大連市水量調(diào)度優(yōu)化配置方案研究

孫志毅

(大連市水務(wù)事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 大連 116001)

大連市是我國(guó)嚴(yán)重缺水的城市。大連市由于水資源總量較少，使得水利工程調(diào)度頻次增大，此外由于區(qū)域水資源時(shí)空分布不均以及水資源開發(fā)利用度較高等多個(gè)影響因素，區(qū)域水資源供需矛盾日益嚴(yán)重，水生態(tài)環(huán)境有所惡化，部分河流甚至出現(xiàn)斷流的現(xiàn)象，河流生態(tài)健康受到不同程度的影響[1]。隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及生活用水之間矛盾的逐步加劇，河流生態(tài)用水逐步被壓縮，使得城鄉(xiāng)用水矛盾不斷加劇，“三農(nóng)”問題的難度也不斷加大，對(duì)大連地區(qū)各流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生重大影響[2]。對(duì)于生態(tài)環(huán)境需水的研究最早開始于20世紀(jì)40年代，但直到90年代生態(tài)需水研究才逐步成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問題[3]。從70年代開始我國(guó)逐步展開河道最小生態(tài)需水量的研究，主要針對(duì)河道最小生態(tài)流量進(jìn)行方法的探討[6- 11]，提出生態(tài)水利理論及相關(guān)技術(shù)[12- 15]，并構(gòu)建模型對(duì)區(qū)域水資源可持續(xù)利用進(jìn)行分析。建立基于多目標(biāo)的水資源配置模型，從水量和水質(zhì)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展相協(xié)調(diào)的水量?jī)?yōu)化配置研究，從而解決水資源供需之間的矛盾?？偠灾?，通過生態(tài)需水量對(duì)生態(tài)調(diào)度方式進(jìn)行分析，提出了許多計(jì)算理論和方法，并對(duì)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的理論和方式進(jìn)行了初步分析，但針對(duì)生態(tài)流量保障的水量調(diào)度方案研究還較少，為此本文從不同保證率下生態(tài)缺水量角度出發(fā)，對(duì)大連市生態(tài)流量調(diào)度技術(shù)方案進(jìn)行研究，研究成果對(duì)最大限度的發(fā)揮水庫(kù)工程的效益，對(duì)指導(dǎo)水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度具有重要的參考價(jià)值。

1 生態(tài)流量分析計(jì)算

1.1 基本資料

研究涉及6條主要河流，即碧流河、復(fù)州河、英那河、大沙河、莊河和湖里河，除復(fù)州河資料直接取自關(guān)家屯水文站，其余5條河流資料均取自以往通過審查的規(guī)劃，為使資料達(dá)到一致性，全部采用1956—2018年系列，不足年份進(jìn)行相關(guān)分析，進(jìn)行插補(bǔ)延長(zhǎng)。各水庫(kù)及水文站控制流量面積詳見表1。

表1 各水庫(kù)及水文站徑流量資料年限

1.2 各頻率徑流量(壩下區(qū)間)及月分配

根據(jù)水文序列區(qū)域相似性原理，將水庫(kù)(水文站)的集水面積和計(jì)算區(qū)域集水面積進(jìn)行比擬分析，同時(shí)用徑流深(查《遼寧省水資源》“1956—2018年平均年徑流深等值線圖”)校核，進(jìn)而同倍放大得到區(qū)間徑流量。根據(jù)各河流不同保證率徑流量，計(jì)算出與多年平均徑流量之間的關(guān)系，見表2。

表2 主要河流徑流量不同保證率與多年平均之間關(guān)系

從大連市主要河流各斷面不同保證率下的徑流量可看出，20%的徑流保證率下的流量均是多年平均徑流量的1.2倍以上，而75%的徑流保證率下徑流量是多年平均徑流量的0.4倍以上，但均小于多年平均值，而90%保證率其徑流量更小，表明大連地區(qū)各河流在豐水和枯水季節(jié)徑流的差異性較大。

