灤河生態(tài)流量目標研究及保障對策建議

劉玉晶

（海河水利委員會水文局，天津 300170）

生態(tài)流量是維系河湖生態(tài)功能、控制水資源開發(fā)強度的重要指標，是統(tǒng)籌生活、生產和生態(tài)用水，優(yōu)化配置水資源的重要基礎，事關水安全保障和生態(tài)文明建設大局。灤河（39°10′～42°40′N、115°30′～119°45′E）是海河流域的重要跨省河流，20 世紀80―90 年代，灤河中下游先后修建了潘家口、大黑汀、桃林口水庫，在確保天津市、唐山市生活和農業(yè)用水等方面起到了重要作用。受氣候、下墊面變化和人類活動等多重因素的影響，灤河地表徑流量逐漸減少，下游水生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴重威脅，河口入海水量減少，生物多樣性衰退，對流域經濟社會發(fā)展造成較大影響。

因此，研究確定灤河生態(tài)流量保障目標，提出灤河生態(tài)流量保障對策建議，為推進灤河生態(tài)修復，統(tǒng)籌灤河流域生產、生活、生態(tài)用水，促進區(qū)域協調和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 河流基本情況

1.1 河流概況

灤河發(fā)源于河北省豐寧縣巴顏圖古爾山麓，流經河北、內蒙古、遼寧3省（自治區(qū)），于河北省樂亭縣兜網鋪注入渤海，全長888 km，流域面積44 600 km2。灤河上源稱閃電河，灤河干流與伊遜河匯合處以上為灤河上游，面積約23 861 km2。灤河三道河子以下至干流灤縣以上為灤河中游，面積20 240 km2，地處燕山腹地，地形起伏較大，山嶺重疊，溝谷縱橫，區(qū)間有6條較大支流匯入，均屬山溪性河流，河道比降大，水流速度快。灤河灤縣以下至入?？跒闉春酉掠?，面積約780 km2，屬山前平原，無支流匯入。京山鐵路以下河道兩岸筑有防洪大堤，大堤內建有防洪小埝，下游右岸建有灤河下游灌區(qū)。

1.2 主要水利工程

灤河流域共建有5 座大型水庫和12 座中型水庫，設計總庫容48.29 億m3。20 世紀70―80 年代，在河北省遷西縣境內灤河干流上興建了大型跨流域引水工程引灤分水樞紐，包括引灤入津和引灤入唐樞紐，潘家口、大黑汀2座大型水庫通過引灤工程向天津市、唐山市供水，同時承擔向灤河下游農業(yè)灌區(qū)供水的任務。90 年代末，灤河主要支流青龍河上興建了桃林口水庫，通過引青濟秦工程向秦皇島市供水，同時承擔著向盧龍、灤河下游灌區(qū)等農業(yè)灌區(qū)供水的任務。灤河下游灌區(qū)是灤河流域主要大型灌區(qū)，控制面積11.2 萬hm2，設計灌溉面積3.39 萬hm2，最大實際灌溉面積8萬hm2，受益范圍涉及曹妃甸、灤南、樂亭、豐南4 區(qū)（縣）和2 個軍墾農場，是華北最大的水稻灌區(qū)。灌區(qū)取水口巖山渠首位于灤州市城南灤河干流右岸巖山腳下，距灤河入海口55 km，兼有灤河灤州市段汛期防汛調節(jié)作用。灌區(qū)引水水源為潘家口、大黑汀、桃林口3座大型水庫下泄灌溉水及大黑汀、桃林口至巖山渠首區(qū)間徑流。2000―2019 年巖山渠首年平均取水量4.5 億m3。

1.3 水資源及其開發(fā)利用情況

灤河流域1980―2016 年年均地表水資源量32.1 億m3，年均地表水供水量22.1 億m3，地表水開發(fā)利用率68.8%，超過了國際公認的40% 的合理上限。1983―2019 年間，潘家口、大黑汀水庫累計供水422.39 億m3，其中通過引灤工程向天津市供水194 億m3，年均供水4.8億m3；向唐山市供水56.13 億m3，年均供水1.4億m3；向灤下灌區(qū)供水172.16 億m3，年均供水4.3 億m3。1999―2019 年，桃林口水庫通過引青濟秦工程向秦皇島市供水10.18 億m3，年均供水0.51 億m3；向灤下灌區(qū)供水30.67 億m3，年均供水1.46 億m3。

