吉林西部供水工程雨洪資源利用方案研究

林德才，劉 洋，梁衛(wèi)東

(1.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院，北京 100120；2.吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院，吉林 長春 130021)

1 項目概況

吉林西部地區(qū)位于我國北部半干旱氣候區(qū)，屬嫩江流域和松花江流域，區(qū)內(nèi)降水較少且時空分布不均，多年平均徑流深僅為10～25mm。該區(qū)域是白鶴、丹頂鶴等珍稀候鳥重要的棲息地、覓食和繁殖場所，是世界候鳥三大遷徙路線(東線)——西伯利亞至鄱陽湖南北遷徙的必經(jīng)驛站，生態(tài)地位十分重要。區(qū)內(nèi)現(xiàn)分布有大量的天然湖泊、濕地，其中莫莫格、向海、查干湖和波羅湖是國家級自然保護區(qū)及國際重要濕地。20世紀(jì)70年代以來，受人類活動和氣候變化的影響，天然來水減少，區(qū)內(nèi)部分河道斷流，地下水位下降，導(dǎo)致湖泡不斷干涸，濕地嚴(yán)重萎縮，草地逐步退化，土壤沙化、鹽堿化加重，已威脅到區(qū)域的生態(tài)安全。

吉林西部供水工程依托現(xiàn)有的哈達山水利樞紐、引嫩入白供水、大安灌區(qū)、引洮分洪入向及松原灌區(qū)等已建、在建工程，在保障區(qū)域經(jīng)濟社會用水的基礎(chǔ)上，合理調(diào)配和利用洪水等資源，向吉林西部地區(qū)的重要湖泡、濕地供水，回補地下水，恢復(fù)和改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。工程供水范圍涉及白城市的鎮(zhèn)賚縣、大安市、洮南市、通榆縣和洮北區(qū)，松原市的乾安縣、前郭縣，長春市的農(nóng)安縣，共8個縣(市、區(qū))境內(nèi)的203個湖泡及其周邊濕地。工程建成后，為向海、莫莫格、查干湖和波羅湖等重要濕地和湖泡補水，可恢復(fù)濕地581km2，使區(qū)域內(nèi)的濕地面積達到3022km2，相當(dāng)于20世紀(jì)50年代54%的水平；增加水面面積427km2，可恢復(fù)擴大湖泡、濕地總面積至4891km2，總體相當(dāng)于20世紀(jì)50年代的74%水平。

2012年，為改變西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境不斷惡化的狀況，吉林省委、省政府提出了實施河湖連通工程的構(gòu)想；2014年5月，國務(wù)院常務(wù)會議將此項目列入172個重大節(jié)水供水項目；2015年2月，水利部、吉林省人民政府對工程規(guī)劃進行了批復(fù)；2017年5月，國家發(fā)展和改革委員會對可研報告進行了批復(fù)；10月，水利部對初設(shè)報告進行了批復(fù)；2017年11月，工程全面開工建設(shè)。

2 引洪方案研究

2.1 缺水分析

根據(jù)《松遼流域水資源綜合規(guī)劃》《吉林省水資源綜合規(guī)劃》《吉林省用水總量控制指標(biāo)》等成果，2030年供水范圍內(nèi)生活、生產(chǎn)以及城鎮(zhèn)供需基本平衡，但農(nóng)村生態(tài)需水有較大缺口。農(nóng)村生態(tài)需水分為三類，分別是湖泡蒸發(fā)損失水量、湖泡滲漏損失水量和濕地需水量，濕地需水量又分為沼澤濕地需水量和蘆葦濕地需水量。經(jīng)分析，2030年供水范圍內(nèi)農(nóng)村生態(tài)需水量為9.87m3，其中湖泡蒸發(fā)損失量為3.98億m3、湖泡滲漏損失量為0.50億m3、沼澤濕地需水量為2.92億m3、蘆葦濕地需水量為2.47億m3。

表1 引洪前農(nóng)村生態(tài)水資源供需分析成果 單位：億m3

在松遼流域水資源綜合規(guī)劃中，已為西部地區(qū)的查干湖、莫莫格、向海和波羅湖4個濕地核心區(qū)配置了地表水量，2030年最大可引水總量指標(biāo)為2.67億m3，按照常態(tài)引水條件、工程規(guī)模及需水過程進行水量調(diào)節(jié)計算，多年平均引常態(tài)水總量為1.76億m3。工程涉及的203個湖泡均屬閉流區(qū)域，當(dāng)?shù)貜搅骺衫昧繛?.90億m3。本工程可以利用松原等灌區(qū)的回歸水量共計1.61億m3和利用城市再生水量0.20億m3。引洪前農(nóng)村生態(tài)水資源供需分析成果見表1。

