瑪納斯河流域生態(tài)基流相關(guān)問題及治理淺析

董愛玲

（新疆瑪納斯河流域管理局，新疆 石河子 832000）

1 背景

瑪納斯河流域水資源時空分布不均，加之在最初修建引水式電站及攔河水庫時未考慮生態(tài)用水需求，近年來枯水期運行時下游河段減水脫流問題有上升趨勢，嚴(yán)重影響流域下游生態(tài)環(huán)境和其他生產(chǎn)生活用水，破壞了河流內(nèi)部水生動植物之間生態(tài)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，出現(xiàn)河道斷流、河道植被衰減、水污染加劇，水生物多樣性減少，部分河段經(jīng)常出現(xiàn)干涸、斷流和水環(huán)境容量減少，水生態(tài)不斷惡化，河流水體功能嚴(yán)重受損等河流生態(tài)問題。

隨著社會的快速發(fā)展，生存環(huán)境受到了嚴(yán)重破壞，人們對生存環(huán)境改善的愿望越來越迫切。在極度干旱的瑪納斯河流域下游一些河道保存一定流動水量來保障河道內(nèi)的生態(tài)基流，使得河道內(nèi)有足夠水流，不會出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，同時河道的物理結(jié)構(gòu)得以保持以及內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)得到進(jìn)一步的改善，對于維護(hù)下游河道的生態(tài)功能意義重大。目前我國很多學(xué)者關(guān)于生態(tài)基流修復(fù)方面展開了相關(guān)的研究[1～7]，并取得一定的進(jìn)展，這對生態(tài)基流修復(fù)工作提供了理論指導(dǎo)。本文就瑪納斯河流域生態(tài)基流相關(guān)問題及治理展開分析。

2 工程概況

瑪納斯河是一條跨兵、地（州）的界河，發(fā)源于天山北麓，流向由南向北注入瑪納斯湖，全長504.3 km。本次瑪納斯河生態(tài)基流分析范圍為瑪納斯河干流，包括干流上的攔河水庫、引水樞紐等控制斷面，不含瑪依湖及尾閭瑪納斯湖的生態(tài)水位分析。根據(jù)瑪納斯河現(xiàn)狀攔河工程的布置情況，自上游到下游主要體現(xiàn)在肯斯瓦特水庫、一級電站引水渠首、二級電站引水渠首、紅山嘴引水樞紐和夾河子水庫作為研究計算節(jié)點，見圖1?，敿{斯河屬典型的大陸性氣候區(qū)，其主要氣象特征是降水少、蒸發(fā)大、晝夜溫差大、空氣濕度小。年均降水量高山區(qū)高達(dá)700 mm～1000 mm，多年平均徑流量13.41億m3，河流內(nèi)泥沙含量較高。

干流全年期河長為191 km，汛期時河段水質(zhì)均為Ⅱ類，非汛期河段水質(zhì)均為Ⅰ類，該流域附近工業(yè)用水基本為地下水，農(nóng)業(yè)用水則以地表水為主?，敿{斯河流域先后建成引、輸、蓄、配等綜合利用水利工程，形成了較完善的灌區(qū)配套體系?，敿{斯河自上而下，按照海拔高低，呈現(xiàn)出不同的自然環(huán)境特征及生態(tài)功能分區(qū)，包括高中山區(qū)、低山丘陵區(qū)、山前沖洪積、扇緣泉水溢出帶、沖積平原區(qū)、風(fēng)積沙漠區(qū)和尾閭湖泊平原區(qū)等。

