渭河生態(tài)水量現(xiàn)狀評價及改善措施探討

羅文剛,郭正組,寇曉梅

(1.陜西省水利電力勘測設計研究院,西安 7100012.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,西安 710065)

1 渭河水資源概況及特征

渭河是黃河第一大支流，發(fā)源于甘肅省渭源縣鳥鼠山，流域涉及甘肅、寧夏、陜西三省(自治區(qū))，在陜西省潼關縣注入黃河。渭河流域面積13.48萬km2，其中甘肅占44.1%、寧夏占6.1%、陜西占49.8%。干流全長818 km，海拔高程320.00～3 495.00 m，其中寶雞峽以上為上游，河長430 km，河道狹窄、河谷川峽相間、水流湍急；寶雞峽至咸陽為中游，河長180 km，河道較寬、多沙洲、水流分散；咸陽至入黃口為下游，河長208 km，比降較小、水流較緩、河道泥沙淤積。

渭河陜西省境內全長512 km，流域面積為6.71萬km2，流域多年平均降水量572 mm(1956—2000年系列，下同)。最大月降水量在7、8月份，最小月降水量在12、1月份。7—10月份降水量占年降水總量的60%左右。多年平均水面蒸發(fā)量660～1 600 mm，多年平均陸地蒸發(fā)量500 mm左右。

渭河多年平均徑流量97.11億m3(含涇河、北洛河)。其中渭河干流林家村以上25.25億m3，咸陽以上54.05億m3，華縣以上88.09億m3。渭河徑流年內分配不均勻，汛期7—10月份來水量約占全年的60%，其中8月份來水量最多，一般占全年的14%～25%；1月份來水量最少，一般僅占全年的1.6%～3.1%[1]。

根據(jù)陜西省水資源公報，陜西省渭河流域多年平均自產水資源量為73.13億m3，人均、畝均占有水資源量分別為307 m3和318 m3，分別相當于全國平均水平的17.0%和24.0%，屬嚴重缺水地區(qū)。近年來，渭河水資源呈偏少趨勢，年水資源量約為63億～67億m3[2]。

渭河自西向東橫貫關中平原，該區(qū)地勢平坦，土質肥沃，號稱“八百里秦川”，關中渭河流域地處關天經(jīng)濟區(qū)的核心區(qū)，是國家一帶一路戰(zhàn)略重要節(jié)點和國家內陸改革開放新高地，陜西省經(jīng)濟社會發(fā)展的核心地帶。渭河流域多年平均水資源量僅占全省的17.4%，但人口占全省的63.6%，耕地面積占全省的53%，糧食產量占全省的63.4%，國內生產總值占全省的64.8%[3]。

2 渭河生態(tài)流量規(guī)劃目標

根據(jù)國務院批復的《渭河流域重點治理規(guī)劃》(國函[2005]99號)，從維持渭河河道基本形態(tài)，以及保證一定基流量、維持渭河一定的稀釋自凈能力和基本的生態(tài)功能等方面，考慮確定渭河河道內低限生態(tài)環(huán)境需水量。經(jīng)分析論證，渭河干流林家村、咸陽和華縣3個斷面非汛期(11月—次年6月)的低限生態(tài)環(huán)境流量應分別達到10、15、20 m3/s[4]。

考慮到渭河水資源供需矛盾突出的現(xiàn)狀，以及保障寶雞峽引渭灌溉取水、交口灌溉取水需求，根據(jù)中國水利水電科學研究院編制的《陜西省渭河干流可調水量分析與調度機制研究》，2020年前，渭河干流林家村、咸陽和華縣3個斷面最小生態(tài)流量目標分別不低于8、15、12 m3/s[5]。

3 渭河生態(tài)流量現(xiàn)狀及成因分析

3.1 渭河生態(tài)流量滿足程度評價

根據(jù)渭河生態(tài)流量控制目標，選取林家村、咸陽、華縣3個斷面長系列實測流量，分別按最枯月流量、日流量來分析評價渭河生態(tài)流量現(xiàn)狀及滿足程度。