1.3 生態(tài)流量計(jì)算

根據(jù)兩種情況，分別進(jìn)行區(qū)域生態(tài)流量計(jì)算：①基于Tennant法對(duì)其月尺度生態(tài)基流進(jìn)行計(jì)算；②對(duì)采用保證率為90%的月尺度最枯流量均值計(jì)算的生態(tài)基流值用于枯水年的水量調(diào)度。根據(jù)各水庫(kù)及水文站的長(zhǎng)系列徑流量，計(jì)算出多年平均各月流量，即為該水庫(kù)或水文站的生態(tài)基流量，再根據(jù)面積比計(jì)算出水庫(kù)下游各斷面所需的生態(tài)基流量，同時(shí)計(jì)算各斷面90%保證率最枯月平均流量。各斷面生態(tài)流量如圖1所示。

以各河流入?？跒槔塘骱影碩ennant法計(jì)算生態(tài)流量為0.22～14.24m3/s，按90%保證率最枯月平均流量計(jì)算生態(tài)流量為0.37m3/s，大于Tennant法計(jì)算1—2月的生態(tài)流量。復(fù)州河按Tennant法計(jì)算生態(tài)流量為0.09～4.86m3/s，按90%保證率最枯月平均流量計(jì)算生態(tài)流量為0.35m3/s，大于Tennant法計(jì)算11—5月的生態(tài)流量。英那河按Tennant法計(jì)算生態(tài)流量為0.13～5.91m3/s，按90%保證率最枯月平均流量計(jì)算生態(tài)流量為0.43m3/s，大于Tennant法計(jì)算12—3月的生態(tài)流量。大沙河按Tennant法計(jì)算生態(tài)流量為0.11～2.87m3/s，按90%保證率最枯月平均流量計(jì)算生態(tài)流量為0.22m3/s，大于Tennant法計(jì)算12—2月的生態(tài)流量。莊河按Tennant法計(jì)算生態(tài)流量為0.11～3.20m3/s，按90%保證率最枯月平均流量計(jì)算生態(tài)流量為0.75m3/s，大于Tennant法計(jì)算10—5月的生態(tài)流量。湖里河按Tennant法計(jì)算生態(tài)流量為0.10～2.29m3/s，按90%保證率最枯月平均流量計(jì)算生態(tài)流量為0.53m3/s，大于Tennant法計(jì)算10—5月的生態(tài)流量。

2 大連市生態(tài)流量調(diào)度技術(shù)方案

2.1 調(diào)度技術(shù)方案

綜合考慮農(nóng)業(yè)供給滿足度的前提下，對(duì)水庫(kù)用水調(diào)度下的棄水進(jìn)行充分利用，并可補(bǔ)給河道生態(tài)需水量，此外水庫(kù)下游到入海口之間的區(qū)間來(lái)水量也可一定程度對(duì)其河道生態(tài)需水進(jìn)行補(bǔ)給。在此基礎(chǔ)上，不足部分的生態(tài)流量由水庫(kù)泄水供給。

在保證城市供水保證率以及農(nóng)業(yè)供水保證率不變的前提下，通過優(yōu)化調(diào)度，增加少量供水，即可使下游生態(tài)環(huán)境得到較大改善，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境與水資源協(xié)同發(fā)展。

2.2 調(diào)度啟動(dòng)條件及權(quán)限

根據(jù)控制生態(tài)流量計(jì)算成果對(duì)其生態(tài)流量的預(yù)警值進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)生態(tài)流量設(shè)定的預(yù)警值高于監(jiān)測(cè)斷面下泄流量時(shí)，按照水庫(kù)調(diào)度計(jì)算，依據(jù)保證率條件下不需水庫(kù)進(jìn)行生態(tài)用水，湖里河的90%保證率無(wú)需水庫(kù)補(bǔ)水。所以，各河流需要生態(tài)補(bǔ)水的最大流量即為壩下斷面的補(bǔ)水量。