1.4 生態(tài)現狀

（1）地表徑流量減少。在灤河上、中、下游分別選取三道河子、潘家口、灤縣3 個水文站，分析1956―2016年徑流量變化。三道河子、潘家口、灤縣3個站1956―1979 年年均徑流量分別為7.3 億、26 億和47.8億m3，1980―2000年年均徑流量分別為4.75 億、16.8 億和22.8億m3，2001―2016年年均徑流量分別為2.9 億、7.3 億和8.2 億m3。由上可以發(fā)現，20世紀80 年代以后灤河地表徑流量出現急劇下降。另外，據統(tǒng)計，近10 a 灤河干流大黑汀水庫出庫河道斷面年均過流天數僅99 d，支流青龍河桃林口水庫出庫河道斷面年均過流天數為151 d，1 a 內泄放過程基本在農業(yè)灌溉供水時期和汛期棄水。

（2）生物多樣性衰退。灤河常見水生動植物物種有黑嘴鷗、黑尾鷗、紅嘴鷗、銀鷗、普通燕鷗、黑枕燕鷗、白鶴、丹頂鶴、灰鶴、田雞、董雞、雨燕和灰沙燕等，以及一些魚類、半索動物、甲殼動物、軟體動物、腕足動物、腔腸動物、浮游生物等。近年來，灤河魚類物種多樣性明顯下降，野生魚類種類少，且數量較低。在部分自然河段有常見魚類分布，此外在城鎮(zhèn)橡膠壩區(qū)和河道挖沙產生的靜水坑有少數小型魚類生存，洄游性魚類和一些大型經濟性魚類極其少見。

（3）入海水沙量減少。據統(tǒng)計，灤河20 世紀50年代年均入海水量約57 億m3，80 年代年均入海水量降至15 億m3，2001―2016 年年均入海水量僅為4.6 億m3。灤河口為沙質河口，泥沙來源為灤河干流和青龍河支流，由于灤河入海水量總體呈減少趨勢，入海沙量也隨之減少，從而灤河口三角洲由緩慢淤積逐漸轉為侵蝕。

2 生態(tài)流量的確定

2.1 生態(tài)流量保障目標

制定生態(tài)流量是為了明確河湖生態(tài)保護的目標和要求，管控水資源開發(fā)利用強度，在保障河湖生態(tài)流量的前提下優(yōu)化水資源配置格局［1］。要確定生態(tài)流量保護目標，需要明確河湖生態(tài)功能定位。目前，經正式批復的有關確定灤河生態(tài)水量的規(guī)劃包括《海河流域綜合規(guī)劃》（以下簡稱《綜合規(guī)劃》）和《京津冀協同發(fā)展六河五湖綜合治理與生態(tài)修復總體方案》（以下簡稱《六河五湖方案》）?！毒C合規(guī)劃》對灤河進行的生態(tài)功能定位為：灤河上游水量充沛，基流較大，主要生態(tài)問題是遷西以下河流斷流問題。因此，灤河上游以生態(tài)基流保護為重點，下游以生態(tài)水量補給為重點［2］?！读游搴桨浮穼春舆M行的生態(tài)功能定位為：灤河山區(qū)段水量、水質條件較好，應維持良好生境功能，平原段斷流嚴重，應恢復水體連通功能［3］。結合近年灤河實測水文資料來看，灤河中上游除源頭閃電河以外水量充沛未出現過斷流；中下游潘家口、大黑汀以及桃林口水庫主要以供工農業(yè)和生活用水為主，設計之初未考慮生態(tài)下泄流量，非汛期和非灌溉供水期基本不向河道泄放生態(tài)水；且灤河下游距入?？?5 km處有大型農業(yè)灌區(qū)，年引水量4.5 億m3左右。綜上，灤河生態(tài)流量保障的目標應為恢復平原段水體連通，并維持一定入海水量。

