基于生態(tài)優(yōu)先的韓江高陂水利樞紐水量調(diào)度分析與探討

劉海洋

(廣東省水利水電技術(shù)中心，廣東 廣州 510635)

韓江高陂水利樞紐位于韓江流域中下游大埔縣高陂鎮(zhèn)附近(見(jiàn)圖1)，壩址以上集水面積為26 590 km2，樞紐于2021年1月下閘蓄水，興利庫(kù)容為9 390萬(wàn)m3，主要任務(wù)是以防洪、供水為主，兼顧發(fā)電、航運(yùn)等綜合利用[1]。韓江高陂水利樞紐即將建成，通過(guò)樞紐的調(diào)蓄作用，還可提高韓江下游地區(qū)的供水保證率，緩解水資源供需矛盾，惠及約750萬(wàn)人，同時(shí)改善韓江干流的航運(yùn)條件和河道生態(tài)環(huán)境。同時(shí)，韓江下游流域外供水工程的實(shí)施，韓江榕江練江水系連通工程提出在韓江流量大于300 m3/s時(shí)進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，下游用水需求發(fā)生了較大變化，水量調(diào)度將面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。

圖1 韓江高陂水利樞紐位置示意

2020年11月韓江潮州段進(jìn)入全國(guó)首批17個(gè)示范河湖建設(shè)名單，提出構(gòu)建防洪保安全、優(yōu)良水資源、健康水生態(tài)、宜居水環(huán)境、先進(jìn)水文化“五大體系”，對(duì)韓江水生態(tài)提出了更高要求。

1 韓江流域基本概況

粵東地區(qū)最大的韓江流域，位于粵東、閩西南地區(qū)，流域范圍包括廣東、福建、江西3省。韓江干流長(zhǎng)為470 km，流域面積為30 112 km2，其中汀江為11 802 km2，梅江為13 929 km2，韓江干流(三河壩—潮安)為 3 346 km2，韓江三角洲(潮安以下)為1 035 km2，韓江高陂水利樞紐壩址—潮安站區(qū)間為2 487 km2。

韓江流域水資源總量豐富，但年內(nèi)分配不均，上游缺少控制性水利樞紐，下游沿海地區(qū)地勢(shì)平坦，蓄水條件不足，難以調(diào)節(jié)枯水期水量。近年來(lái)，韓江流域出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的旱情，2009年秋冬，根據(jù)潮安站實(shí)測(cè)資料，全年有44 d滿(mǎn)足不了下游現(xiàn)狀供水要求，供水形勢(shì)十分嚴(yán)峻，生產(chǎn)生活用水在不同程度上擠占了河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水。韓江高陂水利樞紐于2015年開(kāi)工建設(shè)，建成后將調(diào)節(jié)枯水徑流能力，盡可能滿(mǎn)足韓江下游及三角洲的需水要求。

1.1 流域內(nèi)其他主要工程

永定(棉花灘)水庫(kù)于2002年建成蓄水，是以發(fā)電、防洪為主的電站，水庫(kù)興利庫(kù)容為11.22億m3，是不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)。由于不承擔(dān)調(diào)蓄下游水資源調(diào)配的任務(wù)，下游無(wú)水庫(kù)反調(diào)節(jié)，發(fā)電調(diào)度與供水需水時(shí)間不同步對(duì)下游供水有一定影響。

潮州供水樞紐于2005年下閘蓄水，調(diào)節(jié)庫(kù)容為2 900萬(wàn)m3，主要任務(wù)是調(diào)節(jié)東、西、北溪的水量分配，遠(yuǎn)期配合永定(棉花灘)、高陂水利樞紐聯(lián)合運(yùn)用，合理調(diào)配水資源。

韓江下游五閘(梅溪橋閘、下埔橋閘、外砂橋閘、蓮陽(yáng)橋閘和東里橋閘)的主要作用是維持正常蓄水位，起到擋咸蓄淡的作用，同時(shí)保證各取水口的取水水位。五閘內(nèi)可調(diào)節(jié)庫(kù)容僅為3 700萬(wàn)m3，對(duì)特枯年份，在潮州供水樞紐降至死水位為8.5 m時(shí)，仍不能滿(mǎn)足下游用水要求的情況下，河口五閘內(nèi)可調(diào)節(jié)庫(kù)容作為特枯年份的應(yīng)急供水庫(kù)容。

