雨洪資源在吉林西部濕地生態(tài)恢復(fù)與保護中的利用

佟劍杰,魏景忠，王洪淼

(吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院，吉林 長春 130021)

雨洪資源在吉林西部濕地生態(tài)恢復(fù)與保護中的利用

佟劍杰,魏景忠，王洪淼

(吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院，吉林 長春 130021)

本文以吉林西部濕地為研究背景，以雨洪資源利用的控制原則、利用模式的探索以及雨洪資源利用后生態(tài)環(huán)境效益變化為出發(fā)點，著重介紹了雨洪資源利用對于改善吉林西部生態(tài)環(huán)境中發(fā)揮的重要作用，為今后我國雨洪資源綜合利用提供了借鑒和參考依據(jù)。

雨洪資源；吉林西部；資源化；濕地

20世紀50～60年代，吉林西部洮兒河、霍林河、嫩江洪水資源豐富，洮兒河分洪道、霍林河河道、嫩江古河道及月亮泡、查干湖周邊等均存在大面積濕地[1]。然而，隨著人類活動的影響和氣候的變化，西部地區(qū)降水與地表水徑流減少，許多湖泡干涸，濕地面積大幅萎縮，水土流失加劇，土壤沙化、鹽堿化加重，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。水資源短缺嚴重制約著西部生態(tài)環(huán)境的修復(fù)，雨洪資源作為一種非常規(guī)化水源越來越被重視，合理開發(fā)與利用成為解決西部地區(qū)水資源短缺的一個有效手段[2-3]。

1 吉林西部供水工程引洪控制原則

考慮工程引洪對下游水文情勢和其他用水戶的影響，工程引水口以下已沒有調(diào)蓄工程，不改變洪水的時空分布，嫩江及松花江引洪以哈爾濱斷面為主要控制斷面，其流量變化作為主要控制條件。松花江流域面積廣、氣候情況也有差異，干流哈爾濱以上流域面積39.05×104km2，嫩江大賚站面積22.17×104km2，松花江扶余站面積7.18×104km2。哈爾濱以上洪水來源主要是嫩江和松花江(三岔河口以上)，一般嫩江洪水河槽調(diào)蓄作用大，傳播時間長，如嫩江先發(fā)生暴雨，易與匯流速度快的松花江(三岔河口以上)或拉林河遭遇。

1.1 引水時段確定

供水范圍內(nèi)屬松花江流域，根據(jù)《松花江流域防洪規(guī)劃水文分析報告》，流域洪水主要由暴雨產(chǎn)生，年最大洪水多發(fā)生在7—9月，少數(shù)發(fā)生在5月、6月或者10月。工程從河道、江道取水，按照地區(qū)氣候條件和泵站、輸水渠道運行情況，取水時間應(yīng)在解凍后至封凍前。本工程主要利用洪水資源，綜合考慮洪水發(fā)生時間及工程運行條件，在灌溉用水高峰期的5月和6月不引水，確定常態(tài)引水時段基本為每年的7—10月，引洪水時段為每年的7—10月。

1.2 引洪判別條件

根據(jù)工程規(guī)劃階段審批意見，結(jié)合不同引洪方案比選成果，嫩江及松花江引洪按取水?dāng)嗝婧凸枮I斷面同時達到2 a一遇的最大月平均流量作為初始引水控制條件，即嫩江白沙灘斷面流量1230 m3/s、大賚斷面流量1145 m3/s，松花江哈達山斷面流量650 m3/s，哈爾濱斷面流量2330 m3/s。洮兒河及霍林河洪水利用按取水?dāng)嗝孢_到2 a一遇的最大15 d洪量作為初始引水控制條件，即洮兒河龍華吐斷面流量130 m3/s。

霍林河是嫩江右岸最下游的支流，兩岸大部分為農(nóng)牧區(qū)，多波狀沙丘，河流穿行于沙葦塘或沼澤之中，局部河段呈潛流、干涸狀態(tài)?；袅趾舆M入吉林省后河道輸水損失很大，只有大洪水年份才能流入到查干湖。