2.2 生態(tài)流量控制斷面及保障要求

《綜合規(guī)劃》提出的灤河生態(tài)水量控制斷面為山區(qū)段閃電河白城子、灤河三道河子以及平原段灤縣，規(guī)劃生態(tài)水量分別為0.14 億、1.31 億和4.21億m3∕a，同時規(guī)劃灤縣斷面以下考慮支流匯入后入海水量不小于4.21 億m3∕a?！读游搴桨浮诽岢龅臑春由鷳B(tài)水量控制斷面為支流武烈河承德、灤河三道河子和灤縣，其中承德斷面規(guī)劃生態(tài)水量為0.25 億m3∕a、其余2個斷面規(guī)劃生態(tài)水量與《綜合規(guī)劃》一致。通過灤河各斷面實測水文資料可知，山區(qū)段長年基流較大，因此不再提出白城子和三道河子斷面生態(tài)流量保障要求；承德斷面位于灤河支流武烈河，斷面上游建有雙峰寺水庫，原環(huán)境保護部批復的雙峰寺水庫建設環(huán)境影響評價報告書對水庫下泄生態(tài)流量提出了明確要求，且武烈河天然徑流量占灤河干流比例較小，水庫建成后對灤河干流潘家口水庫入庫徑流影響不大，因此不再提出承德斷面生態(tài)流量保障要求。

通過調查可知，灤河流域現有4 處國家級水產種質資源保護區(qū)，分別是沽源閃電河水系壩上高背鯽國家級水產種質資源保護區(qū)、灤河特有魚類國家級水產種質資源保護區(qū)、柳河特有魚類國家級水產種質資源保護區(qū)、遷西栗香湖鯉黃顙魚國家級水產種質資源保護區(qū)。前3處特殊生態(tài)保護區(qū)均不處于灤河干流，僅遷西栗香湖鯉黃顙魚國家級水產種質資源保護區(qū)位于灤河干流，但該保護區(qū)在大黑汀水庫庫區(qū)內，一般情況下水量充足，因此不考慮特殊生態(tài)保護對象的生態(tài)流量要求。

為滿足恢復平原段水體連通，并維持一定入海水量的生態(tài)流量保障的目標，同時根據《水利部關于做好河湖生態(tài)流量確定和保障工作的指導意見》明確的建設年代較早且下泄水量明顯不能滿足生態(tài)需求的水工程應合理確定生態(tài)流量目標的要求，選取灤河干流大黑汀水庫（出庫入河道斷面）、支流青龍河桃林口水庫（出庫入河道斷面）及灤縣斷面作為灤河生態(tài)流量控制斷面，且提出各斷面生態(tài)基流目標和灤河入海水量目標。

2.3 生態(tài)流量計算

生態(tài)流量計算方法很多，主要包括水文學法、水力學法和生境法三大類。為與《綜合規(guī)劃》等相關規(guī)劃、方案相協調，本次采用水文學法進行生態(tài)流量計算。在分析計算的基礎上，根據水源條件、可達性等方面的因素，綜合確定生態(tài)流量目標。關于水文系列的選取，根據水利部有關河湖生態(tài)流量確定的技術要求，對于1980―2016 年水文系列多年平均天然徑流量較1956―2000 年水文系列的變化幅度大于等于10% 的，以1980―2016年天然徑流系列確定生態(tài)流量目標。大黑汀水庫、桃林口水庫及灤縣3 個站1956―2000 年年均天然徑流量分別為20.64 億、7.84 億、35.5 億m3，1980―2016 年年均天然徑流量分別為14.39 億、5.44 億、24.46 億m3，2 個水文系列變幅遠超10%。因此，采用1980―2016 年天然徑流系列計算生態(tài)基流和入海水量。由于灤縣斷面為灤河入海前最后一個水文控制斷面，因此通過計算灤縣斷面基本生態(tài)水量得到入海水量。灤河主要控制斷面天然徑流量變化，詳見表1。

