甘肅省疏勒河流域尾閭生態(tài)補(bǔ)水工程措施研究

?曾有孝 周毅

摘要：以向疏勒河尾閭——敦煌西湖國家級自然保護(hù)區(qū)輸送生態(tài)水量為目的，以恢復(fù)和歸束疏勒河河道為措施，通過調(diào)查疏勒河現(xiàn)有河道、已消失古河道現(xiàn)狀，考慮疏勒河下游河道輸水水量逐漸衰減的特性，分析確定了河道生態(tài)輸水效率及輸水流量。針對工程中存在的風(fēng)蝕、風(fēng)積作用影響河道成型穩(wěn)定，部分河段地下水埋深淺、土質(zhì)疏松，工程運(yùn)行期形成結(jié)晶鹽塞，壅塞河道，影響輸水效率等問題，設(shè)計(jì)中主要采取了繞線、換填等措施。疏勒河河道恢復(fù)與歸束工程于2013年陸續(xù)開工建設(shè)，2016年大部分河段基本建成，2016年（豐水年）在已建成的河段進(jìn)行了試通水，達(dá)到了預(yù)期的輸水效果。

關(guān)鍵詞：生態(tài)補(bǔ)水;輸水效率;輸水流量;疏勒河

中圖分類號：TV213.4;X171.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

甘肅敦煌西湖國家級自然保護(hù)區(qū)位于敦煌市西部，庫姆塔格沙漠以東，東接南泉濕地自然保護(hù)區(qū)和陽關(guān)鎮(zhèn)，南與阿克塞哈薩克族自治縣接壤，西、北分別與新疆維吾爾自治區(qū)和敦煌雅丹國家地質(zhì)公園毗鄰，并與庫姆塔格沙漠和羅布泊相連。敦煌西湖國家級自然保護(hù)區(qū)是疏勒河尾閭，歷史上，疏勒河河水滋潤著這片土地，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，疏勒河水資源開發(fā)利用率不斷提高，向下游下泄水量銳減，造成河道斷流，疏勒河河水失去了與敦煌西湖國家級自然保護(hù)區(qū)地表水的水力聯(lián)系，致使保護(hù)區(qū)濕地面積萎縮，濕地內(nèi)植被退化或者消失，生物多樣性減少，生態(tài)環(huán)境問題日益突出，嚴(yán)重威脅敦煌綠洲的生存發(fā)展。為解決敦煌的生態(tài)問題，2011年國務(wù)院批準(zhǔn)甘肅省實(shí)施《敦煌水資源合理利用與生態(tài)保護(hù)綜合規(guī)劃（2011-2020年）》（以下簡稱《規(guī)劃》）。《規(guī)劃》確立了“南護(hù)水源、中建綠洲、西拒風(fēng)沙、北通疏勒”的總體思路和“內(nèi)節(jié)外調(diào)統(tǒng)籌、西護(hù)北通并舉，水源綠洲穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)生態(tài)均衡”的總體布局?；謴?fù)疏勒河河道輸水功能、增加向尾閭的下泄水量是《規(guī)劃》確定的主要治理任務(wù)之一。本文以實(shí)施敦煌西湖國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)補(bǔ)水為目標(biāo)，結(jié)合疏勒河尾閭河道現(xiàn)狀，提出了生態(tài)補(bǔ)水的工程措施。

1 流域概況

疏勒河發(fā)源于祁連山西段的討勒南山與疏勒南山之間，全長540km，流域面積20197km²。河流自東南流向西北，匯高山積雪、冰川融水及山區(qū)降水，至花兒地折流向北人昌馬盆地，過昌馬峽后進(jìn)入山前平原區(qū)，漫流于沖洪積扇上，于玉門市轉(zhuǎn)向西行，經(jīng)雙塔水庫，過瓜州盆地，至敦煌市北，黨河由南匯入，再西流注入哈拉湖。歷史上，疏勒河經(jīng)玉門關(guān)一帶的敦煌西湖國家級自然保護(hù)區(qū)，終流入羅布泊。疏勒河花兒地以上流域面積6415km²，河長234km，山巔終年積雪，并有現(xiàn)代冰川分布，是徑流的主要補(bǔ)給區(qū);花兒地至昌馬堡兩岸光山禿嶺，植被較少，水土流失較為嚴(yán)重，是泥沙的主要匯集區(qū);昌馬堡下游為山前平原區(qū)，大量河水被用于疏勒河灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉，是河水主要消耗區(qū)。目前疏勒河干流在敦煌市與瓜州縣分界處的北河口附近斷流，部分河道消失。