2.3 水量調(diào)度方案

各水庫(kù)壩下河道生態(tài)水量首選采用區(qū)間來(lái)水量進(jìn)行下游段生態(tài)徑流的補(bǔ)給，其次采用水庫(kù)下泄水量進(jìn)行生態(tài)用水的補(bǔ)給。在生態(tài)用水調(diào)度的過程中若水庫(kù)需要進(jìn)行棄水或者為灌區(qū)進(jìn)行農(nóng)業(yè)用水補(bǔ)給，則對(duì)其生態(tài)需水量進(jìn)行相應(yīng)的減少。①采用Tennant法計(jì)算多年平均和20%保證率情況下生態(tài)基流值，如圖1所示，對(duì)其水庫(kù)補(bǔ)水量進(jìn)行有效控制；②采用Tennant法計(jì)算75%和90%保證率情況下月最枯流量的最小值和最大值，對(duì)水庫(kù)的補(bǔ)充生態(tài)的水利進(jìn)行控制，大連各水庫(kù)不同保證率各河流需要水庫(kù)補(bǔ)充生態(tài)流量最大值見表3。

圖1 大連市水庫(kù)補(bǔ)水?dāng)嗝嫔鷳B(tài)基流計(jì)算結(jié)果

續(xù)圖1 大連市水庫(kù)補(bǔ)水?dāng)嗝嫔鷳B(tài)基流計(jì)算結(jié)果

表3 不同保證率各河流需要水庫(kù)補(bǔ)充生態(tài)流量最大值 單位：m3/s

從表3中可以看出，各河流除壩下斷面外，多年平均和20%保證率均無(wú)需水庫(kù)補(bǔ)水，碧流河、英那河、大沙河的入海口斷面和湖里河的75%保證率也無(wú)需水庫(kù)補(bǔ)水，湖里河的90%保證率無(wú)需水庫(kù)補(bǔ)水。所以，各河流需要生態(tài)補(bǔ)水的最大流量即為壩下斷面的補(bǔ)水量

3 生態(tài)流量調(diào)度保障機(jī)制

3.1 協(xié)商機(jī)制

生態(tài)流量調(diào)度涉及上下游用水矛盾，為更好的協(xié)調(diào)上游用水需求和對(duì)下游水生態(tài)的保護(hù)，需要生態(tài)流量管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行協(xié)調(diào)，并充分征求各方面意見，發(fā)揮統(tǒng)籌管水，統(tǒng)一調(diào)度的管理職能。

協(xié)商方式：生態(tài)流量管理機(jī)構(gòu)制定調(diào)度方案后需組織相關(guān)水行政主管部門負(fù)責(zé)人和相關(guān)水庫(kù)、閘壩管理機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人召開協(xié)商會(huì)議，對(duì)調(diào)度方案的可行性進(jìn)行研究討論，如有人對(duì)調(diào)度方案提出異議，則需對(duì)調(diào)度方案進(jìn)行再論證，必要時(shí)進(jìn)行修改。

如上游確有重要需求不能調(diào)水的應(yīng)向生態(tài)流量管理機(jī)構(gòu)遞交下階段用水計(jì)劃，并說(shuō)明理由。生態(tài)流量調(diào)度管理機(jī)構(gòu)進(jìn)而研究尋找其他調(diào)水線路或從該水庫(kù)調(diào)水的同時(shí)從其他水源向該水庫(kù)補(bǔ)水。協(xié)商機(jī)制可以生態(tài)調(diào)度中各相關(guān)利益得到平衡，是生態(tài)調(diào)度正常運(yùn)行的基本前提。

3.2 補(bǔ)償機(jī)制

“水十條”提出水環(huán)境補(bǔ)償采用跨界進(jìn)行實(shí)施，對(duì)資金橫向補(bǔ)貼、對(duì)口幫扶、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)置等方式進(jìn)行探索，搭建水環(huán)境補(bǔ)償跨界實(shí)施的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)補(bǔ)償制度在重點(diǎn)功能區(qū)的逐步覆蓋。