渭河林家村、咸陽、華縣斷面長系列實測月流量詳見表1。

表1 1974—2015年渭河干流主要水文站長系列實測月流量統(tǒng)計表 /(m3·s-1)

(1) 根據(jù)渭河干流林家村斷面1974—2012年共39 a實測逐月流量統(tǒng)計表，林家村斷面最枯月一般在12月—次年3月之間，評價系列年中無一年最枯月流量大于10 m3/s。按多年平均情況來看，最枯月多年平均流量為2.51 m3/s，該斷面生態(tài)流量滿足程度極差。

(2) 根據(jù)渭河干流咸陽斷面1974—2015年共42 a實測逐月流量統(tǒng)計表，咸陽斷面最枯月一般在12月—次年3月之間，42 a中有29 a最枯月流量大于15 m3/s，滿足年占總系列比例為69%，滿足程度較差。

(3) 根據(jù)渭河干流華縣斷面1957—2009年共53 a實測逐月流量統(tǒng)計表，華縣斷面最枯月一般在12月—次年3月之間、特殊情況時6月份灌溉取水高峰期也可能出現(xiàn)最枯月，53 a中有52 a流量大于20 m3/s，滿足年占總系列比例為98%，滿足程度較好。

月流量不能全面準確反映生態(tài)流量滿足程度。根據(jù)渭河干流林家村、華縣水文站斷面1970—2015年實測逐日徑流資料進行分析評價，采用日流量進行評價，其結果為：林家村斷面最小日流量為0、頻率90%日流量為2.2 m3/s、流量大于10 m3/s的頻率為37%；華縣斷面最小日流量為0.1 m3/s、頻率90%日流量16.0 m3/s、流量大于20 m3/s的頻率為87%。

根據(jù)上述分析，按照渭河干流林家村、華縣斷面低限生態(tài)流量為10 m3/s和20 m3/s的目標要求來看：林家村斷面現(xiàn)狀頻率90%日平均流量為2.2 m3/s，與生態(tài)流量目標10 m3/s相比尚欠缺7.8 m3/s；華縣斷面頻率90%日平均流量為16.0 m3/s，與生態(tài)流量目標20 m3/s相比尚欠缺4.0 m3/s。

綜上可以看出，渭河干流林家村斷面現(xiàn)狀生態(tài)流量滿足程度最差，能夠滿足斷面低限生態(tài)流量目標的天數(shù)僅占37%；華縣斷面現(xiàn)狀生態(tài)流量滿足程度相對較好，能夠滿足斷面低限生態(tài)流量目標的天數(shù)占87%。

3.2 生態(tài)流量不足原因分析

(1) 由于渭河流域屬資源型缺水地區(qū)，水資源供需矛盾十分突出，為滿足不斷增長的工業(yè)和城鎮(zhèn)生活用水，不得不擠占河道生態(tài)用水，超采地下水，造成河道流量枯竭。

從20世紀80年代以來，隨著關中地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和用水量增加，加上降水偏少引起資源量減少，河流生態(tài)環(huán)境用水被逐步擠占。采用1991—2005年系列評價，渭河華縣斷面平均天然年徑流量為(含涇河)62.39億m3，在長系列中屬于偏枯年段(相當于70%的頻率)，而華縣斷面實測徑流量為42.97億m3。根據(jù)《渭河流域重點治理規(guī)劃》要求的華縣斷面下泄水量應為64.13億m3，按照豐增枯減的計算原則，1991—2005年平均下泄量應達到46.46億m3。因此，華縣斷面生態(tài)環(huán)境用水被擠占3.49億m3。再以枯水年1997年為例計算，華縣斷面要求下泄水量應為25.65億m3，實測徑流量僅為16.82億m3，生態(tài)環(huán)境用水被擠占達8.83億m3[1]。