1.2 流域外引調(diào)水工程

流域外引調(diào)水工程包括揭陽(yáng)引韓工程、引韓濟(jì)饒工程、潮陽(yáng)市引韓供水工程和南澳供水工程，合計(jì)引調(diào)生產(chǎn)生活水量達(dá)7.65億m3(見(jiàn)表1)。韓江榕江練江水系連通工程實(shí)施后，利用豐水期余水對(duì)榕江支流楓江進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，生態(tài)補(bǔ)水規(guī)模為30 m3/s，計(jì)算多年平均取水量為6.373億m3。

表1 流域外引調(diào)水工程2030年P(guān)=90%的引調(diào)水量 萬(wàn)m3

2 韓江下游生態(tài)流量分析

生態(tài)流量是生態(tài)調(diào)度的重要依據(jù)。潮安站控制流域面積為韓江流域面積的96.6%，本次以韓江下游潮安站為參證斷面，對(duì)韓江下游生態(tài)流量進(jìn)行分析。采用潮安站資料系列，分別以排頻法、近10 a最枯月平均流量法、蒙大拿法、歷時(shí)曲線(xiàn)法等多種方法進(jìn)行分析計(jì)算(成果見(jiàn)表2)。

表2 采用多方法計(jì)算河道內(nèi)生態(tài)流量

綜合《河湖生態(tài)需水評(píng)估導(dǎo)則(試行)》(SL/Z 479—2010)《水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)生態(tài)指標(biāo)體系與應(yīng)用指導(dǎo)意見(jiàn)》《河湖生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算規(guī)范》等及相關(guān)規(guī)劃考慮，韓江屬于南方河流，生態(tài)環(huán)境流量應(yīng)不小于90%保證率最枯月平均流量和多年平均天然徑流量的10%兩者之間的大值。根據(jù)流量資料分析，潮安站多年平均流量為777.0 m3/s，多年平均天然徑流量的10%即為77.7 m3/s；按最小月流量排頻，90%保證率最枯月平均流量為128 m3/s。因此，取大值，潮安斷面生態(tài)環(huán)境流量為128 m3/s。

3 生態(tài)調(diào)度[2-5]

3.1 水庫(kù)調(diào)節(jié)特性

韓江流域僅福建永定(棉花灘)水庫(kù)和韓江高陂水利樞紐具有徑流調(diào)節(jié)功能，潮州供水樞紐調(diào)節(jié)庫(kù)容很小，在韓江流域供水布局里定位為調(diào)配東、西、北溪的水量。

永定(棉花灘)水庫(kù)控制汀江集水面積7 907 km2，正常蓄水位173 m，興利庫(kù)容占?jí)沃范嗄昶骄鶑搅?3.2億m3的15.3%，是不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)。

韓江高陂水利樞紐正常蓄水位38 m，興利庫(kù)容占?jí)沃范嗄昶骄鶑搅?24億m3的0.42%，僅具有日調(diào)節(jié)能力。

3.2 設(shè)計(jì)條件

1) 設(shè)計(jì)來(lái)水條件：永定(棉花灘)水庫(kù)興利庫(kù)容較大，但主要任務(wù)是發(fā)電、防洪，其調(diào)度方式對(duì)生態(tài)流量保障有一定的影響，本次通過(guò)以下3種來(lái)水條件進(jìn)行考慮[1]。

來(lái)水系列①：永定(棉花灘)按設(shè)計(jì)調(diào)度圖調(diào)度；

來(lái)水系列②：永定(棉花灘)按實(shí)際發(fā)電調(diào)度；

來(lái)水系列③：永定(棉花灘)實(shí)際發(fā)電調(diào)度并考慮日最小下泄流量。

來(lái)水系列①考慮永定(棉花灘)按設(shè)計(jì)調(diào)度圖調(diào)度可以產(chǎn)生的作用；來(lái)水系列②考慮永定(棉花灘)水電站實(shí)際調(diào)度情況可能存在的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)；來(lái)水系列③是考慮在日益嚴(yán)格的水資源管理制度下[9]，汀江閩粵交界斷面按日最小下泄流量控制時(shí)對(duì)供水調(diào)節(jié)的改善。