鑒于霍林河洪水大多補給地下水，其下游常年處于無尾河的狀態(tài)，綜合霍林河下游生態(tài)要求和引水經(jīng)濟性，依據(jù)水資源綜合規(guī)劃，僅考慮在大洪水年補充向海濕地核心區(qū)部分水量，以霍林河同發(fā)壩斷面下泄流量≥30 m3/s，作為霍林河常態(tài)補水的計算條件，以保證勝利水庫壩址處下泄流量≥5 m3/s，作為勝利水庫攔蓄部分洪水的判別條件。

(1)松花江(三岔河口以上)和嫩江

通過分析松花江流域洪水傳播時間，大賚水文站和扶余水文站洪水傳播到下岱吉水文站的時間均為4 d，兩站洪水再傳播到三岔河口的時間均為2 d左右，說明兩水文站的洪水傳播到河口的時間基本相同。組合哈達山斷面和大賚斷面的來水過程，并對比同時段的哈爾濱斷面過程線，綜合考慮區(qū)間來水量及用水消耗，以哈爾濱斷面控制流量≥2330 m3/s為前提條件，確定哈達山斷面和大賚斷面組合流量控制為2050 m3/s。

當(dāng)白沙灘斷面來水流量>1230 m3/s，且哈達山和大賚斷面組合流量>2050 m3/s時，白沙灘斷面開始引水，引水后組合下泄流量≥2050 m3/s；當(dāng)大賚斷面來水流量>1145 m3/s，且哈達山和大賚斷面組合流量>2050 m3/s時，大賚斷面開始引水，引水后組合下泄流量≥2050 m3/s；當(dāng)哈達山斷面來水流量>650 m3/s，且哈達山和大賚斷面組合流量>2050 m3/s時，哈達山斷面開始引水，引水后組合下泄流量≥2050 m3/s。

(2)洮兒河和霍林河

洮兒河洪水利用中，預(yù)留洮兒河灌區(qū)和永興灌區(qū)用水、河道生態(tài)基流等共70 m3/s，起始引洪控制流量為130 m3/s，可以滿足灌區(qū)及生態(tài)用水。當(dāng)洮兒河來水>130 m3/s 時，按向海濕地、牛心套保濕地等供水重要程度進行引洪，各斷面引水后下泄流量≥130 m3/s。

勝利水庫位于霍林河南股河道內(nèi)，為滿足水庫壩址處斷面到下游霍林河南北股交匯處的河道內(nèi)生態(tài)用水，在保證下泄流量≥5 m3/s的條件下，攔蓄部分洪水。

2 雨洪資源利用的探索

針對吉林省西部地區(qū)資源性缺水和工程性缺水并存的實際，依托西部自然河湖水系和已建河湖連通骨干工程，采取工程與自然相融合的原生態(tài)設(shè)計理念，充分利用現(xiàn)有河道、溝渠，結(jié)合新建渠道，輔以橋、涵、閘等工程措施，在西部地區(qū)建設(shè)河湖連通工程體系，留足接口和平臺，為農(nóng)、林、牧、漁、葦、旅游、城鎮(zhèn)化建設(shè)等事業(yè)發(fā)展創(chuàng)造有利條件和發(fā)展空間。構(gòu)建吉林西部供水范圍內(nèi)布局合理、功能完備、工程優(yōu)化、保障有力的河湖水系連通格局，使地區(qū)水資源統(tǒng)籌調(diào)配能力、供水安全保障能力、防洪除澇減災(zāi)能力、水環(huán)境生態(tài)保護能力和應(yīng)急保障能力得到明顯提高。具體思路如下：