按照可持續(xù)、區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展以及公平公正的原則進(jìn)行生態(tài)調(diào)度補(bǔ)償機(jī)制的逐步實(shí)施，實(shí)現(xiàn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)、科技進(jìn)步、人居和諧、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等多個(gè)要素之間的全面發(fā)展，將生態(tài)用水調(diào)度在整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)-自認(rèn)生態(tài)健康發(fā)展中進(jìn)行整體規(guī)劃。生態(tài)調(diào)度用水補(bǔ)償要建立使得受益者利用得到保護(hù)，而破壞者進(jìn)行支付的有效機(jī)制。制定生態(tài)環(huán)境保護(hù)和利益受到損害者得到補(bǔ)償、社會(huì)受益，政府進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)原則。將同一個(gè)行政區(qū)域內(nèi)不同利益的沖突進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)，及不同流域之間調(diào)水和受水利益沖突進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)，使得流域整體與區(qū)間利益進(jìn)行相一致。

流域機(jī)構(gòu)應(yīng)該在生態(tài)調(diào)度補(bǔ)償機(jī)制中發(fā)揮重要作用，通過水功能區(qū)劃確定相應(yīng)目標(biāo)，并結(jié)合流域立法對(duì)補(bǔ)償依據(jù)進(jìn)行規(guī)范。通過評(píng)估生態(tài)調(diào)度對(duì)原工程發(fā)電、供水效益的影響，評(píng)估補(bǔ)償金額。按照財(cái)政轉(zhuǎn)移支付為主，以資源有償使用為輔，補(bǔ)償金額由中央財(cái)政和大連市政府共同承擔(dān)。補(bǔ)償對(duì)象為調(diào)水工程供水對(duì)象中受影響的人群，以投資、輔助流域水利工程建設(shè)為途徑，進(jìn)行流域生態(tài)補(bǔ)償。

3.3 監(jiān)測(cè)反饋機(jī)制

由于當(dāng)前生態(tài)調(diào)度的認(rèn)知水平有限，很難實(shí)現(xiàn)河流生態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)下的定量評(píng)估，所以需要對(duì)監(jiān)測(cè)和評(píng)估生態(tài)調(diào)度后的效果，在較為敏感和重要的生態(tài)流域搭建生態(tài)監(jiān)測(cè)體系，對(duì)第一手監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

通過設(shè)置生態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)重要和敏感區(qū)域的生態(tài)保護(hù)，對(duì)上游生態(tài)調(diào)度效果結(jié)合生態(tài)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)生態(tài)調(diào)度的調(diào)整方式進(jìn)行意見反饋。通過反饋的生態(tài)調(diào)度評(píng)估成果，對(duì)生態(tài)調(diào)度需求和保護(hù)的目標(biāo)逐步加深認(rèn)識(shí)，通過不斷調(diào)整方案使得生態(tài)調(diào)度方式逐步趨于完善。

3.4 信息共享機(jī)制

生態(tài)流量調(diào)度方案的合理制定需要大量的基礎(chǔ)信息，包括：監(jiān)測(cè)斷面的日常監(jiān)測(cè)資料、調(diào)度工程近期的用水計(jì)劃、水文預(yù)報(bào)信息等。

這些信息分別由不同部門掌握，為了在最短時(shí)間內(nèi)制定調(diào)度方案，需要對(duì)這些信息迅速整合。為此，信息共享機(jī)制的建立是必要的。

同時(shí)生態(tài)調(diào)度往往涉及到用水矛盾，信息的公開共享有利于一致意見的達(dá)成，對(duì)生態(tài)流量調(diào)度工作的開展有促進(jìn)意義。

4 結(jié)論

(1)在進(jìn)行生態(tài)用水調(diào)度時(shí)，應(yīng)對(duì)各斷面水量和水質(zhì)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，并結(jié)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)下泄補(bǔ)給的生態(tài)基流進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

(2)本文分析計(jì)算的生態(tài)流量為正常狀況下的值，如果出現(xiàn)非常情況下的水質(zhì)污染，不應(yīng)由水庫(kù)補(bǔ)充生態(tài)流量需水來(lái)解決，應(yīng)由環(huán)保部門和各級(jí)政府協(xié)調(diào)解決，保障大連市主要河流的健康發(fā)展；

(3)在以后的研究中還需要結(jié)合實(shí)測(cè)徑流序列數(shù)據(jù)以及調(diào)度線，并以水庫(kù)特征水位和調(diào)度線為主要基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)流量補(bǔ)給的準(zhǔn)確調(diào)度。