2) 各類(lèi)用水的設(shè)計(jì)保證率及優(yōu)先序：生活、工業(yè)用水保證率按P=97%，農(nóng)業(yè)用水保證率按P=90%。首先滿(mǎn)足生活、工業(yè)用水，其次滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)灌溉用水。

3) 生態(tài)調(diào)度：高陂水利樞紐在枯水年枯水季通過(guò)調(diào)配，潮安控制斷面日平均流量不小于128 m3/s。

3.3 生態(tài)調(diào)度成果

經(jīng)韓江高陂水利樞紐調(diào)節(jié)后，3種來(lái)水條件下各類(lèi)用水的設(shè)計(jì)保證率基本能保障。在超出設(shè)計(jì)保證率的情況下，對(duì)各類(lèi)用水進(jìn)行削減，保障河道內(nèi)生態(tài)流量。從表3可知：當(dāng)永定(棉花灘)水庫(kù)按調(diào)度圖調(diào)度情況下，農(nóng)業(yè)灌溉用水削減程度為20%，工業(yè)用水削減程度為14%，才能保障河道內(nèi)生態(tài)用水。自永定(棉花灘)水庫(kù)建設(shè)運(yùn)行以來(lái)，其實(shí)際調(diào)度對(duì)保障河道內(nèi)生態(tài)用水更為有利。根據(jù)《韓江流域水量分配方案》，控制汀江閩粵交界斷面最小日均下泄流量為21.3 m3/s，若永定(棉花灘)水庫(kù)調(diào)節(jié)保證交界斷面下泄流量，河道外需水和河道內(nèi)生態(tài)流量均能得到滿(mǎn)足。

表3 不同來(lái)水條件下的用水削減程度

4 分析與探討

4.1 韓江高陂水利樞紐的建成，對(duì)韓江下游生態(tài)調(diào)度具有一定的作用

根據(jù)韓江高陂調(diào)節(jié)庫(kù)容和下游及三角洲流域內(nèi)外用(取)水，水資源綜合平衡后在基本滿(mǎn)足下游需水的同時(shí)，使潮安控制斷面于枯水年枯水季保持于河道日流量為128 m3/s，在枯水年枯水季P≤90%保持潮安控制斷面和其下游河道使水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)免于破壞，同時(shí)提高P>90%各級(jí)保證率日均流量，P=95%的日流量增加9 m3/s，P=97%日流量增加22 m3/s，P=99%日流量增加52 m3/s。在永定(棉花灘)實(shí)際調(diào)度下，經(jīng)高陂樞紐調(diào)節(jié)后，可使潮安站控制斷面最枯月流量由119 m3/s提高到150 m3/s，大于P=90%的最枯月流量128 m3/s。

4.2 韓江流域水資源開(kāi)發(fā)利用，流域生態(tài)流量保障面臨挑戰(zhàn)

1) 韓江流域由于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相對(duì)落后，因此，水資源開(kāi)發(fā)利用相對(duì)較低。但由于年際和年內(nèi)來(lái)水變化和變幅較大，枯水年、枯水季水資源供需矛盾較突出。

2) 流域內(nèi)干流除已建永定(棉花灘)和在建的韓江高陂水利樞紐外，均為無(wú)調(diào)節(jié)的低水頭徑流水電梯級(jí)，不具備調(diào)蓄水資源的能力，但水電梯級(jí)基本渠化了干流，枯水年、枯水季河道水位得到很大改善和保障[11]。支流上大中型水庫(kù)控制的流域面積小，僅為潮安站集水面積的10%左右，主要作用于所在支流，對(duì)干流水資源調(diào)蓄作用可以忽略。

3) 下游流域外粵東與汕頭潮陽(yáng)、南澳，潮州的饒平，揭陽(yáng)的揭東及揭陽(yáng)市區(qū)等因水環(huán)境污染嚴(yán)重或資源性缺水，要求從韓江取水量和范圍不斷擴(kuò)大，加上廣東加快粵東、西、北的發(fā)展，國(guó)家推動(dòng)贛閩粵原中央蘇區(qū)振興發(fā)展，水資源供需矛盾將日益突出。