2.1 利用現(xiàn)有水利工程

項目區(qū)地表水資源嚴重匱乏，為保證生產(chǎn)生活用水，水資源利用主要是開采地下水。利用過境的嫩江、松花江(三岔河口以上)、洮兒河水源，先后建設(shè)了前郭、白沙灘、洮兒河三個大型灌區(qū)和新生、塔虎城、南莫等中型灌區(qū)，為了保護向海濕地，修建了引洮分洪入向工程。近10 a來，西部地區(qū)水利工程建設(shè)加快了步伐，引嫩入白、大安灌區(qū)和哈達山水利樞紐，三個大型水利基礎(chǔ)設(shè)施工程開工建設(shè)，土地整理、膜下滴灌等農(nóng)田水利工程也大規(guī)模開發(fā)建設(shè)，基本形成了防洪、灌溉、供水、濕地保護的總體格局。

2.2 利用待建工程

吉林西部正在建設(shè)的松原灌區(qū)、大安灌區(qū)以及將要建設(shè)的松城灌區(qū)龍海片等灌區(qū)工程為周邊湖泡濕地供水提供了工程條件。合理充分利用灌區(qū)干支渠灌溉期富余的能力向周邊湖泡濕地供水避免了重復(fù)建設(shè)。

2.3 新建工程

現(xiàn)有水利工程和待建工程多為骨干工程，在此基礎(chǔ)上需要配以建設(shè)一定數(shù)量規(guī)模較小的輸水渠、水閘以及涵洞等水工建筑物引洪入泡沼。

3 引洪效益分析

3.1 調(diào)節(jié)計算成果

吉林西部供水工程連通203個湖泡、水庫，其中包括已建的哈達山水利樞紐、引嫩入白等調(diào)蓄水庫(湖泡)7個和本次工程連通并供水的湖泡、水庫數(shù)量為196個。按照調(diào)節(jié)原則及工程規(guī)模，通過長系列計算分析，得出設(shè)計水平年2030年各湖泡(水庫)蓄水情況及葦田、濕地供水成果。

2030年，吉林西部供水工程203個湖泡正常蓄水位相應(yīng)的面積達到17.25×104hm2，正常蓄水位相應(yīng)的庫容為35.6×108m3，其中，本次連通并供水的196個湖泡(水庫)正常蓄水位相應(yīng)的面積為12.77×104hm2，正常蓄水位相應(yīng)的庫容為17.7×108m3。已利用的7個湖泡(水庫)正常蓄水位相應(yīng)的面積為4.48×104hm2，正常蓄水位相應(yīng)的庫容為17.9×108m3。

3.2 湖泡、濕地供水

依據(jù)現(xiàn)狀年供水范圍內(nèi)湖泡、濕地分布圖，分區(qū)繪制湖泡、濕地恢復(fù)分布圖，并進行統(tǒng)計分析，與現(xiàn)狀濕地重合部分作為改善濕地面積。吉林西部供水工程可恢復(fù)、改善濕地面積9.62×104hm2，其中恢復(fù)濕地面積5.81×104hm2，改善濕地面積3.81×104hm2，使區(qū)域內(nèi)的濕地面積達到30.22×104hm2；增加水面面積4.27×104hm2，區(qū)域湖泡、水庫面積達到18.69×104hm2；可恢復(fù)擴大供水范圍內(nèi)湖泡、濕地總面積至48.91×104hm2。項目區(qū)內(nèi)濕地及水面面積成果表見表1。

表1 項目區(qū)內(nèi)濕地及水面面積成果表 ×104 hm2

根據(jù)2030年調(diào)節(jié)計算成果，繪制年平均蘆葦供水量和年平均濕地供水量柱狀圖，見圖1和圖2，從圖中以看出，蘆葦最大供水量出現(xiàn)在1991年，為2.19×108m3；蘆葦最小供水量出現(xiàn)在1979年，為1.34×108m3，蘆葦年平均供水量最小值和最大值的比值為0.61。濕地最大供水量出現(xiàn)在1998年，為3.27×108m3；濕地最小供水量出現(xiàn)在1982年，為0.17×108m3，濕地年平均供水量變化幅度較大，最小值和最大值比值為0.05。

