淮河流域重要控制斷面生態(tài)流量調(diào)度時空需求探討

水艷 李麗華 喻光曄

淮河流域重要控制斷面生態(tài)流量調(diào)度時空需求探討

水艷 李麗華 喻光曄

一、引言

生態(tài)環(huán)境是人類生存發(fā)展的最基本自然條件，是經(jīng)濟、社會發(fā)展的基礎。它即受到自然發(fā)展規(guī)律的制約，也為人類的社會經(jīng)濟活動所約束?！氨Ｗo和改善生態(tài)環(huán)境”已經(jīng)成為21世紀國際社會“環(huán)境與發(fā)展”與“和平與發(fā)展”兩個同等重要主題的內(nèi)容之一，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑?！八巧矗a(chǎn)之要，生態(tài)之基”，對維持人類賴以生存的社會環(huán)境和生態(tài)環(huán)境起著決定性的作用。

國家“水污染防治行動計劃”提出：“當前，我國一些地區(qū)水環(huán)境質量差、水生態(tài)受損重、環(huán)境隱患多等問題十分突出，影響和損害群眾健康，不利于經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展”，并明確要求“科學確定生態(tài)流量。在黃河、淮河等流域進行試點，分期分批確定生態(tài)流量（水位），作為流域水量調(diào)度的重要參考?！?/p>

淮河在我國的自然地理上是一條重要的界限，淮河以北屬于暖溫帶半濕潤季風氣候區(qū)，以南屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)?；春恿饔蛩Y源時空分布不均，主要受降水影響。降水的主要因素是季風，降水特點是地區(qū)分布不均，年內(nèi)分布集中，年際變化大，導致年徑流的時空分布具有地區(qū)變化劇烈、年內(nèi)分配集中和年際變化大的特點。

本文從國家對生態(tài)環(huán)境的總體部署及淮河流域的實際出發(fā)，根據(jù)已有的生態(tài)流量研究基礎，以提高重要控制斷面生態(tài)流量保證率為目標，科學分析調(diào)度流量及調(diào)度時空分布的需求。

二、研究范圍與生態(tài)控制斷面

根據(jù)“十二五”國家重大水專項研究課題研究需要，選擇淮河流域洪澤湖以上區(qū)域作為研究范圍，并分別在淮河干流、潁河、渦河設置王家壩、魯臺子、蚌埠、小柳巷、界首、蒙城6個重要生態(tài)控制斷面。

三、生態(tài)流量現(xiàn)狀保證率

1.“淮河法”生態(tài)流量成果

“淮河法”是《淮河流域生態(tài)用水調(diào)度研究報告》中提出的生態(tài)水量綜合計算方法，該方法充分利用淮河流域的相關研究成果，通過對國內(nèi)外方法的總結，提出以水文學方法為主，考慮生態(tài)系統(tǒng)分析的計算方法。該方法的成果被《淮河流域綜合規(guī)劃（2012）》采用。

“淮河法”計算了最小生態(tài)流量過程和適宜生態(tài)流量過程，成果見表1。

表1　重要河流控制斷面分時段最小生態(tài)流量成果表

河道最小生態(tài)流量是指為維持現(xiàn)有河道生態(tài)系統(tǒng)不再惡化、保障河道天然生態(tài)系統(tǒng)關鍵物種不消亡，從而保證河道生態(tài)系統(tǒng)基本功能不嚴重退化，必須在河道中常年流動著的最小臨界水量。

適宜生態(tài)流量是指水生態(tài)系統(tǒng)的生物完整性隨水量減少而發(fā)生演變，以生態(tài)系統(tǒng)衰退臨界狀態(tài)的水分條件定義為維持水體生物完整性的需水。適宜生態(tài)流量考慮目標水體水生生物主要是魚類的生存、繁衍對水域水文、水力特性的要求。

2.生態(tài)流量滿足程度

生態(tài)斷面歷時保證率是指多年期間能夠滿足生態(tài)斷面流量要求的歷時（日、旬或月）占總歷時的百分比，即：

根據(jù)各個斷面多年（1956～2010年）實測日平均流量，與計算得到的最小、適宜生態(tài)流量作比較，分析現(xiàn)狀實際生態(tài)用水滿足程度，如表2所示。

計算結果表明：干流斷面的保證程度明顯高于支流斷面。干流對最小生態(tài)流量的日保證率可以接近或超過90%，對適宜生態(tài)流量日保證率可以達到75%以上。重要支流最小生態(tài)流量的保證率為50%～80%，適宜生態(tài)流量的保證率約50%～70%。

四、控制斷面75%保證率生態(tài)流量限值

基于生態(tài)斷面歷時保證率計算公式，本次研究中通過各個控制斷面多年（1956～2010年）實測日平均流量進行保證率的計算，按由大到小的順序對各斷面每天的日平均流量進行排序，選取前75%天數(shù)下的最小流量，作為生態(tài)基流保障率達到75%的日平均流量限值，即計算出的生態(tài)流量過程超過限值過程則無法滿足保證率要求，需要進行調(diào)控加大實際流量。

由此計算出的75%保證率下的各生態(tài)控制斷面每日的生態(tài)流量限值過程，結果見圖1～圖6。

圖1　王家壩斷面75%保證率最大生態(tài)流量限值

圖2　魯臺子斷面75%保證率最大生態(tài)流量限值

圖3　蚌埠斷面75%保證率最大生態(tài)流量限值

圖4　小柳巷斷面75%保證率最大生態(tài)流量限值

圖5　界首斷面75%保證率最大生態(tài)流量限值

圖6　蒙城斷面75%保證率最大生態(tài)流量限值

五、優(yōu)化調(diào)度時空分布需求

1.調(diào)度需求

根據(jù)生態(tài)流量滿足程度分析結果，干流上，由于大部分時段內(nèi)都能保持10%～20%的生態(tài)流量，因此具有足夠的河寬、水深和流速維持水生生態(tài)的健康發(fā)展，單純水量調(diào)度對干流的進一步改善影響不大，可以綜合考慮水量、水質和水生態(tài)的協(xié)作發(fā)展，保障入流水質條件和水生生物需水環(huán)境等。

