水量、工程规模、滇池水环境改善效果、滇池与牛栏江水源地水库间湖库联合运行调度等一系列重大问题，成功解决了牛栏江—滇池补水工程在规划论证、工程设计及湖库运行调度中的相关科学问题，为牛栏江—滇池补水工程的成功建设、顺利通水及区域水资源优化配置下的湖库联合调度提供了强有力的科技支撑，为资源型和水质型双重缺水地区（或流域）水资源优化配置、水源安全保障及高原地区河湖水系战略连通研究提供了成功的典型案例，具有很好的技术指导性和重要的推广应用价值。

详细科学技术内容
（1）滇池流域水资源配置与优化方案研究
以基于相关规划核算的流域水资源需求为基础，结合近年来滇池流域的水资源状况、近期和远期可能出现的新的水资源情势，综合考虑不同行业的水资源配置、“三先三后”治水思路、水资源调配的时空特点及不同水源工程的联合调度运行等，分析探讨不同水平年滇池流域水源配置模式及方案优化，提出不同水平年滇池流域水资源配置优化方案。

（2）规划水平年滇池流域入湖污染物通量预测研究
以滇池流域近期相关规划为基本依据，系统开发适合滇池流域自然环境特点与社会经济活动规律特征的水文与非点源污染过程模拟模型，分析预测不同规划水平年不同设计水文条件下的滇池流域污染负荷产生量、入湖量及其年内变化过程，为滇池流域水污染综合治理的污染物控制效果预测等提供了科学依据。

（3）滇池流域入湖污染物总量控制方案研究
开发适合滇池流域复杂地形遮挡影响条件下的湖区水动力与水质模拟预测模型，按照湖泊水环境容量核算的相关规程规范设计相关边界条件，核算不同水平年滇池湖泊的水环境容量，研究不同规划水平年滇池流域入湖污染物的总量控制方案，并为规划水平年牛栏江来水前后的滇池湖泊水环境质量状况预测提供依据。

（4）滇池湖泊水环境过程模拟及牛栏江来水对湖泊水质影响研究
以构建滇池水动力与水质模拟预测模型为技术手段，模拟研究滇池湖泊湖流形态特征、入湖污染物的迁移扩散过程；同时以牛栏江—滇池补水工程为背景，提出规划水平年为实现滇池水污染综合治理的水质目标所需的补水量、补水水质及相关过程，分析预测牛栏江来水后湖区的水质状况及其水质目标可达性，为牛栏江—滇池补水工程规划论证、项目设计及运行管理提供科学依据。

（5）滇池与牛栏江水源地—德泽水库联合调度研究
依托滇池流域水资源配置优化成果和复杂地形遮挡影响下滇池湖泊水动力与水质数值模拟技术，在滇池和德泽水库单库运行调度的基础上，研究滇池—德泽水库联合调度运行方案，以便在满足牛栏江德泽水库下游生态环境及相关敏感目标用水的前提条件下，尽可能大的发挥牛栏江—滇池补水工程对湖泊水环境质量改善、湖区水生态修复效果，从而为牛栏江—滇池补水工程实施后滇池和德泽水库联合调度的决策提供科学的技术支持。

（6）牛栏江—滇池补水工程改善滇池水环境的集成技术研究
综合牛栏江—滇池补水工程论证及实施过程中存在的诸多科学问题，有针对性提出服务于牛栏江—滇池补水工程规划、设计与运行管理的“牛栏江—滇池补水工程改善滇池水环境的引水调控集成技术”，并形成“水资源动态优化-湖泊流域精细模拟-湖库联合调度”技术体系，为牛栏江—滇池补水工程的成功建设、顺利通水及区域水资源优化配置下的两湖库联合调度提供技术支撑。

发明及创新点
（1）构建了昆明市滇池流域多层次水资源配置与水源供给保障体系
（2）系统开发了滇池流域水文与非点源污染负荷预测技术
（3）开发了复杂地形遮挡影响条件下滇池水动力与水质模拟技术
（4）构建了滇池水位—牛栏江水源区德泽水库联合调度关键技术
（5）构建了牛栏江—滇池补水工程改善滇池水环境引水调控集成技术
与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较
（1）滇池流域水资源配置与优化方案研究
以牛栏江—滇池补水工程为纽带，在水源系统中把滇池流域本区水源工程，已实施并陆续建成的掌鸠河引水供水工程、清水海引水及供水工程，以及远期的
金沙江滇中引水工程有机结合；在需水预测中综合考虑了滇池流域经济社会发展的需水要求，强化了节水理念，加大了流域水污染治理力度，提高了环境改善和保护意识等因素，体现了现代水利发展的新要求。