圖1 各年平均蘆葦供水量柱狀圖

圖2 各年平均濕地供水量柱狀圖

3.3 水產(chǎn)養(yǎng)殖

根據(jù)2030年調(diào)節(jié)計算成果，供水范圍內(nèi)多年平均養(yǎng)魚面積4.73×104hm2，多年平均養(yǎng)蟹面積1.32×104hm2。繪制年平均養(yǎng)魚水面面積和年平均養(yǎng)蟹水面面積，供水范圍內(nèi)年平均養(yǎng)魚水面、養(yǎng)蟹水面柱狀圖，見圖3、圖4。

可以看出，養(yǎng)魚平均水面面積振幅較大，最小值和最大值的比例系數(shù)為0.28，養(yǎng)蟹年平均水面面積最小值和最大值的比例系數(shù)為0.52。最小養(yǎng)殖年平均水面面積和最小年平均供水量出現(xiàn)在1980年左右。其中，養(yǎng)魚最大水面出現(xiàn)在1961年，為7.29×104hm2，最小水面出現(xiàn)在1980年，為2.05×104hm2；養(yǎng)蟹最大水面出現(xiàn)在1957年，為1.57×104hm2，最小水面出現(xiàn)在1979年為0.8×104hm2。

圖3 各年平均養(yǎng)魚水面柱狀圖

圖4 各年平均養(yǎng)蟹水面柱狀圖

3.4 地下水環(huán)境變化分析

吉林西部供水工程多年平均滲漏量為1.26×108m3，工程預(yù)計2021年全面運行使用，至2030年的10 a中，工程累計滲漏補給地下水量為12.60×108m3，地下水評價采用水均衡方法，即補給量與排泄量的差值為地下水的蓄變量，蓄變量為正值時，地下水補給量>排泄量，地下水位抬高，反之地下水位下降。本項目補給地下水的水量并不是全部留存在當(dāng)?shù)?，轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵滤钭兞?，部分補給水量在參與地下水循環(huán)的過程中，隨地下水徑流、蒸發(fā)及人工開采等排泄方式排出區(qū)外。因此，本項目滲漏補給地下水的12.6×108m3水量為地下水回補量理論上的極大值，比實際小。

根據(jù)地下水補水量平衡成果，本工程補水量最大能夠達到缺水量的43.1%，最大恢復(fù)地下水虧缺區(qū)面積76.89×104hm2，能夠在一定程度上解決項目區(qū)缺水的問題，改善區(qū)內(nèi)地下水生態(tài)環(huán)境。

4 結(jié) 論

吉林西部供水工程是在綜合考慮了區(qū)域水資源特點、水利工程現(xiàn)狀，充分論證了引洪判別條件、比選確定了重點工程布局及工程規(guī)模后開展實施的。工程實施后將增加西部地區(qū)湖泡水面面積、蘆葦濕地面積、養(yǎng)魚和養(yǎng)蟹面積，增加地下水回補量，對于改善西部地區(qū)現(xiàn)有脆弱的生態(tài)環(huán)境有著重要的意義。同時，也為未來我國開展雨洪資源綜合利用相關(guān)工程提供了借鑒。

[1] 于國強, 杜保佳, 劉吉平. 1986～2012年吉林省西部濕地生態(tài)系統(tǒng)脆弱性評價[J]. 濕地科學(xué), 2016, 14(3):439-445.

[2] 王國平, 張玉霞, 高峰. 吉林省西部地區(qū)重要濕地及其生態(tài)環(huán)境功能[J]. 水土保持學(xué)報, 2001, 15(S2):121-124.

[3] 陳銘, 張樹清, 傅曉陽,等. 吉林省西部濕地資源動態(tài)變化研究[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2006, 20(3):21-24.

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2096-0506(2017)11-0049-04

佟劍杰(1984-)，男，吉林磐石人，工程師，主要從事水利水電規(guī)劃設(shè)計工作。E-mail：windhsj0701@163.com。