2 西湖國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)恢復(fù)需水量

敦煌西湖國家級自然保護(hù)區(qū)面積為6600km²，約占敦煌市總面積的21%，其中核心區(qū)面積為1980.0km²，緩沖區(qū)面積為1457.5km²，試驗(yàn)區(qū)面積為3162.5km²。保護(hù)區(qū)內(nèi)濕地面積為1135km²，區(qū)內(nèi)海拔820～2359m，地勢南高北低，中間為沖積平原。根據(jù)《敦煌重點(diǎn)目標(biāo)生態(tài)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》，自1973年起，敦煌西湖國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)植被面積和綠洲穩(wěn)定度總體呈下降趨勢，1973年、1986年、1990年、2000年、2007年綠洲穩(wěn)定度分別為0.54、0.45、0.45、0.33、0.39。要保持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，必須保證與其相適應(yīng)的生態(tài)水量供給。以西湖國家級自然保護(hù)區(qū)2007年現(xiàn)狀生態(tài)需水量為生態(tài)基準(zhǔn)供水量，以1990年生態(tài)需水量為目標(biāo)，兩者間差值為敦煌西湖國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)不再惡化并向增加綠洲穩(wěn)定度方向發(fā)展所需的生態(tài)補(bǔ)水量。參照《黑河流域近期治理規(guī)劃》中相同生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)需水平均定額[1-2]，計(jì)算得到敦煌西湖國家級自然保護(hù)區(qū)不同時期的生態(tài)需水量，見表1。經(jīng)分析確定西湖國家級自然保護(hù)區(qū)需人工增補(bǔ)水量應(yīng)穩(wěn)定在3800萬m³以上，其中通過疏勒河干流河道增補(bǔ)2200萬m³，通過黨河干流河道增補(bǔ)1700萬m³。

3 工程措施

敦煌西湖國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)恢復(fù)所需水量通過天然補(bǔ)給已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)，需要人工干預(yù)補(bǔ)給?！兑?guī)劃》確定的補(bǔ)水思路：加大疏勒河灌區(qū)和敦煌盆地節(jié)水力度，調(diào)整用水結(jié)構(gòu)，壓減社會經(jīng)濟(jì)用水，輔以適度的外流域調(diào)水（引哈濟(jì)黨工程），在滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和河道內(nèi)外生態(tài)用水的情況下，補(bǔ)充一部分水量至敦煌西湖國家級自然保護(hù)區(qū)。主要的工程措施是通過實(shí)施河道恢復(fù)與歸束工程，恢復(fù)疏勒河及黨河河道的輸水功能，將生態(tài)水量下泄至西湖國家級自然保護(hù)區(qū)，成為保護(hù)區(qū)地表水生態(tài)水量的一部分。本文以疏勒河河道恢復(fù)為例，介紹生態(tài)補(bǔ)水工程措施，黨河河道恢復(fù)的工程條件和補(bǔ)水工程措施等與疏勒河類似。