根據(jù)表1，引洪前，在優(yōu)先利用當(dāng)?shù)氐乇硭壹壸匀槐Ｗo區(qū)常態(tài)補水、灌區(qū)及城市退水的情況下，吉林西部農(nóng)村生態(tài)仍有5.40億m3的缺水量。其中，洮兒河片和霍林河片區(qū)缺水尤為突出，缺水量為4.69億m3，占受水區(qū)缺水總量的86.85%。

2.2 雨洪資源配置方案

2.2.1工程規(guī)劃目標(biāo)

通過對吉林西部地區(qū)湖泡濕地、鹽堿地、沙化土地分布和地下水位的歷史演變規(guī)律進行觀測和分析，綜合考慮需要與可能，初擬2030年工程的規(guī)劃目標(biāo)為：湖泊、濕地面積恢復(fù)到20世紀(jì)50年代70%～80%的水平；改良鹽堿地面積800km2以上；恢復(fù)一定范圍內(nèi)的地下水生態(tài)水位；保育莫莫格、向海、查干湖、波羅湖等國家和國際重要濕地，修復(fù)破碎化生境；緩解洮兒河右岸沙帶和科爾沁沙地擴散。

2.2.2引洪條件的擬訂

根據(jù)松花江、嫩江、洮兒河、霍林河來水條件及其洪水特性，選擇與工程相關(guān)的江橋站、扶余站、洮南站、白沙灘、大賚、哈達山、哈爾濱等7個水文站，擬訂不同的引洪控制條件。

松花江、嫩江引水?dāng)M訂5種情況共9個引洪條件。

(1)按取水?dāng)嗝婧凸枮I斷面同時達到2年一遇的最大7d洪量、最大15d洪量控制。

(2)按取水?dāng)嗝婧凸枮I斷面同時達到2年一遇或3年一遇的最大30d洪量和最大月平均流量控制。

(3)哈爾濱斷面多年平均流量控制。

(4)不考慮引洪的基本方案。

(5)按5—10月逐月流量排頻，取水?dāng)嗝孢_到3年一遇同時滿足哈爾濱斷面達到2年一遇流量控制。

考慮洮兒河、霍林河歷時短的洪水特性，擬訂4種情況共6個引洪條件。

(1)按取水?dāng)嗝孢_到2年一遇的最大3d洪量、最大7d洪量控制。

(2)按取水?dāng)嗝孢_到2年一遇或3年一遇的最大15d洪量控制。

(3)不考慮引洪的基本方案。

(4)按5—10月逐月流量排頻，取水?dāng)嗝孢_到3年一遇流量控制。

2.2.3引洪方案擬訂

按照上述思路，以松花江、嫩江控制條件為主，并與洮兒河、霍林河控制條件進行組合，篩選出9個具有代表性的比選方案，分別計算各方案的引洪水量、湖泡數(shù)量及濕地面積等，詳見表2。

2.2.4引洪方案比選

根據(jù)表2，方案七(不引洪基本方案)湖泡利用數(shù)量55個，濕地恢復(fù)改善面積僅73萬畝，項目實施效果較差，未能達到湖泊、濕地面積恢復(fù)到20世紀(jì)50年代70%～80%水平的規(guī)劃目標(biāo)，此方案作為比選的基礎(chǔ)方案；方案二至方案六，多年平均引洪量在1.74億～2.66億m3，總引水量6.31億～7.41億m3，較總需水量9.87億m3有較大缺口，難以滿足規(guī)劃目標(biāo)的用水需求；方案一、方案八和方案九，多年平均引洪量3.39億～4.86億m3，通過工程優(yōu)化調(diào)度，基本可以保障規(guī)劃目標(biāo)的用水需求。方案八與方案一相比，哈爾濱站控制引洪流量由1400m3/s(多年平均流量)提高到2330m3/s(2年一遇最大月平均流量)，引洪水量方案八比方案一多23%以上，濕地恢復(fù)面積方案八比方案一多28萬畝，但引水控制流量偏低，引水后對下游相關(guān)影響難以協(xié)商；方案九的引洪量最大，湖泊、濕地面積恢復(fù)效果最好，但引洪控制流量更低，引水影響更大，基本不能接受。

