張龍龍
(焦作市引沁灌區(qū)管理局,河南 濟源 459000)
黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展上升為重大國家戰(zhàn)略以來,黃河水利委員會聯(lián)合河南省水利廳多次集中調(diào)研河南省境內(nèi)黃河支流沁河的水資源開發(fā)利用情況。如何將調(diào)研成果轉(zhuǎn)為發(fā)展機遇,使之成為沁河流域高質(zhì)量發(fā)展的引擎;如何立足河南看流域,跳出河南看流域;如何實現(xiàn)沁河流域整體水資源空間均衡配置,提高水資源集約節(jié)約利用水平,是我們應(yīng)該深入研究的課題。本文分析了流域用水矛盾,研究了沁河中游河南段水資源的統(tǒng)一管理利用問題,對推進黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展具有重要的意義。
沁河是黃河三門峽至花園口區(qū)間兩大支流之一,發(fā)源于山西省長治市沁源縣霍山南麓的二郎神溝,自北向南流經(jīng)山西省的沁源、安澤、沁水、陽城、高平、晉城和河南省的濟源、沁陽、武陟等市(縣),于武陟縣方陵村匯入黃河。流域面積13532km2,其中山西省境內(nèi)12304km2,占全流域面積的91%;河南省境內(nèi)1228km2,占9%。干流全長485km,河道落差1844m,平均比降3.8‰。
將沁河流域劃分為上、中、下游三段,張峰水庫以上為上游,河長224km,流域面積4990km2;張峰水庫至五龍口為中游,河長171km,流域面積4255km2;五龍口至入黃口為下游,河長90km,流域面積4287km2。
沁河干流現(xiàn)有水文觀測站5處,從上至下依次為孔家坡、飛嶺、潤城、五龍口和武陟[1]。根據(jù)水文觀測站分布情況,并結(jié)合流域上中下游劃分情況,可將省界至五龍口水文站河道細(xì)分為沁河中游河南段。沁河干流現(xiàn)狀基本情況見圖1。
圖1 沁河干流基本情況簡圖
根據(jù)流域面積分布情況看,沁河中游以上面積占全流域面積的69%,中游河南段在整個流域水資源配置中承擔(dān)著承上啟下的重要作用,同時中游河南段已經(jīng)成為豫西北焦作市和濟源市經(jīng)濟社會發(fā)展的重要水源地。
水資源管理利用的關(guān)鍵是對大型水利工程的建設(shè)管理,沁河中游河南段現(xiàn)狀主要有3座大型水利工程,從上游至下游分別為引沁灌區(qū)、河口村水庫和廣利灌區(qū)。工程相對位置關(guān)系見圖1。
引沁灌區(qū)位于河南省西北部,第一渠首位于沁河峽谷濟源市克井鎮(zhèn)紫柏灘(晉豫交界),設(shè)計流量為30m3/s,設(shè)計灌溉面積40萬畝,屬大型灌區(qū)。范圍涉及濟源市、焦作孟州市和洛陽市原吉利區(qū)3個市(縣)15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)367個行政村,人口60余萬。灌區(qū)以沁河為水源,有總干渠1條,全長102km,干渠15條,加支渠16條,渠系工程長達(dá)2000km,中小型水庫38座,蓄水池200余座,水電站2座。通過近50年的發(fā)展,灌區(qū)已形成“引蓄提結(jié)合、以蓄補源、長藤結(jié)瓜、綜合利用”的水利工程體系,已由單一農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展到人畜飲水、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)供水、水力發(fā)電等多方位供水格局,成為支撐區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施,發(fā)揮著不可替代的作用,產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。