3.1 疏勒河河道現(xiàn)狀及恢復(fù)治理范圍

目前，疏勒河干流在敦煌市與瓜州縣分界處的北河口附近斷流，斷流點(diǎn)距離敦煌西湖國家級自然保護(hù)區(qū)約102km。北河口地面高程1090m，西湖國家級自然保護(hù)區(qū)地面高程1014m，高差76m，天然縱坡0.076%。北河口以上河段基本成型;北河口以下至玉門關(guān)河段地形條件較為復(fù)雜，除少部分河段有成型的河槽外，大部分河段常年斷流，無成型河道，現(xiàn)狀河道起伏不平，多分叉，不規(guī)則，河床基本無植被，地表呈荒漠景觀，部分河段還存有大規(guī)模已干涸的鹽湖和季節(jié)性沼澤濕地，土體鹽漬化和地基溶陷問題嚴(yán)重。

通過大量實(shí)地調(diào)查選線，按照生態(tài)輸水所要求達(dá)到的水量目標(biāo)，選擇北河口至玉門關(guān)段河道進(jìn)行恢復(fù)和歸束，總長180km。

3.2 生態(tài)輸水時段確定

疏勒河雙塔水庫每年的灌溉期為3月5日至4月30日、6月5日至8月25日、10月15日至11月20日，總灌溉期約170d。為保證水庫下游農(nóng)業(yè)灌溉安全，兼顧生態(tài)用水安全，確定雙塔水庫每年的灌溉間歇期為生態(tài)輸水期，即每年5月1日至6月4日（35d）和8月26日至10月14日（50d）將雙塔水庫下泄水量通過疏勒河向下游輸送，其中每年的8月26日至10月14日為生態(tài)強(qiáng)制輸水期。

3.3 河道輸水效率及生態(tài)輸水流量計(jì)算

河道輸水的水量損失主要包括滲漏和蒸發(fā)。滲漏損失依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-99），按照渠道輸水效率計(jì)算公式計(jì)算：式中：η為渠道水利用系數(shù)（河道輸水效率）;L為河道長度;σ為河道單位長度水量損失率;ε為受地下水頂托的滲水損失修正系數(shù);Q_dj為河道凈流量;K為土壤透水性系數(shù);m為土壤透水性指數(shù)。

根據(jù)工程地質(zhì)勘察，河段的河床質(zhì)組成以沙土居多，根據(jù)工程地質(zhì)勘探河道取樣土體物理試驗(yàn)結(jié)果，土壤透水性系數(shù)和透水性指數(shù)分別取3.4和0.5。受地下水頂托的滲水損失修正系數(shù)根據(jù)分段地下水埋深和輸水流量查規(guī)范確定。

分段計(jì)算不同流量情況下的河道輸水效率，通過繪制輸水流量與輸水效率曲線，查得該河段不同流量的輸水效率;蒸發(fā)損失按輸水期平均水面面積x水面蒸發(fā)量進(jìn)行計(jì)算。下一斷面輸水量按照河段前一斷面輸水量乘以輸水效率減去蒸發(fā)損失進(jìn)行計(jì)算，如在雙塔水庫出庫至柳墩鐵路橋段，出庫斷面設(shè)計(jì)輸水流量為35.0m³/s，查得該段河道的輸水效率為0.722，推算得到柳墩鐵路橋斷面的流量為25.3m³/s，水量為5596萬m³。同理推算得到輸水流量到達(dá)雙墩子斷面時折減為15.8m³/s，到達(dá)黨河匯入口斷面時折減為13.3m³/s，到達(dá)末端玉門關(guān)斷面時折減為10.0m³/s。雙塔水庫下泄的生態(tài)水量到達(dá)疏勒河各斷面的水量見表2。