圖1 瑪納斯河測站分布及流域水系示意圖

3 生態(tài)基流概念及面臨的主要問題

3.1 生態(tài)基流概念

河道生態(tài)基流是為了維持河流基本形態(tài)和生態(tài)功能、防止河道出現(xiàn)明顯斷流、避免河流內(nèi)水生態(tài)系統(tǒng)功能遭受無法恢復(fù)破壞的河道內(nèi)最小流量來保持河流最基本的功能，是生態(tài)水量的底線。生態(tài)基流的計算節(jié)點應(yīng)根據(jù)生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求和基礎(chǔ)資料條件，節(jié)點要求最好設(shè)置在在水文監(jiān)測斷面、重要城市控制斷面、水功能區(qū)控制斷面、水質(zhì)控制斷面、生態(tài)環(huán)境敏感保護(hù)目標(biāo)河段等相關(guān)的位置，本研究范圍為瑪納斯河流域干流各計算節(jié)點處的生態(tài)基流。在對生態(tài)基流進(jìn)行計算時使用常見的最枯月平均流量法來分析。

3.2 生態(tài)基流面臨的主要問題

本研究瑪納斯河流域主要節(jié)點生態(tài)基流目前面臨的主要問題可以總結(jié)為四個方面，見圖2。

圖2 生態(tài)基流面臨的主要問題

（1）原審批生態(tài)基流不能滿足現(xiàn)行環(huán)保要求。由于溫室效應(yīng)全球氣溫升高，新疆瑪納斯河處于高溫干旱地區(qū)，水資源相對比較缺乏，原有的生態(tài)基流標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的生態(tài)用水需求。

（2）生態(tài)水量不足，季節(jié)性斷流時有發(fā)生。對于常年流動的河流，如果內(nèi)部發(fā)生斷流有可能會影響到水流內(nèi)部的水生態(tài)系統(tǒng)，甚至導(dǎo)致某些物種滅絕。在該流域主干道內(nèi)，瑪納斯河一級電站引水渠首至二級電站引水渠首河段除洪水期有水量下泄可補(bǔ)充河谷林等生態(tài)用水外，其余時期基本沒有水量下泄。紅山嘴以下河段，河川寬闊，河床質(zhì)主要以砂卵礫石為主，河段滲漏量較大，河道極易斷流。平、枯年份；夾河子水庫不向河道下泄水。

（3）河流生態(tài)健康受到威脅。隨著瑪納斯河兩岸開發(fā)活動的進(jìn)行，瑪納斯河下游生態(tài)環(huán)境已發(fā)生了改變。在解放初期，瑪納斯河河道上沒有人工引水渠首，每年約有5億m3～6億m3水量下泄至瑪納斯湖。隨著社會發(fā)展，瑪納斯河流域水利工程的大量修建使得下泄河道水量明顯減少，增加了下游灌區(qū)的引水難度，下游河道河水的水環(huán)境容量也急劇降低，下游河段的納污能力也迅速下降。對河段河谷生態(tài)及水生生態(tài)影響很大，河道野生魚類的生存空間也受到一定限制。

（4）保障措施不健全。上下游協(xié)調(diào)機(jī)制尚未建立，最小生態(tài)流量難以保障流域、河段水資源利用上下游協(xié)調(diào)機(jī)制尚未建立，加之水資源年內(nèi)分配不均，年際變化大，枯水期來水較少，用水較大，擠占河道內(nèi)用水現(xiàn)象一直存在，河道最小生態(tài)流量難以保障。權(quán)責(zé)落實與激勵政策尚不完善，在補(bǔ)償方式、標(biāo)準(zhǔn)、責(zé)任等方面仍需進(jìn)一步研究。目前流域均缺乏生態(tài)基流監(jiān)測設(shè)施及手段，現(xiàn)有監(jiān)測能力不足，包括技術(shù)隊伍不健全，監(jiān)測設(shè)備尚未配套，監(jiān)測制度的建設(shè)不完備等，也未形成較完善的監(jiān)測體系。

4 關(guān)鍵治理技術(shù)措施

針對目前生態(tài)基流所面臨的問題現(xiàn)狀，可以將治理技術(shù)分為工程措施和非工程措施兩部分，分別見圖3和圖4。

圖3 工程措施

4.1 工程措施

（1）生態(tài)流量泄流建筑物。為保證生態(tài)基流的實時足量下泄，應(yīng)對各節(jié)點斷面下泄生態(tài)基流的功能進(jìn)行核定分析，確保泄水閘下泄生態(tài)水量的可靠性，對于不具備泄放生態(tài)基流的水利水電工程進(jìn)行改造，盡可能保證生態(tài)泄水閘能夠獨立、穩(wěn)定運行。