河口村水庫位于沁河最后一段峽谷出口處的河南省濟源市克井鄉(xiāng),五龍口水文站上游9km處,水庫于2017年通過竣工驗收。水庫控制流域面積為9223km2,占沁河流域面積的68.2%。多年平均入庫徑流量為4.92億m3,總庫容3.17億m3,其中,防洪庫容2.31億m3,調(diào)節(jié)庫容1.96億m3。水庫的供水對象包括濟源市第三水廠、華能沁北電廠、沁陽市沁北產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)、廣利灌區(qū)等,此外兼顧滿足水庫下游五龍口斷面的生態(tài)流量需求[2]。河口村水庫可以有效地控制沁河洪水的發(fā)生,彌補現(xiàn)狀防洪工程體系中存在的不足,使沁河下游的設(shè)防流量重現(xiàn)期由25年提高到100年,同時盡可能地攔蓄黃河下游洪峰流量和超過10000m3/s的洪量。
河口村水庫開發(fā)任務(wù)以防洪、供水為主,兼顧灌溉、發(fā)電、改善河道基流等綜合利用。在保證沁河下游河道最小生態(tài)基流維持在5m3/s以上及不減少廣利灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水的情況下,可向工業(yè)和生活供水6580萬m3,供水保證率為95%,同時廣利灌區(qū)供水條件也可以得到明顯改善,有效緩解了引沁灌區(qū)和廣利灌區(qū)灌溉高峰期用水矛盾。
廣利灌區(qū)位于河南省西北部,渠首位于濟源市五龍口鎮(zhèn)沁河出山口處,采用多渠首無壩自流引水方式進行引水,設(shè)計引水流量為28m3/s,設(shè)計灌溉面積51萬畝,為大型灌區(qū)。范圍涉及濟源、沁陽、溫縣、武陟4個市(縣)24個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(辦事處)439個行政村,人口50余萬。該灌區(qū)為引沁河水灌溉的著名古老灌區(qū),秦代初創(chuàng),漢魏始盛,明清發(fā)展,澤惠當(dāng)代,至今已有2200余年灌溉史。目前,灌區(qū)已發(fā)展成為集自流灌、提灌、渠井雙灌、以灌代補、防洪除澇于一體的綜合性大型灌區(qū),是河南省主要糧食生產(chǎn)核心區(qū)。
沁河中游河南段地處河南省豫北地區(qū),區(qū)域范圍涉及濟源市、沁陽市、孟州市、溫縣、武陟縣和原洛陽市吉利區(qū)6個市(縣、區(qū))39個鄉(xiāng)鎮(zhèn)806個行政村,人口110余萬。2020年域內(nèi)地區(qū)生產(chǎn)總值為2347.08億元,主要市縣區(qū)人均GDP均在相應(yīng)地區(qū)排名靠前,其中,濟源市在全省排第2名,沁陽市、孟州市、溫縣、武陟縣在焦作地區(qū)分別排第2名、第3名、第6名、第7名,吉利區(qū)在洛陽地區(qū)排第1名。區(qū)域內(nèi)3座大型水利工程在各自片域內(nèi)對上述市(縣、區(qū))的發(fā)展起到了不可替代的作用。
4.2.1 服務(wù)第一產(chǎn)業(yè)
中游河南段區(qū)域內(nèi)服務(wù)第一產(chǎn)業(yè)對象主要為農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)。
區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)區(qū)屬于河南省主要糧食生產(chǎn)核心區(qū),域內(nèi)主要以糧食作物為主,其中灌區(qū)設(shè)計灌溉面積合計91萬畝,為河南省糧食豐產(chǎn)豐收和保障國家糧食安全作出了重要貢獻(xiàn)。