(2) 由于渭河徑流量年際變化大，年內分配不均，渭河上游缺乏大的水資源調蓄控制工程，造成河道枯水期流量非常小。

根據(jù)1974—2015年徑流系列，渭河最大年徑流量218億m3(1964年)是最小年徑流量43億m3(1995年)的5倍以上。渭河汛期7—10月徑流量約占全年60%以上，而且主要集中在幾場洪水中。由于缺乏大的調蓄工程，造成汛期水資源難以得到有效利用，枯水期少水現(xiàn)象難以改善。近年來，渭河天然來水量也呈銳減趨勢，林家村站1994—2015年河道年平均流量僅為5.02億m3，與1974—1990年平均值相比，減少了70.8%，更加劇了渭河生態(tài)流量的短缺程度。

4 河道生態(tài)水量不足造成的環(huán)境問題

(1) 惡化水生態(tài)系統(tǒng)。由于河道內生態(tài)流量不足，特別是枯水期，河床幾乎干枯，導致水生生物棲息環(huán)境變差，河濱帶濕地生態(tài)功能下降，水生生物多樣性降低，同時河流的輸沙造床能力降低，河道沖淤平衡遭到破壞，河道的行洪、供水、灌溉、生態(tài)及景觀等功能減弱，水生態(tài)環(huán)境惡化。

(2) 引發(fā)水文地質災害。河道生態(tài)流量不足，不能及時補給地下水，地下水超采，導致沿渭河城市地下水水位下降，形成多處地下水下降漏斗，地裂縫現(xiàn)象也頻繁發(fā)生，給人居環(huán)境和生態(tài)建設造成危害。

(3) 加重水污染，并使水污染治理難度增大。由于河道生態(tài)水量不足，降低了河道自凈能力，造成水環(huán)境污染加劇，甚至危及到部分傍渭地下水水源地安全。近年來，陜西省實施了渭河水污染防治3 a行動計劃，生態(tài)流量成為實現(xiàn)渭河治污目標的重要因素。

5 改善渭河生態(tài)流量的途徑及對策

多年來，為解決渭河防洪體系不健全、水資源供需矛盾突出、水污染嚴重等問題，陜西省啟動實施了渭河全線綜合整治、渭河水污染防治3 a行動方案等工程，制定了陜西省渭河水量調度實施細則等，通過積極保護治理，渭河防洪體系基本完善，基本消除斷流問題，水生態(tài)環(huán)境有了一定改善。

由于渭河屬于資源型缺水、水質型缺水、工程型缺水問題并存，治理任務艱巨。特別是生態(tài)流量不足造成水污染治理、水生態(tài)修復難度增大，生態(tài)流量成為渭河水生態(tài)文明建設的制約因素。十三五期間，是渭河綜合治理的關鍵時期，盡快解決渭河生態(tài)流量不足，以支撐和保障渭河水污染防治和生態(tài)文明建設迫在眉睫。

根據(jù)渭河水資源現(xiàn)狀及特征，結合流域國民經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃，可通過合理配置水資源，優(yōu)先保障生態(tài)用水；利用跨流(區(qū))域調水工程，逐步退減擠占的河道生態(tài)用水；以及按照系統(tǒng)治水、柔性治水思路，建設蓄洪生態(tài)湖庫，合理利用雨洪資源，實現(xiàn)豐枯調劑；加大再生水利用，提高廢污水處理標準，滿足補充河道生態(tài)用水需求等途徑采取措施。

(1) 合理配置水資源，優(yōu)先保障河道生態(tài)用水，利用跨流(區(qū))域調水工程，退減擠占的河道生態(tài)用水

樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”，“保護生態(tài)環(huán)境就是保護生產力，改善生態(tài)環(huán)境就是發(fā)展生產力”的理念，優(yōu)化渭河水資源配置，將河道生態(tài)用水放在重要位置。要使水利工程從防洪、興利調度轉向防洪、興利及生態(tài)調度，把生態(tài)用水列為供水任務和保護目標[6]。各級規(guī)劃及已建閘壩、取水樞紐在滿足城鎮(zhèn)生活飲用水的條件下，應按照流域相關規(guī)劃確定的斷面生態(tài)流量成果，優(yōu)先保證河道最小生態(tài)下泄流量，其次是進行生產用水。