表1 灤河主要控制斷面天然徑流量變化108m3∕a

（1）生態(tài)基流。采用Q90法計算生態(tài)基流。即采用大黑汀水庫、桃林口水庫及灤縣斷面1980―2016年37 a 最枯月天然徑流量排頻，得到90% 保證率最枯月天然徑流量，由此計算得到3 個斷面生態(tài)基流分別為4.54、1.67和7.37 m3∕s。

（2）入海水量。首先計算灤縣斷面基本生態(tài)水量。《綜合規(guī)劃》采用Tennant法取天然徑流量的10%計算基本生態(tài)水量，水文系列采用1956―2000 年天然徑流系列。本次仍采用Tennant法進行計算，為使計算結果更加符合現階段實際水情，在采用1980―2016 年水文系列的基礎上，對基本生態(tài)水量占天然徑流量的比例進行分析。由于1980―2016 年總體為枯水年，灤縣1980―2016 年年均天然徑流量比1956―2000年年均值下降了42%。灤縣2001―2016年年均還原水量（主要是用水消耗量）為11.78 億m3，該值反映現狀用水水平；剩余水量（即天然徑流量減去還原水量，為生態(tài)水量的主要來源）占天然徑流量的比例下降28%。按照剩余水量占天然徑流量的下降率計算，灤縣1980―2016年水文系列生態(tài)水量應從占天然徑流量的10% 下降到7.2%。因此，現階段采用Tennant法取天然徑流量的7.2%計算基本生態(tài)水量。經計算，得到灤縣斷面基本生態(tài)水量為1.76 億m3。不考慮灤縣以下支流匯入和沿途蒸發(fā)滲漏損失，則灤縣基本生態(tài)水量1.76 億m3即為灤河河口入海水量。灤縣2個水文系列天然徑流量變化，詳見表2。

表2 灤縣2個水文系列天然徑流量變化108m3

2.4 現狀滿足程度分析

采用2010―2019 年實測徑流資料，評價各控制斷面生態(tài)基流和入海水量目標滿足程度。由于灤縣斷面下游7 km 處有大型農業(yè)灌區(qū)引水口巖山渠首，因此在不考慮下游支流匯入和沿途蒸發(fā)滲漏損失的情況下，入海水量應為灤縣斷面徑流量扣除巖山渠首引水量。通過評價結果可知，大黑汀水庫和桃林口水庫近10 a 生態(tài)基流滿足程度較低，灤縣生態(tài)基流滿足程度除2010 年稍低以外其余年份均較高；入海水量近10 a全部滿足。主要控制斷面現狀生態(tài)流量滿足程度，詳見表3。

表3 主要控制斷面現狀生態(tài)流量滿足程度

2.5 生態(tài)流量目標可達性分析

灌溉期可結合灌溉供水滿足生態(tài)基流，現狀情況下大黑汀水庫和桃林口水庫生態(tài)基流滿足程度低是由于非灌溉期和非汛期水庫基本不向下游放水。通過計算可知，要使非灌溉期生態(tài)基流得到滿足，則大黑汀水庫、桃林口水庫需年均向河道增加補水7 728 萬和3 546 萬m3，或從灌溉供水中將這部分水勻到非灌溉期下泄到河道。通過分析建庫以來兩水庫年來水量、年初蓄量、供農業(yè)灌溉和城市生活用水量情況發(fā)現，除2000、2002等特枯年份以外其他年份生態(tài)流量目標均可達到。灤縣斷面現狀生態(tài)基流滿足程度較高，當不滿足時可適當加大上游水庫下泄量。

采用1980―2016 年灤縣天然徑流量、現狀（2010―2019 年）引灤年均供水量和灤下灌區(qū)年均取水量，分析入海水量目標可達性。在50% 來水條件下，入海水量遠遠大于生態(tài)水量目標；在75% 來水條件下，入海水量也基本能滿足生態(tài)水量要求；在95%來水條件下，入海水量不能滿足生態(tài)水量要求。特殊枯水年盡管不能滿足生態(tài)水量要求允許出現供水破壞，但其破壞深度不能使河道出現干涸。因此，在特殊枯水年的嚴重枯水期，需要調度潘家口、大黑汀、桃林口3 座水庫適當為河道補水。遠期可通過南水北調二期工程增大南水北調給天津輸水等措施滿足入海水量要求。不同來水條件入海水量滿足情況，詳見表4。