支流的生態(tài)流量保障程度相對較低，最小生態(tài)流量作為保證河道生態(tài)系統(tǒng)基本功能不嚴重退化的最小臨界水量，必須通過工程調(diào)度來得到保障，若河道流量長時間處于或低于這個狀態(tài)，河道生態(tài)系統(tǒng)將走向崩潰。因此對于重要支流而言，也有必要通過壓縮社會經(jīng)濟用水量等來滿足適宜生態(tài)用水保證率。

2.推薦調(diào)度規(guī)則

根據(jù)各控制斷面多年實際流量過程計算出75%保證率的生態(tài)流量限值，對比分析實際流量（采用近似平水年2010年實測流量）過程、“淮河法”最小生態(tài)流量過程和適宜生態(tài)流量過程，若現(xiàn)狀實際流量過程大于75%保證率限值及最小生態(tài)流量、適宜生態(tài)流量，則無需調(diào)度；若最小生態(tài)流量流量、適宜生態(tài)流量若低于75%保證率流量限值，則滿足75%保證率，在現(xiàn)狀流量滿足現(xiàn)狀生態(tài)流量的基礎上無需調(diào)度，不滿足生態(tài)流量的情況下需要進行調(diào)度；若最小生態(tài)流量、適宜生態(tài)流量不滿足75%保證率，且實際流量過程不滿足生態(tài)流量過程，則需要通過閘壩調(diào)度加大實際流量，提高保證率。

淮河干流和潁河實際流量較大，生態(tài)流量保障程度較高，為更好地保護流域的生態(tài)環(huán)境，推薦按照適宜生態(tài)流量結合75%保證率流量限值考慮調(diào)度規(guī)則。

渦河蒙城以下斷流較嚴重，必須保障河道的最低生態(tài)環(huán)境用水量，在斷流期間按照最小生態(tài)流量進行調(diào)度。具體調(diào)度規(guī)則見表3。

表3　推薦生態(tài)流量調(diào)度規(guī)則表

3.時間分布

根據(jù)設定的調(diào)度規(guī)則，對比分析各控制斷面的實際流量、75%生態(tài)流量最大限值、最小生態(tài)流量、適宜生態(tài)流量，得出各斷面需要進行流量調(diào)度的具體時間。

以近似平水年2010年的實際流量過程為例，淮河干流的控制斷面僅需調(diào)度3～6d，集中在枯水期2月和12月。其中王家壩在2月份需要調(diào)度3d，平均調(diào)度流量為2.5m3/s，為實際流量的7.6%；魯臺子與蚌埠斷面需要在12月份調(diào)度4d和6d，調(diào)度流量均值分別為9.3 m3/s、42.9m3/s，為實際流量的12.6%和53.4%。

支流的調(diào)度時間跨度明顯較干流大。潁河的界首斷面調(diào)度時段分布在1～5月和11月，調(diào)度流量月均值為6.3～12.3 m3/s，相對于實際流量較大，約為實際流量的3～14倍；蒙城斷面由于斷流嚴重，整個枯水期均需要按照最小生態(tài)流量控制下泄。

4.空間分布

根據(jù)各生態(tài)控制斷面75%保證率生態(tài)流量限值與實際流量過程、最小生態(tài)流量和適宜生態(tài)流量的對比分析，日常需要通過調(diào)度使生態(tài)流量滿足要求的斷面為淮河干流王家壩、魯臺子、蚌埠斷面，潁河的界首斷面，以及渦河的蒙城。

以2010年為例，淮河干流的幾個斷面需要調(diào)度的時間較短，在枯水期僅有3～6d時間需要調(diào)度，可以通過適當加大斷面以上閘壩的下泄流量來滿足調(diào)度要求。

潁河界首斷面2010年需要調(diào)度13d，時間較短，但是相對于實際流量過程，調(diào)度流量較大。分析生態(tài)流量主要依靠上游的大型水庫進行水量調(diào)度，如白沙水庫、昭平臺水庫、白龜山水庫、孤石灘水庫、燕山水庫。

蒙城斷面由于非汛期斷流較嚴重，需一直按照最小生態(tài)流量進行下泄，為了保障蒙城閘上的用水需求，生態(tài)流量主要依靠上游的大型控制蓄水閘進行水量調(diào)度，如玄武閘、付橋閘、大寺閘、蔡橋閘、渦陽閘、蒙城節(jié)制閘等。

六、總結

時空分布需求與生態(tài)流量的計算方法及大小息息相關，不同的計算方法及生態(tài)流量的年內(nèi)展布方式直接影響到調(diào)度的閘壩和時間段以及調(diào)度的流量大小。根據(jù)調(diào)度時空分布分析結果可以進一步檢驗計算方法是否適合淮河流域的實際情況，對生態(tài)流量的年內(nèi)展布進行更合理的調(diào)整。

本次僅采用《淮河流域綜合規(guī)劃》中的“淮河法”設置各控制斷面的生態(tài)流量，下一步需結合相關課題的“生態(tài)法”流量過程，確定更科學的生態(tài)流量過程，進一步分析確定閘壩調(diào)度的時空分布需求，為保障流域生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展，為積極推進閘壩水量—水質—水生態(tài)多目標聯(lián)合調(diào)度體系建設提供切合實際的分析依據(jù)

（作者單位：淮河流域水資源保護局淮河水資源保護科學研究所233001）