因此，本次水资源配置成果，不但能作为牛栏江—滇池补水工程水量水量联合运行调度的依据，而且对于滇池流域落实最严格水资源管理，按照节水指标严格控制供水管理有重要意义。

（2）滇池流域水文与非点源污染负荷模拟技术
针对HSPF水文模型，系统梳理形成PEST-HSPF多目标自动校准的输入、输出、交互、迭代和终止等流程，人工校准（HSPFEXP）与单目标校准对比分析表明：①提出的以日流量、月流量和流量频率的偏差最小化为目标函数、各目标初始偏差的倒数为权重的思路，可实现相对人工、单目标更好的模拟精度、变化趋势和一致性；②不同校准方法表现出不同的日径流过程，但自动校准在精度、变化趋势和一致性明显优于人工校准。

相比而言，多目标自动校准继承了DAY 把握变化趋势、MON把握总量、EXC捕捉特征值的优点。

（3）复杂地形遮挡影响下滇池水动力与水质模拟技术
本研究运用三维过山气流模型，自主研发了适宜复杂地形（西山遮挡）影响下的滇池湖面风场模拟技术，较为准确地模拟了滇池湖面常年主导风场下的湖区风场分布，从而解决了复杂地形遮挡影响条件下滇池湖区风场模拟的难题；同时通过滇池湖面风场模拟技术和湖泊平面二维水动力学模型的联合运用，能较好地反映出滇池西岸、外海北岸和南部沿岸区存在的补偿性局部小环流，能较好地反映和模拟预测湖周复杂地形遮挡影响下的滇池湖区水动力条件，有利于提高滇池湖区入湖污染物迁移扩散及水质变化的模拟和预测精度。

（4）滇池水位-牛栏江水源区德泽水库联合调度技术
基于两湖库调度运行规则的基础上，充分考虑滇池兴利、防洪、湖泊水环境改善等多个因素，通过降低滇池汛期运行水位，既可以加快滇池水体流动、改善滇池水环境，又可以增加滇池防洪湖容，使滇池防洪能力提高到超过20年一遇洪水标准；在汛后期利用德泽水库的调蓄能力，可以使滇池蓄水至最高运行水位，提高滇池蓄满率。

滇池水位—德泽水库联合调度方案充分发挥了德泽水库的调蓄能力，实现了滇池防洪效益、水生态环境效益、社会效益等综合效益的最大化，并为类似地区和工程湖库联合调度提供了技术思路和应用实例。

该技术具有专属性和原创性特点。

（5）牛栏江—滇池补水工程改善滇池水环境引水调控集成技术
系统开展了滇池流域水资源配置及优化技术、滇池流域水文与非点源污染负荷预测技术、复杂地形遮挡影响下滇池湖泊水动力与水质数值模拟技术、区域水资源优化配置下滇池水位-德泽水库联合调度技术研究，成功解决了牛栏江—滇池补水工程在规划论证、项目设计及运行调度中相关科学问题，系统形成了牛栏江—滇池补水改善滇池水环境引水调控集成技术，该集成技术具有专属性和原创性特点。

成果应用情况及社会经济效益
（1）成果应用情况
在宏观决策层面，为国家水专项、滇池流域水资源规划与水污染综合治理提供决策依据；在重大科学问题研究方面，开发的关键技术拓展支撑了所承担的国家或地方重大科研项目；在牛栏江—滇池补水工程层面，该项目凝练形成的关键技术支撑了工程的成功建设、顺利通水和湖库联合调度运行管理。

（2）社会经济效益
2013年12月28日牛栏江—滇池补水工程正式通水运行，盘龙江入湖水质得到极大程度地改善，已成功打造了昆明盘龙江两岸新的亲水空间，改善了昆明沿江区域的人居环境，截至目前已经累计向滇池补水2.5亿m 3以上，牛栏江—滇池补水工程的生态环境效益显著。

同时作为严重缺水的地区，牛栏江—滇池引水工程水源区水质较好，可满足昆明地区的城市应急用水需求，将有效保障现代新昆明建设的用水需求，为昆明市提供可靠的应急备用水源，提升城市抗击供水危机的能力。

图1滇池流域土地利用现状图
图2滇池外海水质浓度空间分布图。