區(qū)域內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)除了傳統(tǒng)畜牧業(yè)外,特色漁業(yè)養(yǎng)殖最具有代表性。近年來,隨著生活水平的提高,國民對健康飲食更加關(guān)注,對高蛋白低脂肪的魚肉需求量也越來越大。因此,引沁灌區(qū)范圍內(nèi)養(yǎng)殖戶利用山嶺區(qū)地理環(huán)境優(yōu)勢,充分利用坑塘、溝系和中小水庫等資源,發(fā)展?jié)O業(yè)養(yǎng)殖,并積極推陳出新,借助溝域水系的優(yōu)勢,將“豬-沼-藕”有機結(jié)合,形成“生態(tài)養(yǎng)殖+沼氣+綠色種植”的循環(huán)經(jīng)濟高效生態(tài)種養(yǎng)模式[3],實現(xiàn)溝系年產(chǎn)鮮魚1000萬kg以上。同時利用環(huán)境獨特、交通便利、人文景觀優(yōu)美的部分溝系探索了“農(nóng)業(yè)+生態(tài)+旅游+康養(yǎng)”的共享模式,形成溝系相連,步道相通,窯洞庭院棋布,垂釣采摘健身休息于一體的旅游休閑康體養(yǎng)生福地,努力踐行“綠水青山就是金山銀山”的新發(fā)展理念,為帶動當(dāng)?shù)剞r(nóng)民脫貧致富作出了重要貢獻(xiàn)。
4.2.2 服務(wù)第二產(chǎn)業(yè)
沁河中游河南段區(qū)域內(nèi)服務(wù)第二產(chǎn)業(yè)對象主要為石油煤炭加工、有色金屬冶煉、基礎(chǔ)化學(xué)原料制造、皮革毛皮加工、電池制造、電力和熱力生產(chǎn)等,涵蓋精煉石油化工、焦炭、白銀、黃金、鉛、鋅、銅、特種鋼材、燒堿、聚氯乙烯樹脂、皮革毛皮、鉛酸電池和火力發(fā)電等國民經(jīng)濟社會發(fā)展的重要產(chǎn)品。區(qū)域內(nèi)已服務(wù)或可服務(wù)的規(guī)模較大企業(yè)有15家,其中包括河南省百強企業(yè)7家。經(jīng)過多年來輸水工程的不斷配套建設(shè),對地下水限采停采要求更加嚴(yán)格,沁河中游河南段成為上述產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要直接水源或備用應(yīng)急水源地,為產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及區(qū)域社會生產(chǎn)生活作出了重要貢獻(xiàn)。
4.2.3 服務(wù)第三產(chǎn)業(yè)
沁河中游河南段區(qū)域內(nèi)服務(wù)第三產(chǎn)業(yè)對象主要為生活用水和供熱用水。如濟源市第三水廠、愚公水廠,孟州市西部嶺區(qū)水庫群,已經(jīng)成為濟源市、孟州市重要的生活用水水源;沁北電廠和國電豫源向濟源城區(qū)供熱已成為濟源市冬季取暖的重要熱源。
沁河屬于季節(jié)性河流,徑流時空分布不均特征明顯,由于氣候變化以及全社會對地下水資源開采利用的影響[1],加之近年來山西省對上游張峰水庫的開發(fā)利用程度不斷提高,造成水庫除生態(tài)基流外下泄流量逐年減少。同時,隨著沁河中游山西省境內(nèi)沿線其他水利工程的建成及投入使用,造成沁河省界以下河道徑流總體呈現(xiàn)逐年減少現(xiàn)象,且時空分布不均引發(fā)的用水矛盾進一步加劇[4]。
沁河水資源的利用比較久遠(yuǎn),但僅限于引水灌溉,所建的廣利、新利、廣惠等灌區(qū)(現(xiàn)今廣利灌區(qū)的主要部分)至今仍發(fā)揮著重要作用。引沁渠首修建于省界處并位于廣利灌區(qū)取水口的上游,沁河來水豐枯懸殊,上下灌區(qū)之間用水歷來按6 ∶4的沁河來水分水。隨著近些年灌區(qū)社會經(jīng)濟的發(fā)展,引沁灌區(qū)和廣利灌區(qū)都已從單一農(nóng)業(yè)灌溉向農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活等供水的綜合性大型灌區(qū)轉(zhuǎn)變,成為豫北地區(qū)工農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要水源。隨著流域性用水矛盾加劇,在灌溉高峰期,引沁與廣利灌區(qū)需水量集中且缺口大,而上游來水小造成可引水流量小,往往供水期被迫拉長,間接引起用水效率低和群眾爭水搶水等社會問題,灌區(qū)之間用水矛盾更加突出。