表2 可引水量及供水效益分析成果匯總

注：引洪標(biāo)準(zhǔn)為嫩江、松花江的控制條件。

從湖泊和濕地恢復(fù)目標(biāo)、洪水資源利用、引洪對下游影響、省際協(xié)調(diào)等方面綜合比較，推薦方案一。以哈爾濱2年一遇最大月平均流量(2330m3/s)作為嫩江、松花江的引洪判別條件，洮兒河2年一遇最大15d洪量(130m3/s)作為洮兒河的引洪判別條件，霍林河2年一遇最大15d洪量(30m3/s)作為霍林河的補水判別條件。工程可補水連通湖泡數(shù)量203個，多年平均引洪量為3.39億m3，恢復(fù)湖泡、濕地面積144萬畝。

3 引洪影響分析及調(diào)度運行方案

3.1 引洪影響分析

工程引洪時段多集中在7—9月，嫩江、松花江各控制斷面引水流量僅占河道平均流量的0.14%～2.31%，引洪后對各斷面水位的影響不超過4cm，對下游水文情勢影響甚微；工程取水是在預(yù)留生態(tài)流量的情況下進行的，引洪后對嫩江、松花江下游河道內(nèi)、外用水條件影響很小；洮兒河各控制斷面引水流量占河道平均流量比例為0.23%～14.3%。引洪后，洮南水文站斷面月均水位降低0.11～0.18m，黑帝廟水文站斷面月平均水位降低0.21～0.27m，引水對下游水文情勢影響不大。洮兒河引水預(yù)留45m3/s流量，可以滿足河道內(nèi)生態(tài)和下游灌區(qū)的用水需求；霍林河引水均為向海水庫常態(tài)補水，在滿足引洪條件下，勝利水庫沒有引洪水量，因此對霍林河下游影響均為常態(tài)引水影響，取水基本不會對霍林河下游河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水產(chǎn)生不利影響。

3.2 工程調(diào)度運行管理

(1)建立分級管理體系。工程取水口管理調(diào)度權(quán)限為吉林省水利廳，調(diào)度預(yù)案上報松遼水利委員會，接受松遼水利委員會的指導(dǎo)、檢查和監(jiān)督。根據(jù)管理權(quán)限并考慮取水影響，嫩江和第二松花江共8個取水口，由松遼委員會負責(zé)取水的監(jiān)督和控制；洮兒河和霍林河共10個取水口，由西部供水建設(shè)管理局負責(zé)取水監(jiān)督和控制。

(2)加強取水監(jiān)管力度。為滿足吉林西部供水工程建成運行調(diào)度管理與取水許可監(jiān)督管理要求，建立健全取水?dāng)嗝姹O(jiān)控和監(jiān)督檢查機制，本工程初設(shè)階段編制了《吉林西部供水工程調(diào)度運行管理信息系統(tǒng)專題報告》，并征求了水利部松遼水利委員會的意見。水資源監(jiān)控系統(tǒng)正在建設(shè)中，該系統(tǒng)建成后，工程涉及的18個取水口可實現(xiàn)取水量實時在線監(jiān)測及視頻監(jiān)控，引洪控制條件所涉及的8個河道水文站的流量、水位信息接入該系統(tǒng)。松遼水利委員會相關(guān)管理單位通過數(shù)據(jù)接口和水利網(wǎng)絡(luò)專線，可實現(xiàn)對松花江干流和嫩江干流取水口的自動監(jiān)控，通過遠程控制系統(tǒng)，直接停機或關(guān)閉閘門。

4 結(jié)語

吉林西部供水工程是全國首例河湖連通、洪水資源化利用、生態(tài)修復(fù)項目，在引洪條件、引洪方案方面進行了大膽且有益地探索。2013年，吉林省政府選擇水源條件較好、效益顯著的片區(qū)，啟動財政資金先期開展了17處應(yīng)急生態(tài)供水工程試點建設(shè)，并取得了良好效果。2015年，習(xí)近平總書記在吉林省調(diào)研時稱贊“你們在實踐中探索實施的河湖連通工程，既解決了缺水問題，又美化了城鄉(xiāng)環(huán)境，要堅持下去。”該項目通過合理利用過境雨洪資源進行生態(tài)補水，實現(xiàn)洪水的資源化利用，有效改善了湖泊、濕地用水條件，還具備提前分蓄部分洪水的能力，促進了區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)。同時，引洪方案比選充分考慮了對下游河道內(nèi)、外用水條件的影響。在工程調(diào)度運行管理上，建立了流域委、省水利廳、西部供水建管局等三級管理體系和取水口實時在線監(jiān)測及視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在項目前期論證中，體現(xiàn)了生態(tài)文明建設(shè)理念和“四水統(tǒng)籌”的治水思路，為其他地區(qū)生態(tài)修復(fù)、雨洪資源利用和水系連通提供了有益的借鑒和參考。