（2）生態(tài)流量泄流監(jiān)測斷面布置。在各節(jié)點斷面應(yīng)選擇合適的位置分別建設(shè)水量監(jiān)測斷面及監(jiān)測設(shè)施，可在電站泄水口設(shè)立監(jiān)測點，也可在節(jié)點斷面下游附近選擇河道斷面安裝測流裝置來進(jìn)行下泄流量的監(jiān)測。

4.2 非工程措施

（1）加強(qiáng)流域水資源統(tǒng)一管理。通過流域水資源統(tǒng)一管理和調(diào)度，強(qiáng)化水資源的合理配置、高效利用和有效保護(hù)，上游與下游、左岸與右岸、兵團(tuán)與地方要統(tǒng)籌兼顧，科學(xué)安排生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水，保障流域生活、生產(chǎn)和生態(tài)安全，實現(xiàn)全流域水資源的可持續(xù)利用和國民經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

（2）生態(tài)流量管理機(jī)構(gòu)設(shè)置。結(jié)合流域河流水系特點及現(xiàn)有管理體制，建立生態(tài)流量調(diào)度工作組織管理機(jī)構(gòu)，設(shè)立由流域管理局負(fù)責(zé)人組成的領(lǐng)導(dǎo)小組，并下設(shè)辦公室及相關(guān)縣市生態(tài)流量調(diào)度管理辦公室。

（3）生態(tài)流量監(jiān)測體系建立。生態(tài)流量監(jiān)測站網(wǎng)包括流量監(jiān)測站點和生態(tài)監(jiān)測站點，流量監(jiān)測站點應(yīng)覆蓋各調(diào)度工程、控制斷面，生態(tài)監(jiān)測站點應(yīng)設(shè)在流域內(nèi)重要的生態(tài)敏感區(qū)和生態(tài)保護(hù)區(qū)。按照監(jiān)測分工的要求，各監(jiān)測單位直接向生態(tài)流量管理領(lǐng)導(dǎo)小組傳報監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳報要求及時快捷。生態(tài)流量實施在線監(jiān)測與自動監(jiān)測并舉，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和提前性。在生態(tài)敏感區(qū)和重要的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)區(qū)域設(shè)置常規(guī)生態(tài)監(jiān)測站點，同時調(diào)查監(jiān)測特有物種的種群特征，監(jiān)測頻率為3～4 次 /a。

（4）生態(tài)流量評估和預(yù)警。根據(jù)斷面最小生態(tài)流量合理確定預(yù)警值，預(yù)警值的設(shè)定應(yīng)能有效預(yù)防流量低于最小生態(tài)流量的情況的發(fā)生，為保證10%的安全系數(shù)控制。預(yù)警流量的計算公式如下：

根據(jù)每日斷面監(jiān)測的流量等數(shù)據(jù)以及未來可能的發(fā)展趨勢對流量目前所處的狀態(tài)進(jìn)行評估，分為安全、警戒和危險三種，見表1。若發(fā)現(xiàn)流量有減小至預(yù)警值的趨勢，則應(yīng)提前開始研究調(diào)度預(yù)案，當(dāng)流量小于預(yù)警值時，應(yīng)根據(jù)水情預(yù)報分析未來的發(fā)展趨勢，若發(fā)現(xiàn)流量有繼續(xù)減少的趨勢，應(yīng)立即啟動生態(tài)調(diào)度，根據(jù)調(diào)度方案下達(dá)相應(yīng)調(diào)度計劃，并明確調(diào)度時間和調(diào)度規(guī)模。