區(qū)域用水新矛盾主要是引沁灌區(qū)、河口村水庫和廣利灌區(qū)之間的用水矛盾。由于沁河洪水特征多表現(xiàn)為洪峰高、歷時短、來猛去速、含沙量小,洪峰形式為高瘦形。從洪水組成情況來看,沁河流域洪水來源多以五龍口以上來水為主,且主要來源于潤城至五龍口區(qū)間。隨著河口村水庫的下閘蓄水,對保障沁河中下游防洪安全的作用十分顯著,同時有效緩解了黃河中下游防洪壓力。
河口村水庫因地理位置特殊,處于流域出山口位置,作為年調(diào)節(jié)水庫,是最后一個防汛安全保護屏障,防洪限制水位設(shè)置較低,每年在汛期來臨前需要提前騰出大量防洪庫容,造成上一水利年度調(diào)蓄的水資源無法有效利用。同時由于沁河汛期洪水量在全年天然徑流中占比較大,且較大洪水非年年出現(xiàn),容易出現(xiàn)汛期前中期發(fā)生的洪水因考慮安全問題無法充分調(diào)蓄的問題,若后期無洪水發(fā)生,易造成興利庫容無法有效補充,水資源長年短缺。
河口村水庫除了要考慮防洪安全外,還要承擔(dān)生態(tài)基流及工業(yè)生活等其他供水任務(wù)。汛后期沁河天然徑流量較小,加之水庫興利庫容未得到有效補充,而此時水庫的生態(tài)基流下泄流量及工業(yè)生活供水量都較大,疊加灌溉高峰期引沁灌區(qū)和廣利灌區(qū)用水矛盾,最終在區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)引沁灌區(qū)、河口村水庫和廣利灌區(qū)三家爭水的新矛盾。
2019年鄭州大學(xué)孟鈺等發(fā)表了《基于生態(tài)逐級保證的河口村水庫水量分配研究》[2],文中結(jié)論指出:“未來河道內(nèi)外用水矛盾將會持續(xù)深化,河口村水庫用水戶管理及區(qū)域水資源規(guī)劃需進行協(xié)調(diào),以維持快速增長的社會經(jīng)濟及人口用水需求,保證河流水生態(tài)系統(tǒng)的健康及功能?!蔽恼乱仓赋隽巳降膮^(qū)域用水矛盾和發(fā)展趨勢。
隨著流域整體水資源不斷開發(fā)利用,上游河道天然徑流量總體上呈現(xiàn)逐年遞減趨勢,如何在河南段水資源集約節(jié)約利用問題上找到突破點,處理好大型水利工程建設(shè)的初心和時代發(fā)展的關(guān)系問題,解決三方用水的現(xiàn)實矛盾;如何實現(xiàn)沁河入黃河生態(tài)基流長期達(dá)到國家和省政府要求的標(biāo)準(zhǔn);如何立足流域整體實現(xiàn)水資源空間均衡配置,提升中游河南段水資源的集約節(jié)約利用水平,更好地服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展,是我們必須思考的問題。研究沁河中游河南段水資源統(tǒng)一管理利用的可行性[5],或許會成為解決上述問題的有效途徑。
沁河河南段的河道工程建設(shè)管理和水量指標(biāo)管理已由河務(wù)部門負(fù)責(zé),即中游河南段的管理偏向于區(qū)域的水資源統(tǒng)一管理利用,所以水資源利用必須立足新發(fā)展理念,首先以滿足生態(tài)基流為前提,充分發(fā)揮引沁灌區(qū)、河口村水庫和廣利灌區(qū)三家各自的地理位置優(yōu)勢,探索形成“高水高用,低水低用,來水可調(diào),一水多用”的管理利用模式,實現(xiàn)水資源空間均衡配置,提高水資源集約節(jié)約利用水平,為焦作市、濟源市的社會經(jīng)濟發(fā)展提供更加有力的水資源支撐,間接為河南省“洛陽都市圈”發(fā)展戰(zhàn)略作出貢獻(xiàn)。