渭河干流生態(tài)流量滿足程度最差的是林家村斷面，改善保障的難點也在林家村，造成林家村斷面生態(tài)流量不足的最直接原因是寶雞峽引渭渠首的灌溉、發(fā)電取水影響，近期必須通過采取發(fā)電限制、實行強化節(jié)水以及水庫聯(lián)合調度、加大外調水等措施，改善林家村斷面下游生態(tài)流量。在每年11月—次年6月的用水調度期，除了結合灌溉發(fā)電外，寶雞峽引渭灌溉工程的魏家堡與楊凌水電站不應有單獨的引水發(fā)電，以保證林家村斷面生態(tài)流量。

通過水資源供需平衡分析，在沒有外來水源的情況下，短期內很難根本緩解渭河流域生態(tài)流量不足的局面。因此，必須加快實施引漢濟渭、引紅濟石、引乾濟石等跨流域調水工程(見圖1)，發(fā)揮對提高渭河流域經(jīng)濟用水安全和生態(tài)流量保障的重要作用。預計通過跨流域調水工程設計的生態(tài)供水量、退減渭河被擠占的生態(tài)水量、回歸水量共可增加渭河生態(tài)水量約5億m3。

(2) 建設蓄洪生態(tài)湖庫工程，實施河湖水系連通，補充河道生態(tài)水量

渭河流域多年平均自產水資源量73.13億m3，加上入境水量，年均水資源總量達108億m3，可利用量52.5億m3，目前渭河流域地表水供水量20.3億m3(不含東雷抽黃、引乾濟石等流域外供水量)，用水消耗量約15億m3，與可利用量相比，還有約35億m3的水量可供蓄滯。由于渭河徑流年內分配不均，加上渭河缺乏調蓄工程、河流湖泊連通不足，造成洪水留不住，資源化利用率低。

新時期，省委、省政府提出“關中留水”、“柔性治水”的方略和思路，要求科學把握水資源分布和使用的均衡，包括區(qū)域均衡、季節(jié)均衡、時空均衡等。把握區(qū)域均衡，就是要全域統(tǒng)籌、科學調控，改變富水區(qū)資源流失和缺水區(qū)資源匱乏的不合理現(xiàn)象，實現(xiàn)資源區(qū)域均衡利用；科學實施水系連通，構建多元互補、調控自如的江河湖庫水系連通格局。把握季節(jié)均衡，就是對于同一水系、流域和區(qū)域，在洪水季節(jié)增加蓄水滯水，留好過境客水、補充地下水，減輕洪澇壓力，擴充資源存量；在枯水季節(jié)加大蓄滯水排泄力度，既補充流域生態(tài)基流，又保障發(fā)展和生活用水[7]。

為保障渭河干流的生態(tài)流量，目前可在渭河不同區(qū)段選擇水量較豐，污染較小，水資源開發(fā)利用率低的支流，建設蓄洪生態(tài)水庫工程，如渭河上、中游的寶雞市通關河水庫、小水河水庫、銀洞峽水庫，西安市斗門水庫、田峪水庫等，調蓄渭河干支流洪水，供給渭河河道生態(tài)用水。對于生態(tài)用水非常迫切的河流可先期建設應急補水工程，逐步轉向統(tǒng)籌規(guī)劃生態(tài)補水工程[6]。

