滹沱河河北段生態(tài)基流保障研究

□趙子岳 焦騰躍 張 戈 李保琦

生態(tài)基流是水資源分配的主要考核目標(biāo)之一，但有限的水資源總量在滿足正常生活生產(chǎn)的前提下，很難滿足河流生態(tài)需水，即使是生態(tài)基流也較難保障。滹沱河流域位于人口較為密集的華北平原，工業(yè)、生活用水量較大，加之其自產(chǎn)地表水資源量相對不足，導(dǎo)致在蓄水工程全力確保生態(tài)流量下泄情況下，滹沱河流域干支流生態(tài)流量保障率仍然較低。因此，開展滹沱河河北段生態(tài)基流保障研究，具有突出的迫切需求和鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。在充分分析水資源開發(fā)利用情況、生態(tài)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，制定保障目標(biāo)，給出保障方法，并輔以調(diào)度管理方案，最后提出保障措施，以期充分保障滹沱河河北段生態(tài)基流，突破中下游生態(tài)基流難以保障的瓶頸問題，解決河道生態(tài)基流保障與生產(chǎn)生活用水之間的矛盾問題。

表2 滹沱河生態(tài)補(bǔ)水情況 單位：億m3

表3 滹沱河基本生態(tài)水量保障目標(biāo) 單位：億m3

表4 滹沱河基本生態(tài)水量控制斷面

1.滹沱河生態(tài)基流補(bǔ)水現(xiàn)狀

目前，在滹沱河流域的總供水量中，用于生態(tài)補(bǔ)水的水量不足1.5%。2001年—2018年，滹沱河流域平均地表水總供水量為11.29億m3，滹沱河山西省平均地表水供水量為3.64億m3，滹沱河河北省平均地表水供水量為7.65億m3，其中河北省黃壁莊水庫以上平均地表水供水量為3.51億m3，黃壁莊水庫以下生活平均地表水供水量為0.76億m3、生態(tài)平均地表水供水量為0.17億m3，計三灌區(qū)、靈正灌區(qū)和石津灌區(qū)平均地表水供水量為3.21億m3。滹沱河地表水開發(fā)利用率達(dá)76%，遠(yuǎn)超國際公認(rèn)的40%合理開發(fā)利用紅線，滹沱河流域供水情況見表1。

滹沱河生態(tài)現(xiàn)狀主要表現(xiàn)為徑流減少。滹沱河徑流量總體呈下降趨勢，尤其是80年代初，河道徑流量出現(xiàn)急劇下降。崗南水庫、黃壁莊水庫1956年—1979年年均徑流量分別為15.5億m3、26.3億m3，1980年—2000年年均徑流量分別下降至9.7億m3、16.7億m3，2001年—2016年3站年均徑流量僅為6.1億m3、12.1億m3。河道徑流下降是天然徑流減少和水資源開發(fā)利用工程建設(shè)共同影響的結(jié)果。

滹沱河生態(tài)補(bǔ)水水源為南水北調(diào)中線引江水、黃壁莊水庫水和再生水。2018年9月開始試點(diǎn)補(bǔ)水—到2020年6月共補(bǔ)水12.83億m3。分水源看，其中南水北調(diào)中線引江水補(bǔ)水9.56億m3占74.5%，黃壁莊水庫水補(bǔ)水1.77億m3占13.8%，再生水補(bǔ)水1.50億m3占11.7%，引江水為主要補(bǔ)水水源；分年統(tǒng)計，其中2018年9月—12月共補(bǔ)水4.43億m3，2019年1月—12月共補(bǔ)水5.50億m3，2020年1月—6月共補(bǔ)水2.90m3。滹沱河生態(tài)補(bǔ)水情況見表2。

2.保障目標(biāo)

采用2000年—2019年共20年實(shí)測徑流量，對滹沱河考核斷面生態(tài)水量計算值滿足程度進(jìn)行統(tǒng)計分析，滿足程度為年徑流量扣除現(xiàn)有用水戶后，達(dá)到或超過生態(tài)水量計算值的年數(shù)與20年的比值。滹沱河基本生態(tài)水量保障目標(biāo)見表3。

3.保障方法

3.1 保障范圍及保障對象

考慮到黃壁莊水庫以上河道常年有水，水生態(tài)維持較好，此次滹沱河基本生態(tài)水量保障方案工作范圍為滹沱河黃壁莊水庫以下河段。滹沱河黃壁莊水庫以下河段不涉及重要生態(tài)敏感區(qū)，亦不屬于水生生物多樣性保護(hù)重點(diǎn)區(qū)域和水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)。滹沱河河北段基本生態(tài)水量保障對象為維持河道基本生態(tài)水量，改善河流生態(tài)功能。

3.2 控制斷面

按照河湖生態(tài)保護(hù)對象和相關(guān)技術(shù)要求，滹沱河設(shè)考核斷面和管理斷面?？己藬嗝媸侵笧楸Ｕ虾恿魃鷳B(tài)流量（水量），需要定期監(jiān)測并考核是否達(dá)標(biāo)的斷面；管理斷面是指對考核斷面生態(tài)流量（水量）保障具有重要、直接關(guān)系的控制斷面。鑒于方案生態(tài)水量保障河段需通過崗南、黃壁莊兩座大型水庫聯(lián)合調(diào)度予以保障，綜合考慮現(xiàn)有水文站點(diǎn)分布、監(jiān)測指標(biāo)、監(jiān)測頻次等，選取崗南水庫（壩下）、黃壁莊水庫（壩下）為考核斷面，滹沱河小覺水文站、冶河平山水文站為管理斷面。