3.4 補(bǔ)水工程方案

對地面高程高于河底高程的無河槽河段、有河槽但槽底高程高于河底高程或河槽寬度過窄不能滿足生態(tài)輸水要求的河段，按照各河段不同的輸水流量、實(shí)際河道地形地貌、地質(zhì)條件、河道比降、工程造價等，分別采取開挖、疏浚、削坡等工程措施，形成新的人工河道，保證生態(tài)輸水流量順利通過。從河道縱坡方向看，遇到自然河底高程高于設(shè)計(jì)河底高程時將河底高程開挖清理至設(shè)計(jì)高程;自然河底高程低于河道設(shè)計(jì)高程時原則上不進(jìn)行填筑處理，也不作為棄渣的地方，遇到局部較大坑、井時必須將其夯填至設(shè)計(jì)高程。柳墩鐵路橋至西湖鄉(xiāng)河道總長60.93km，河道平均縱坡1/890，治理寬度40m;西湖鄉(xiāng)至雙墩子斷面總長28.97km，河道平均縱坡1/1206，治理寬度30m;雙墩子至黨河匯入口段河道總長36.34km，河道平均縱坡1/1556，治理寬度30m;黨河匯入口至玉門關(guān)段河道總長60.932km，河道平均縱坡1/1310～1/8000。

河道恢復(fù)工程橫斷面采用梯形斷面，其中雙墩子至黨河匯入口段河堤內(nèi)邊坡為1：3.0，外邊坡為1：2.5;黨河匯入口上游至青鹽池段河堤內(nèi)邊坡為1：3.0，外邊坡為1：3.0;青鹽池至玉門關(guān)段河堤內(nèi)邊坡為1：3.5，外邊坡為1：3.5。河道恢復(fù)工程縱橫斷面設(shè)計(jì)見圖1～圖3。

4 關(guān)鍵技術(shù)問題

內(nèi)陸河原有河道多經(jīng)過風(fēng)沙地區(qū)，河道散亂，天然縱坡緩，長時間斷流后，地表地形再造，部分河道消失。主要地質(zhì)問題是風(fēng)蝕、風(fēng)積作用影響河道成型穩(wěn)定;野馬井子沼澤段地下水埋深淺，土質(zhì)疏松;工程運(yùn)行期會形成結(jié)晶鹽塞，壅塞河道，影響輸水效率。

針對存在的地質(zhì)問題，設(shè)計(jì)中主要采取了繞線、換填等措施。雙墩子到黨河匯入口段線路長約35km，該段存在風(fēng)沙掩埋問題和風(fēng)蝕地貌段難以疏通的問題，本著對沿線生態(tài)有利和高程能夠滿足繼續(xù)向下游輸水的原則，線路向南偏移;黨河匯入口至玉門關(guān)段，線路長約65km，需要繞過哈拉諾爾湖，穿過鹽漬土和地形隆起區(qū)，同樣采取了盡量繞開哈拉諾爾湖，從南側(cè)繞行的線路，有效避開了大部分不良地段;對于河道部分結(jié)晶鹽塞段，采用了外運(yùn)土料換填的方法。

5 工程實(shí)施初步效果

疏勒河河道恢復(fù)與歸束工程于2013年陸續(xù)開工建設(shè)，2016年大部分河段基本建成，2016年（豐水年）在已建成的河段進(jìn)行了試通水。據(jù)初步監(jiān)測，2016年黨河水庫下泄水量22000萬m³，水量到達(dá)黨河匯入疏勒河口;疏勒河雙塔水庫下泄水量25562萬m³，水量到達(dá)下游北河口斷面。因下游部分河段未完全恢復(fù)，故兩河下泄水量全部流入干涸多年的哈拉諾爾湖，形成24km²的水面，生態(tài)補(bǔ)水的效果初步顯現(xiàn)。河道歸束工程完建后，隨著生態(tài)水量逐年下泄，河道沿途及敦煌西湖國家級自然保護(hù)區(qū)周邊地表植被覆蓋率提高，生態(tài)環(huán)境將逐步改善。

6 結(jié)語

以恢復(fù)疏勒河河道輸水功能為目標(biāo)，研究確定了河道治理范圍、生態(tài)輸水時段、河道輸水效率、輸水流量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，提出了生態(tài)補(bǔ)水的工程技術(shù)方案。從已建成河段的試通水情況看，達(dá)到了預(yù)期的輸水效果。工程全面建成后，將為實(shí)現(xiàn)《規(guī)劃》確定的治理目標(biāo)，改善和恢復(fù)敦煌西湖國家級自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境發(fā)揮積極作用。

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