黑河省際水量調(diào)度時(shí)段優(yōu)化研究

薛 飛

（甘肅省張掖市水務(wù)局，甘肅張掖734000）

黑河流域水資源供需矛盾突出，迫切需要進(jìn)一步加強(qiáng)水資源統(tǒng)一調(diào)度和管理。目前的調(diào)度存在手段單一等問題，主要依靠“全線閉口、集中下泄”的行政手段。如何挖掘調(diào)度潛力，即在對(duì)作物需水影響不大的情況下盡量延長調(diào)度時(shí)間，增加正義峽下泄量，不論對(duì)完成國務(wù)院確定的分水目標(biāo)還是對(duì)中下游地區(qū)和諧建設(shè)都具有重要意義。

1 黑河流域概況

黑河是我國第二大內(nèi)陸河，流經(jīng)青海、甘肅、內(nèi)蒙古3 個(gè)?。▍^(qū)），干流全長928 km。黑河干流鶯落峽以上為上游，河道長313 km，為干流主要產(chǎn)流區(qū)，干流鶯落峽站多年平均年徑流量15.8 億m3。鶯落峽至正義峽之間為中游，為徑流利用區(qū)，河道長204 km，是甘肅省的重要農(nóng)業(yè)區(qū)。正義峽以下為下游，河道長411 km，為徑流消耗區(qū)，是戈壁沙漠圍繞天然綠洲的干旱地區(qū)[1]。

2 水量調(diào)度現(xiàn)狀

2.1 中游灌區(qū)用水情況

以近期典型年2015 年為例，黑河中游各灌區(qū)從黑河干流和梨園河直引口門總引水12.50 億m3，其中黑河干流11.20 億m3，梨園河1.30 億m3。甘州區(qū)、臨澤縣、高臺(tái)縣分別從黑河干流總引水量為5.55 億m3、2.65 億m3、3 億m3，分 別 占49.55%、23.66%、26.79%。黑河干流中游沿岸灌區(qū)2015 年灌溉井9 055 眼，年取水量3.44 億m3。

2.2 黑河水量調(diào)度模式

黑河干流水量統(tǒng)一調(diào)度主要依據(jù)水量調(diào)度方案（主要包括年度水量調(diào)度方案和月水量調(diào)度計(jì)劃），通過方案和計(jì)劃編制，明確黑河全年水量調(diào)度的目標(biāo)任務(wù)。

年內(nèi)調(diào)度分為非關(guān)鍵調(diào)度期和關(guān)鍵調(diào)度期調(diào)度，非關(guān)鍵調(diào)度期是指11 月11 日—次年6 月30日，此期間用水量較大，來水量較少。關(guān)鍵調(diào)度期是指7 月1 日—11 月10 日，來水量大，調(diào)控空間較大。9 月中游灌溉區(qū)作物大都進(jìn)入成熟期，用水量較少，可實(shí)施集中下泄措施。

黑河干流水量統(tǒng)一調(diào)度措施主要有全線閉口措施、洪水調(diào)度措施、限制引水措施。全線閉口：所有引水口門全部關(guān)閉，集中向下游輸水，確保閉口期輸水效果。洪水調(diào)度：根據(jù)洪水期間河道滲漏損失小、正義峽下泄比例高的優(yōu)勢(shì)，在洪水期可實(shí)施調(diào)度，當(dāng)預(yù)報(bào)鶯落峽水文斷面流量超過150 m3/s 或中游地區(qū)出現(xiàn)有效降水過程灌溉需水量較小時(shí)，可采取洪水調(diào)度措施。限制引水：根據(jù)調(diào)度、灌溉實(shí)際需求，嚴(yán)格控制中游地區(qū)引水量，其余流量全部下泄用于下游灌溉。

2.3 存在的主要問題

2.3.1 調(diào)度手段單一 實(shí)現(xiàn)黑河水資源的科學(xué)調(diào)度，需要行政、法律、經(jīng)濟(jì)、工程和技術(shù)5 項(xiàng)措施共同實(shí)施。目前黑河水量調(diào)度手段單一的局面仍未從根本上得到改觀，依然主要依賴于行政手段，“全線閉口、集中下泄”措施已經(jīng)發(fā)揮到極致，每年關(guān)鍵調(diào)度期超過一半時(shí)間在實(shí)施全線閉口，只能靠增加閉口天數(shù)來增加下泄水量。