考核斷面：崗南水庫可通過電洞、泄洪洞、溢洪道向下游滹沱河補(bǔ)水；黃壁莊水庫可通過溢洪道直接進(jìn)入滹沱河、通過石津渠—太平河進(jìn)入滹沱河下泄生態(tài)水量。結(jié)合實(shí)際情況、全面考核黃壁莊水庫下泄生態(tài)水量，設(shè)置黃壁莊水庫（壩下）為考核斷面，包括黃壁莊水庫（溢洪道）斷面直接下泄入滹沱河生態(tài)水量、通過石津渠—太平河向滹沱河生態(tài)補(bǔ)水水量之和。

管理斷面：設(shè)置滹沱河小覺站和冶河平山站兩個管理斷面，在考核斷面出現(xiàn)預(yù)警時，積極協(xié)調(diào)水利部、山西省加大上游下泄水量，控制冶河引水等方式，加大崗南水庫、黃壁莊水庫出庫水量，保障滹沱河生態(tài)水量。滹沱河基本生態(tài)水量控制斷面見表4。

3.3 計算方法

按照相關(guān)技術(shù)要求，對各控制斷面1980年—2016年水文系列多年平均天然徑流量和1956年—2000年水文系列多年平均天然徑流量進(jìn)行比較，根據(jù)第三次水資源調(diào)查評價成果，各斷面1980年—2016年系列天然徑流量比1956年—2000年系列減少均超過10%以上，因此，滹沱河生態(tài)水量目標(biāo)計算均采用1980年—2016年水文系列。

根據(jù)水利部技術(shù)要求，生態(tài)基流可采用Qp、Tennant法等計算方法，原則上對豐枯變化劇烈、工程調(diào)控能力較弱的主要控制斷面，可采用Qp法，其他斷面可以采用Tennant法。滹沱河工程調(diào)控能力較強(qiáng)，此次采用Tennant法計算生態(tài)水量，分別取各斷面1980年—2016年平均天然徑流量的1%、3%、5%、10%計算基本生態(tài)水量。

4.實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的可達(dá)性

利用2000年—2019年20年崗南、黃壁莊水庫水庫供城市生活和農(nóng)業(yè)水量等資料進(jìn)行可達(dá)性分析，可達(dá)性為可下泄水量達(dá)到或超過生態(tài)水量計算值的年數(shù)與20年的比值。黃壁莊水庫可供水量首先為水庫通過溢洪道下泄水量，當(dāng)下泄水量不滿足時，優(yōu)先滿足生活用水和基本生態(tài)用水進(jìn)行計算。

采用Tennant法（10%）時，通過合理調(diào)度崗南和黃壁莊水庫后，近20年中仍有1年在優(yōu)先供生活生態(tài)壓減灌溉用水后、滹沱河生態(tài)水量不能滿足，需要壓減農(nóng)業(yè)用水1.45億m3，影響約48萬畝地表水農(nóng)業(yè)灌溉面積。采用Tennant法（5%）時，通過合理調(diào)度崗南和黃壁莊水庫后，近20年僅有6年可保障生態(tài)需水量，有14年需壓減部分灌溉用水才能保障滹沱河生態(tài)水量，需要壓減農(nóng)業(yè)用水0.73億m3，影響約24萬畝地表水農(nóng)業(yè)灌溉面積。采用Tennant法（3%）時，通過合理調(diào)度崗南和黃壁莊水庫后，近20年僅有7年可保障生態(tài)需水量，有13年需壓減部分灌溉用水才能保障滹沱河生態(tài)水量，需要壓減農(nóng)業(yè)用水0.44億m3，影響約15萬畝地表水農(nóng)業(yè)灌溉面積。采用Tennant法（1%）時，通過合理調(diào)度崗南和黃壁莊水庫后，近20年僅有8年可保障生態(tài)需水量，有12年需壓減部分灌溉用水才能保障滹沱河生態(tài)水量，需要壓減農(nóng)業(yè)用水0.15億m3，影響約5萬畝地表水農(nóng)業(yè)灌溉面積。

綜上，考慮到河北省水資源嚴(yán)重短缺、地下水嚴(yán)重超采的實(shí)際，采用1980年—2016年平均天然徑流量的1%作為近期黃壁莊水庫下泄滹沱河的生態(tài)水量目標(biāo)。

5.結(jié)語

河流生態(tài)基流保障是水資源分配的主要內(nèi)容之一，用水涉及生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水，供水涉及自產(chǎn)水、外調(diào)水和再生水等多個方面，需要解決中下游水資源綜合調(diào)配問題，確保流域內(nèi)水資源科學(xué)開發(fā)與高效利用，確定主要控制斷面的下泄水量，滿足河道內(nèi)生態(tài)水量需求，才能改善河道水質(zhì)、生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)滹沱河流域人口、資源、環(huán)境的協(xié)調(diào)持續(xù)發(fā)展。