在渭河下游段，結合洪澇災害突出的問題，可加大蓄滯洪區(qū)、分洪區(qū)建設，如擴建少華湖、太華湖等，可借鑒無錫太湖水環(huán)境綜合整治、揚州城市清水活水工程建設經(jīng)驗，在渭南市南山支流入渭口、蓄滯洪區(qū)排水口，建設具有雙向調節(jié)的控制性閘、泵站工程，實施河湖水系連通，既能減輕洪澇災害，又能實現(xiàn)洪水資源化利用，補充渭河生態(tài)用水。

通過以上蓄洪生態(tài)湖庫工程，調蓄利用渭河干流及支流洪水，用于補充渭河干流生態(tài)流量，估算年增加渭河生態(tài)水量可達1億m3。

(3) 加大再生水利用，提高廢污水處理標準，滿足河道生態(tài)用水需求

渭河流域現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠約126座，設計污水處理能力373萬t/d，規(guī)劃至2030年，新建擴建污水處理廠279座，新增處理規(guī)模290萬t/d，2015年渭河流域廢污水排放量達9.2億m3。目前，多數(shù)污水處理廠未配套建設再生水回用設施，部分回用設施也因成本等問題難以正常運行，渭河流域廢污水再生利用量僅10萬m3/d，僅占渭河流域總供水量的0.6%，一定程度上造成水資源浪費。

因此必須加大污水廠中水、塘壩澇水等再生水利用，以減少新鮮水取用量，間接增加河道生態(tài)用水。要制定非常規(guī)水資源利用系統(tǒng)建設技術導則和相關管理規(guī)定，建立城市污水廠中水利用補貼機制，推進城鎮(zhèn)污水處理廠中水回用設施建設。根據(jù)生產、生活、服務等領域對水質的不同要求，合理配置地下水、地表水、非常規(guī)水等不同水資源，推進分質供水，優(yōu)水優(yōu)用，至2020年使渭河流域再生水利用率達到30%，利用量達到60萬t/d，經(jīng)處理后滿足使用標準的中水可全面用于市政綠化用水、城鎮(zhèn)沖洗用水、水生態(tài)景觀補水，城市熱電廠等一般工業(yè)用水，提高水資源利用綜合效益[8]。

目前，渭河流域大多數(shù)廢污水處理標準為DB61/224—2011《黃河流域(陜西段)污水綜合排放標準》一級標準[9]、GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A標準[10]，處理標準雖滿足要求，但難以適應再生利用和生態(tài)用水需求?？梢虻刂埔?，結合經(jīng)濟社會發(fā)展水平，逐步提高城市污水處理標準，在污水廠入河排放口建設人工凈化濕地，進一步凈化廢污水，達到或接近地表水環(huán)境質量標準Ⅳ類水，再排入河道，可直接滿足河道生態(tài)用水需求。初步估算通過再生水利用年可補充渭河生態(tài)水約1億m3。

6 結 語

河流生態(tài)需水量是維護河流健康，保護和修復河流水生態(tài)系統(tǒng)的關鍵因素。特別是河道生態(tài)基流，是維持河床基本形態(tài)，防止河道斷流，維持水體一定的自凈能力以及水生生物基本生存的最低需求[11]。陜西省渭河流域由于水資源供需矛盾突出，導致河道生態(tài)水量被嚴重擠占，加劇了水污染治理和水生態(tài)修復難度。因此，必須盡快采取措施改善河道生態(tài)流量，按照“關中留水”、“柔性治水”的戰(zhàn)略思路，應加快建設一批蓄洪生態(tài)水庫，加大再生水利用，同時加強水資源統(tǒng)一調度管理，全面實施河長制，實施水利工程生態(tài)調度，加強生態(tài)流量監(jiān)測體系建設，盡快改善渭河生態(tài)水量不足的局面。通過不斷探索研究保障和增加河湖生態(tài)水量的途徑、措施與機制，有力推進和保障渭河水生態(tài)文明建設，形成良好水生態(tài)，以水資源可持續(xù)利用促進渭河經(jīng)濟社會持續(xù)健康發(fā)展。