表1 生態(tài)流量評估表

（5）生態(tài)流量調(diào)度管理制度。調(diào)度管理主要從調(diào)度執(zhí)行、用水監(jiān)督、調(diào)度人員、信息共享機(jī)制四個方面進(jìn)行。各相關(guān)單位要嚴(yán)格按照要求做好調(diào)度組織與管理，嚴(yán)格執(zhí)行調(diào)度指令，加強(qiáng)調(diào)度的監(jiān)督檢查，確保調(diào)令暢通。當(dāng)生態(tài)流量不能滿足時，為保護(hù)生物多樣性和河流生態(tài)環(huán)境，除居民生活少量用水外，原則上禁止從河道引水。強(qiáng)化流域用水總量控制、加強(qiáng)對控制斷面和引水閘的監(jiān)督管理、地方水行政主管部門應(yīng)配合生態(tài)流量管理機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)對其管轄河段的引水情況實施監(jiān)督管理。建立嚴(yán)格的目標(biāo)考核責(zé)任制；建立獎懲制度。監(jiān)測斷面的日常監(jiān)測資料、調(diào)度工程近期的用水計劃、水文預(yù)報信息等資料及時共享。

4.3 生態(tài)基流的確定

通過前面介紹的工程措施和非工程措施作為技術(shù)保障，對瑪納斯河流域各關(guān)鍵節(jié)點生態(tài)基流的調(diào)整也進(jìn)行分析。采用常見的最枯月平均流量法計算生態(tài)基流，將該流域近10年最枯月平均流量作為生態(tài)基流，根據(jù)每個位置節(jié)點的具體資料分別計算得出肯斯瓦特水庫、一級電站引水渠首、二級電站引水渠首、紅山嘴引水樞紐和夾河子水庫的生態(tài)基流流量見表2。

式中：W為生態(tài)基流需水量，108m3；T為換算系數(shù)，3.15107s；n為統(tǒng)計年數(shù)；Qij為第i年第j月的平均流量，m3/s。

表2 瑪納斯河流域各關(guān)鍵節(jié)點生態(tài)基流流量表

5 生態(tài)基流治理后影響分析

針對目前存在的問題，進(jìn)行生態(tài)基流調(diào)度（治理）調(diào)整后可以對下游產(chǎn)生明顯的影響，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）瑪納斯河各節(jié)點斷面在執(zhí)行生態(tài)基流調(diào)度運行之后，下泄水量相對于現(xiàn)狀有明顯增加，且主要增加在枯水期，這對于水環(huán)境容量將產(chǎn)生直接有利影響。

（2）使下游河段的環(huán)境容量相對現(xiàn)狀增加較多，增強(qiáng)了河流自凈能力，工程執(zhí)行生態(tài)基流調(diào)度運行后對下游水環(huán)境容量影響是積極有利的影響。

（3）枯水期河段下泄水量相對于現(xiàn)狀明顯增加，能補(bǔ)充一定的河谷林及其他植被生長所需的水量，對河段植被生長十分有利。

（4）河道水文情勢變化基本可滿足水生生態(tài)保護(hù)流量要求，對河段水環(huán)境的改善是十分有利的。

（5）生態(tài)基流的泄放對現(xiàn)有水電站的直接影響主要體現(xiàn)在發(fā)電量方面，枯水年發(fā)電量的減少，電站效益降低，但依然可以滿足周邊用電需求；豐水年因現(xiàn)狀運行就有較多棄水，故影響不大。

6 結(jié)論

本文針對瑪納斯河流域目前存在的生態(tài)基流現(xiàn)狀問題，響應(yīng)國家政策和實際生態(tài)基流可持續(xù)發(fā)展的需求，分別從工程措施和非工程措施兩個角度對整個流域主干段進(jìn)行治理，并對治理后的影響進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)進(jìn)行生態(tài)基流調(diào)度調(diào)整后可以對下游產(chǎn)生明顯的影響，主要體現(xiàn)在下泄流量的增加、增加了河流的自凈能力、水環(huán)境凈容量增加、有利于植被的生長，保護(hù)了下游水生態(tài)環(huán)境；雖然在枯水年的發(fā)電效益有所降低，但還是滿足日常用電需求。從整體考慮認(rèn)為改變該流域生態(tài)基流的調(diào)度是很有必要，也是有利的。