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。
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]。
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。
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。
2.3.1 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。
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。
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。
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)。
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>
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]。
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。
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。