6.1.1 高水高用,低水低用
一般灌區(qū)多采用一條總干渠貫穿全境的供水方式,這種供水方式雖便于管理,但供水周期較長。沁河河南段水資源統(tǒng)一管理可立足河口村水庫的興利庫容,利用引沁灌區(qū)渠系居高臨下和廣利灌區(qū)渠系在平原內(nèi)廣泛分布的特點,對區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)、地下水補源、生活用水、電力和熱力用水進行空間均衡配置,實現(xiàn)高水高用,低水低用。
6.1.2 來水可調(diào),一水多用
a.由于引沁、廣利灌區(qū)當(dāng)年建設(shè)都為無壩引水,不具備反調(diào)節(jié)能力,而上游來水往往是灌區(qū)用水高峰時較小、用水低谷時較大,考慮河口村水庫已建成的現(xiàn)實情況,加之投資規(guī)模等其他因素,在上游修建反調(diào)節(jié)工程的可能性越來越小。為強化灌區(qū)的灌溉保證率,可以將河口村水庫作為核心樞紐,將汛期和非汛期的上游來水集中調(diào)蓄在庫區(qū)內(nèi)。由于區(qū)域內(nèi)氣候容易出現(xiàn)冬春連旱情況,經(jīng)過冬灌、春灌連續(xù)用水后,灌區(qū)內(nèi)中小水庫水位往往都低于汛限水位,蓄水池蓄水量少,地下水水位較低??衫靡吖鄥^(qū)長藤結(jié)瓜優(yōu)勢和廣利灌區(qū)地下水補源作用,采用從河口村水庫提水或直供的方式分別向引沁灌區(qū)和廣利灌區(qū)供水,提前將河口村水庫汛前需要下泄的興利庫容調(diào)蓄在灌區(qū)內(nèi),充分發(fā)揮水庫的興利作用,實現(xiàn)來水可調(diào)。
b.沁河潤城至五龍口河段長91km,落差328m,平均比降3.57‰。引沁水電站在1992年引沁廣利分水任務(wù)基礎(chǔ)上,利用該河段的天然優(yōu)勢,集中107m落差(占河段總落差的32%),興建了水力發(fā)電站,多年平均發(fā)電量為4680萬kW·h。運行多年來向國家電網(wǎng)提供了大量優(yōu)質(zhì)的綠色電力資源,有力促進了當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟的發(fā)展。近年來,按照水利部增設(shè)“生態(tài)小機組”的要求,電站多方籌措資金,將電站裝機組合增效擴容至3×3600kW(常規(guī)機組)+1×1600kW(生態(tài)機組),并于2019年成為水利部綠色小水電示范電站。隨著關(guān)于“力爭2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰,2060年前實現(xiàn)碳中和”的國家戰(zhàn)略決策提出,伴隨著國家大力發(fā)展新能源汽車政策發(fā)布,全社會對綠色能源的需求更加強烈,而水力發(fā)電更是綠色能源的重要組成部分,對實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”貢獻(xiàn)較大。沁河河南段水資源統(tǒng)一管理可充分利用水電站啟動迅速的特點,結(jié)合引沁水電站發(fā)電機組有大有小、發(fā)電流量范圍廣的優(yōu)勢,通過電站與河口村水庫相互運行配合,對下游河道下放生態(tài)流量,足額滿足省政府、省水利廳要求的生態(tài)基流任務(wù)的同時,靈活發(fā)揮其原來在引沁廣利分水任務(wù)中的作用。同時提水泵站可以利用電站的發(fā)電進行工作,降低用電費用,即降低提水用水成本,提高水資源集約節(jié)約利用水平,實現(xiàn)一水多用。