2.3.2 由于分水曲線自身技術(shù)特點(diǎn)，導(dǎo)致豐水年份調(diào)水壓力增加 《黑河干流水量分配方案》對(duì)鶯落峽斷面多年均值、10%、25%、75%和90%來水保證率情況下對(duì)應(yīng)正義峽斷面下泄水量作出了明確規(guī)定，當(dāng)鶯落峽來水量超過均值15.8 億m3時(shí)，正義峽斷面下泄水量大幅度增加[2]。分水曲線自身技術(shù)特點(diǎn)，加大了豐水年份的調(diào)度壓力，若出現(xiàn)前枯后豐或前平后豐的水情，調(diào)度困難更大。

2.3.3 中游地區(qū)實(shí)施水量統(tǒng)一調(diào)度難度逐漸加劇從目前所采取的調(diào)度措施來講，中游目前的調(diào)度潛力已全部挖掘，由于受中游灌區(qū)剛性需水的影響，豐水年份無法完成調(diào)度指標(biāo)。加上目前中游生態(tài)文明建設(shè)的需要，中游地區(qū)實(shí)施水量統(tǒng)一調(diào)度的難度逐漸加劇。

3 需水分析

3.1 中游耗水量變化

鶯落峽、正義峽不同年代實(shí)測(cè)徑流差值能夠大致反映區(qū)間地表水耗水量變化。分析發(fā)現(xiàn)，區(qū)間地表水耗水量自20 世紀(jì)80 年代到90 年代呈突然增加趨勢(shì)，調(diào)水后遏制了這種勢(shì)頭，并有所減少。2000 年黑河水量統(tǒng)一調(diào)度以來，鶯落峽站來水量較多年均值偏多，為18.87 億m3，區(qū)間耗水量為7.83 億m3，較20 世紀(jì)90 年代減少了0.39 億m3[3]。主要原因在于實(shí)施黑河水量統(tǒng)一調(diào)度，黑河干流實(shí)施“全線閉口、集中下泄”措施，有效控制了中游地區(qū)的引水量。

3.2 中游灌溉需水量

經(jīng)調(diào)查，甘州區(qū)、臨澤縣和高臺(tái)縣實(shí)際灌溉面積，分析3 個(gè)縣（區(qū)）作物關(guān)鍵需水期降雨量、農(nóng)業(yè)需水量，當(dāng)灌溉水利用系數(shù)為0.49 時(shí)，平均綜合耗水量為6 510 m3/hm2；當(dāng)灌溉水利用系數(shù)為0.53 時(shí)，平均綜合耗水量為6 285 m3/hm2。根據(jù)張掖市縣級(jí)行政區(qū)2015 年、2020 年、2030 年水資源管理控制指標(biāo)，2020 年農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)目標(biāo)值0.61，平均綜合耗水量約為5 850 m3/hm2。據(jù)此測(cè)算，2020 年黑河中游地區(qū)灌溉需水量約為12.34 億m3。

3.3 中游作物需水期

中游作物需水在灌溉面積一定的前提下，與種植結(jié)構(gòu)和灌溉制度密切相關(guān)。2000 年以前，甘州區(qū)、臨澤縣和高臺(tái)縣3 個(gè)縣（區(qū)）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以小麥、玉米套種的帶田為主，水資源供需矛盾十分突出。自2000 年以后，中游限制灌溉規(guī)模，壓減耗水量大的帶田種植比例，制種玉米所占灌溉面積的比例迅速增加。玉米生長灌溉期為5 月15 日—9 月5 日左右，與生態(tài)調(diào)度以來的調(diào)度時(shí)段緊密對(duì)應(yīng)。

3.4 下游生態(tài)需水分析

下游額濟(jì)納綠洲主要植被為喬木、灌木和草本植物，從生長規(guī)律來看，喬木、灌木一般在3 月下旬至4 月初芽萌動(dòng)，草本植物的萌芽期在4 月初，植物發(fā)育早期對(duì)水分條件十分敏感，因此需要在4 月調(diào)水對(duì)林場(chǎng)、草場(chǎng)進(jìn)行灌溉。研究表明：8 月胡楊、苦豆子、駱駝刺的耗水量最大，8 月和9 月草本植物蘆葦?shù)暮乃孔畲蟆?/p>