表4 不同來水條件入海水量滿足情況108m3

2.6 生態(tài)流量目標確定

綜上，可以確定灤河生態(tài)流量目標為大黑汀水庫、桃林口水庫及灤縣斷面生態(tài)基流分別達到4.54、1.67和7.37 m3∕s，保證率建議在75%～90%；年入海水量達到1.76億m3，75%以上來水年份均應達到目標。

3 生態(tài)流量保障對策建議

為保障灤河生態(tài)流量目標的實現，對生態(tài)流量保障工作提出幾點建議。

（1）加強水量調度，強化取用水管理。要將灤河生態(tài)水量保障納入年度水量調度計劃，水庫運行管理單位應做好水庫調度管理，嚴格按照年度水量調度計劃，合理安排工程的水量調度運行。河北省應加強轄區(qū)內取用水管控，嚴格按照批準的取水計劃取水，實施區(qū)域用水總量控制。

（2）加強監(jiān)測預警，實現信息共享。要做好水文控制斷面生態(tài)流量監(jiān)測工作，完善小流量監(jiān)測設施，加強取用水計量監(jiān)測，特別是應盡快完善巖山渠首引水量在線監(jiān)測計量設施，提高數據可靠性。合理設置生態(tài)流量預警閾值，建立預警發(fā)布機制。建立水情信息臺賬，依托全國水情信息交換系統(tǒng)、全國省界斷面水文水資源監(jiān)測信息系統(tǒng)、取水工程（設施）核查登記信息平臺等，通過網絡互聯、數據交換、信息報送等手段，實現各級管理部門對生態(tài)流量監(jiān)測信息的共享。

（3）完善生態(tài)流量保障監(jiān)管考核體系。監(jiān)管部門應不定期組織開展生態(tài)流量專項監(jiān)督檢查，對各控制斷面的下泄（取）水量、日常監(jiān)督管理、監(jiān)測預警以及生態(tài)流量目標的滿足情況進行檢查督查，對存在的問題提出整改要求，并督促落實。按照水利部有關生態(tài)流量保障考核要求開展考核評估，建立考核制度體系，考核結果作為最嚴格水資源管理制度和河長制工作重要依據。通過嚴格考核和評估，督促落實政府和單位責任，確保灤河生態(tài)水量保障工作落到實處。

（4）進一步研究灤河源頭閃電河生態(tài)流量目標和保障措施。閃電河為灤河源頭，發(fā)源于河北省沽源縣與豐寧縣交界處，經沽源縣流入內蒙古錫林郭勒盟太仆寺旗、正藍旗、多倫縣后又進入河北豐寧縣。資料顯示，閃電河徑流自20世紀70年代開始逐年減少，至1998 年徹底斷流。河北沽源縣在閃電河上建有閃電河水庫，多年來水庫向下游放水不足，下游內蒙草原濕地生態(tài)受到破壞，省界水事糾紛嚴重。因缺乏長系列水文資料，本文未對閃電河生態(tài)流量目標進行分析計算，今后在進一步收集資料的基礎上開展相關研究。

4 結語

通過分析灤河水資源開發(fā)利用情況和生態(tài)現狀，依據灤河生態(tài)功能定位，明確了灤河生態(tài)保護目標和要求，根據生態(tài)保護目標研究確定了生態(tài)流量控制斷面，采用水文學法計算了各控制斷面的生態(tài)基流和入海水量，利用近10 a 實測資料對現狀生態(tài)流量滿足程度進行了分析，并開展了生態(tài)流量目標可達性分析，最終提出灤河生態(tài)基流目標和相應保證率以及入海水量目標和相應來水條件。為保障生態(tài)流量目標的實現，提出生態(tài)流量保障對策建議，有利于推進灤河生態(tài)修復、統(tǒng)籌“三生用水”配置和促進區(qū)域協調和可持續(xù)發(fā)展。