根據(jù)沁河中游河南段水資源管理現(xiàn)狀,結(jié)合不同學(xué)者對甘肅省疏勒河流域管理現(xiàn)狀問題的論述[6-7],并借鑒國內(nèi)對黃河流域[8]及其他流域相關(guān)問題的研究成果[9],梳理并分析相關(guān)問題,圍繞以下三個方面研究對策。
6.2.1 實現(xiàn)集約節(jié)約利用的管理
?針對河口村水庫汛限水位問題,可以積極與氣象部門及科研院校結(jié)合,做好區(qū)域內(nèi)氣象預(yù)報,實行汛限水位動態(tài)管理,提高河口村水庫自身的調(diào)蓄水能力;?科學(xué)設(shè)置沁河干流五龍口和武陟觀測站的生態(tài)流量標(biāo)準(zhǔn),提升斷面生態(tài)流量監(jiān)測水平,并與河南段乃至沁河全流域形成聯(lián)調(diào)機制;?與小浪底北岸灌區(qū)形成聯(lián)動機制,如廣利灌區(qū)三干渠以下可充分利用小浪底北岸灌區(qū)的可調(diào)節(jié)互補水量,減輕沁河用水高峰期時的超載情況;?可利用引沁灌區(qū)總干渠落差較大的優(yōu)勢,大力發(fā)展有壓管道輸水,擴大高效節(jié)水灌溉面積,進一步節(jié)約用水;?引沁河口水電站設(shè)計水頭101m,在單位流量下,機組出力比河口村水庫電站高,可以對兩座電站進行聯(lián)合調(diào)度,并在內(nèi)部實行價差補償機制。
6.2.2 管理利用和行政區(qū)域管理相結(jié)合
可以在充分調(diào)研各方用水利益后,制定區(qū)域水資源管理利用制度,明晰水資源利用范圍、管理權(quán)限和管理職責(zé),使行政區(qū)域管理部門對區(qū)域水資源的管理利用產(chǎn)生信任,真正將有限水資源最優(yōu)化地利用于區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展。
6.2.3 管理利用部門和河務(wù)管理部門相互配合
河務(wù)管理部門是河南省黃河河務(wù)局的派出機構(gòu),主要對沁河河南段行使河道及堤防建設(shè)管理、水行政執(zhí)法、防汛及引水指標(biāo)審批的職能,可在職能范圍內(nèi),指導(dǎo)管理利用部門對區(qū)域內(nèi)水資源進行供需平衡分析,對分析結(jié)果審核后下達(dá)引水指標(biāo),并監(jiān)督引水指標(biāo)的使用情況。
管理利用部門是水資源管理利用的執(zhí)行機構(gòu),在水資源保護“三條紅線”規(guī)定下,制定沁河水資源管理辦法,依據(jù)取水許可證的引水指標(biāo),利用現(xiàn)有工程向區(qū)域內(nèi)引調(diào)水,最終實現(xiàn)社會對水資源的合理利用。
河務(wù)管理部門在整個過程中起著政策制定和監(jiān)督作用,而管理利用部門是河務(wù)管理部門對水資源初次分配后的延伸,兩個部門并無實質(zhì)性管理沖突。在水資源開發(fā)利用過程中,管理利用部門可將政策執(zhí)行過程中遇到的問題和經(jīng)驗及時反饋,促進政策優(yōu)化調(diào)整,最終通過兩個部門相互配合,不斷提升流域水資源管理水平。
本文對沁河中游河南段水資源的統(tǒng)一管理利用問題進行了研究,水資源統(tǒng)一管理利用可將多方爭水變成集約管理,在不發(fā)生或少發(fā)生工程投資情況下,充分挖掘現(xiàn)有工程潛力,通過水資源空間均衡配置,提升工程區(qū)域協(xié)調(diào)能力,增強工程供水保證率,提高水資源集約利用水平;還可以提升管理機構(gòu)整合調(diào)動社會資源的能力,配套完善節(jié)水工程;同時,有利于促進沁河流域整體調(diào)度機制的形成,更為小浪底北岸灌區(qū)與同區(qū)域內(nèi)河口村水庫、引沁灌區(qū)及廣利灌區(qū)的水資源聯(lián)調(diào)提供可能,進而推進黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展。