4 中游調(diào)度時(shí)段優(yōu)化

4.1 中游調(diào)度時(shí)段分析

根據(jù)前述調(diào)度模式及實(shí)施情況分析，黑河水量調(diào)度近年來基本確定為春季調(diào)度、7 月份調(diào)度、8 月份調(diào)度和9 月、10 月調(diào)度，尤其是2010 年以來，春季調(diào)度基本從4 月上旬冰雪融化開始到5 月上旬（春灌開始）結(jié)束，時(shí)間約為45 d。7 月調(diào)度和8 月調(diào)度各為9 d 左右，7 月調(diào)度和8 月調(diào)度一方面是因?yàn)橹杏沃饕魑镉衩渍幱诎喂?jié)期和成熟期，對(duì)灌溉水量要求不高；另一方面是此時(shí)期來水量占全年比重大，來水流量也大，此外下游生態(tài)需水關(guān)鍵期也在8 月，因此也需要該時(shí)段調(diào)水。9 月、10 月調(diào)度一直到10 月25 日（冬灌開始）結(jié)束，一方面是中游此階段是作物成熟期；另一方面下游也需要一定的生態(tài)水量為額濟(jì)納胡楊節(jié)提供保障。經(jīng)過多年的水量調(diào)度實(shí)踐，加上中游自身通過種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和灌區(qū)灌溉制度制定，已形成水量調(diào)度期、作物需水期與下游生態(tài)需水期相互適應(yīng)的格局[2]。

4.2 不同條件對(duì)水量調(diào)度的影響

洪水過程對(duì)調(diào)度影響：“全線閉口、集中下泄”期間鶯落峽斷面洪峰流量350 m3/s 左右時(shí)，水流行進(jìn)速度快，沿程損失小，調(diào)度效果顯著，下泄比例可達(dá)80%～90%；斷面流量150 m3/s 以下時(shí)，下泄比例低，可調(diào)控余地小。降水過程對(duì)調(diào)度影響：在作物需水一定的情況下，當(dāng)降水量少時(shí)必然需要更多的地表水補(bǔ)給，反之亦然，也就能為閉口措施提供有利條件。秋季3 個(gè)月連調(diào)：將8 月閉口時(shí)間和9 月、10 月閉口時(shí)間合并，水量集中下泄，輸水效率高。秋季3 個(gè)月連調(diào)比原來的分開調(diào)度平均增泄水量0.13 億m3。在有利條件下實(shí)施3 個(gè)月連調(diào)對(duì)正義峽斷面下泄水量有很好的作用。

4.3 調(diào)度時(shí)段優(yōu)化方案

黑河春季調(diào)度從融冰開始到5 月15 日左右，5月15 日開始需要春灌，該時(shí)段不能延長；秋季調(diào)度從9 月5 日左右到10 月25 日，由于10 月25 日必須冬灌，該時(shí)段也不能再閉口延長調(diào)度時(shí)長。根據(jù)對(duì)中游灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)變化分析和農(nóng)作物灌溉制度分析以及下游生態(tài)需水過程分析可知，在可優(yōu)化的調(diào)度時(shí)段上只有7 月、8 月調(diào)度有優(yōu)化空間，可在作物需水空窗期7 月、8 月份強(qiáng)化水量調(diào)度。

根據(jù)歷年水量調(diào)度方案，每年7 月7—17 日、8月6—15 日左右集中下泄。中游地區(qū)農(nóng)業(yè)用水時(shí)間基本與黑河水量調(diào)度方案吻合。為滿足中游灌區(qū)作物需水，可在7 月初、7 月底、8 月初、8 月底引水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉。7 月、8 月閉口時(shí)間可前后延長，保證正義峽水量不間斷下泄[4]。25%來水保證率下，7 月7—24 日、8 月6—21 日可實(shí)施閉口，較現(xiàn)狀調(diào)度方案延長閉口時(shí)間13 d。50%來水保證率下，7 月8—18日、8 月6—16 日可實(shí)施閉口，較現(xiàn)狀調(diào)度方案延長閉口時(shí)間2 d。75%來水保證率下，7 月8—18 日、8月6—22 日可實(shí)施閉口，較現(xiàn)狀調(diào)度方案延長閉口時(shí)間8 d。

通過分析降水、鶯落峽斷面來水過程尤其是洪水過程、秋季3 個(gè)月連調(diào)對(duì)正義峽斷面下泄水量的影響，在降水與鶯落峽斷面來水同頻或洪水過程時(shí)可選擇7 月、8 月優(yōu)化調(diào)度。