4) 韓江高陂因庫(kù)區(qū)淹沒(méi)的制約，正常蓄水位降低，供水興利調(diào)節(jié)庫(kù)容減少1.0億m3，調(diào)蓄能力降低。

4.3 永定(棉花灘)水庫(kù)調(diào)度的不確定性，給保障潮安站生態(tài)環(huán)境流量帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn)

汀江永定(棉花灘)水庫(kù)是福建省電力系統(tǒng)調(diào)峰電站，沒(méi)有供水任務(wù)，月內(nèi)出庫(kù)流量變化大，變幅大，調(diào)節(jié)徑流能力減弱。永定(棉花灘)水庫(kù)調(diào)度的不確定性，給保障潮安站生態(tài)環(huán)境流量帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn)。從生態(tài)調(diào)度成果可以看出，受永定(棉花灘)水庫(kù)調(diào)度的影響，枯水段對(duì)生產(chǎn)生活用水的削減程度不一樣，實(shí)際情況可能會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)用水不同程度地?cái)D占河道內(nèi)生態(tài)用水。

福建省若實(shí)施西水東濟(jì)工程(擬調(diào)水35 m3/s)，則枯水年、枯水季下泄水資源減少，將加劇下游水資源供需矛盾和潮安斷面生態(tài)流量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，必須保證永定(棉花灘)水庫(kù)下泄流量，即閩粵交界斷面流量，才能保障潮安站斷面的生態(tài)環(huán)境流量。

4.4 韓江流域外引調(diào)水工程實(shí)施后，加強(qiáng)水資源管理是保障河道生態(tài)安全的關(guān)鍵

韓江下游現(xiàn)狀需水量約為15億m3，預(yù)測(cè)水平年需水量加上韓江榕江練江水系連通工程生態(tài)補(bǔ)水量，年需水量將增加近1倍，基本上為流域外引調(diào)水；韓江高陂水利樞紐下游涉及梅州、潮州、揭陽(yáng)和汕頭等4個(gè)地市的用水，取水點(diǎn)分散；以上對(duì)韓江流域水資源管理和水量調(diào)度提出了更高要求。

水資源管理必須服從流域統(tǒng)一管理和調(diào)度[12]，完善和健全水資源監(jiān)控體系，特別是流域外引調(diào)水工程取水計(jì)量設(shè)施，實(shí)行總量控制和分期控制，做好流域取水管控。當(dāng)韓江流域遭遇枯水年時(shí)，宜根據(jù)受水區(qū)的來(lái)水情況，適量調(diào)整流域外引調(diào)水總量。流域外生態(tài)補(bǔ)水要在確保韓江流域內(nèi)生活生產(chǎn)用水、流域外引調(diào)水得到保障和生態(tài)持續(xù)健康的前提下，通過(guò)優(yōu)化調(diào)度適時(shí)適量進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，在動(dòng)用韓江高陂水利樞紐庫(kù)容調(diào)節(jié)的枯水時(shí)段，應(yīng)謹(jǐn)慎啟動(dòng)生態(tài)補(bǔ)水；正常年份盡量控制潮州供水樞紐及下游五閘蓄水水位，保障正常取水和生態(tài)水位，特枯年水量應(yīng)急調(diào)度才能分別啟用調(diào)節(jié)庫(kù)容。

加強(qiáng)地市間重要控制斷面、水功能區(qū)和水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)能力，加快應(yīng)急監(jiān)測(cè)和調(diào)度能力建設(shè)，全面提高流域水資源監(jiān)控、預(yù)警和管理能力，確保韓江潮州段供水安全和生態(tài)流量穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

韓江高陂水利樞紐對(duì)韓江下游枯水期枯水段生態(tài)調(diào)節(jié)起到了一定的作用，福建省永定(棉花灘)水庫(kù)調(diào)度對(duì)韓江下游生態(tài)保障影響較大，若能保證閩粵交界斷面流量，韓江下游各類(lèi)用水和生態(tài)流量基本能夠保障。在流域調(diào)節(jié)能力有限、供水急劇增加的情況下，加強(qiáng)水資源管理、優(yōu)化枯水期水量調(diào)度是保障河道生態(tài)安全的關(guān)鍵。