二層結(jié)構(gòu)的流域生態(tài)調(diào)度研究Ⅱ：松花江流域生態(tài)調(diào)度實(shí)踐與應(yīng)用

游進(jìn)軍，薛志春，林鵬飛，3，魏 娜，牛存穩(wěn)

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038；2.北京市水科學(xué)技術(shù)研究院 北京市非常規(guī)水資源開(kāi)發(fā)利用與節(jié)水工程技術(shù)研究中心，北京 100038；3.河海大學(xué)，江蘇 南京 210098；4.西安理工大學(xué) 西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710048）

1 研究背景

隨著國(guó)家對(duì)水生態(tài)的日漸重視，生態(tài)調(diào)度成為緩解區(qū)域生態(tài)惡化和實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)的必要手段，如永定河生態(tài)補(bǔ)水、白洋淀生態(tài)補(bǔ)水［1-2］、引江濟(jì)太［3］、小浪底水沙調(diào)度、長(zhǎng)江魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵繁殖［4］等均通過(guò)工程生態(tài)調(diào)度實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)目標(biāo)，黑河［5］、塔里木河［6］、渭河［7］等通過(guò)流域?qū)用嫠Y源統(tǒng)籌與調(diào)度管理提高了總體生態(tài)效益。綜合節(jié)水、配置、調(diào)度等不同措施來(lái)提高生態(tài)保障的要求越來(lái)越迫切。生態(tài)調(diào)度方法［8］、模型［9］以及多因子關(guān)系分析［10］成為水利工程建設(shè)與管理的目標(biāo)之一［11-12］。

流域水生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)整體，與水資源的供用耗排存在密切關(guān)系，必須點(diǎn)面結(jié)合、上下聯(lián)動(dòng)、多目標(biāo)協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)生態(tài)和經(jīng)濟(jì)均衡?；诂F(xiàn)有實(shí)踐工作和研究成果，有機(jī)結(jié)合水資源供需調(diào)節(jié)與工程調(diào)度形成流域整體生態(tài)調(diào)度體系十分必要。

松花江流域水利工程眾多，對(duì)保障城市供水和糧食安全起到了不可替代的作用。但長(zhǎng)期以來(lái)水利工程運(yùn)行以“興利除害”為導(dǎo)向，對(duì)維持生態(tài)、改善環(huán)境等方面的作用考慮不足［13］。由于在生態(tài)調(diào)度方面缺乏成熟的運(yùn)行協(xié)調(diào)機(jī)制，存在聯(lián)合調(diào)度能力不足、管理方式與手段落后等問(wèn)題［14］。綜合分析，生態(tài)調(diào)度進(jìn)度緩慢、效果不佳的主要原因在于缺乏頂層設(shè)計(jì)，難以實(shí)現(xiàn)流域與工程協(xié)調(diào)、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)兼顧的調(diào)度模式。針對(duì)松花江流域生態(tài)調(diào)度面臨的問(wèn)題和需求，本文基于二層結(jié)構(gòu)流域生態(tài)調(diào)度模型理論與方法［15］，構(gòu)建二層結(jié)構(gòu)生態(tài)調(diào)度模型，分析流域生態(tài)調(diào)度方案的構(gòu)建模式和效果，探索符合松花江實(shí)際情況的生態(tài)調(diào)度與管理決策，為實(shí)際工作和相關(guān)流域生態(tài)調(diào)度研究提供參考。

2 流域概況與現(xiàn)有生態(tài)問(wèn)題

松花江流域位于東北地區(qū)北部，流域面積55.68 萬(wàn)km2，按照全國(guó)水資源綜合規(guī)劃評(píng)價(jià)結(jié)果，松花江流域地表徑流量818 億m3。流域內(nèi)大中型水庫(kù)180 多座，總庫(kù)容約488 億m3，其中大型水庫(kù)38座，大型引水工程10 處、大型提水工程3 處。其中大型水庫(kù)占蓄水工程總庫(kù)容的80%以上，對(duì)改變河道徑流過(guò)程具有決定性作用。

松花江流域是我國(guó)重要的糧食基地，也是推進(jìn)老工業(yè)基地振興的重要地區(qū)。同時(shí)，松花江流域湖沼發(fā)育，大小湖泊共有600 多個(gè)，包括扎龍濕地、向海、莫莫格等國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，生態(tài)安全至關(guān)重要；流域內(nèi)有19 個(gè)國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)，需要考慮保護(hù)區(qū)內(nèi)重要保護(hù)物種的生存、繁殖、過(guò)冬、洄游等的水力條件需求。隨著流域水資源開(kāi)發(fā)強(qiáng)度逐步提高，經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的競(jìng)爭(zhēng)加劇，生態(tài)退化明顯，河流斷流、湖泊濕地萎縮、草地沙化，水生態(tài)環(huán)境問(wèn)題突出，扎龍濕地、莫莫格、向海和查干湖等重要濕地均受河道水量衰減和斷流影響，導(dǎo)致了湖泊濕地的萎縮衰退，對(duì)水生態(tài)環(huán)境及生物多樣性產(chǎn)生了重要影響，水生生物多樣性顯著降低。從區(qū)域發(fā)展定位看，松花江流域未來(lái)用水需求還會(huì)持續(xù)增加，水利工程建設(shè)必不可少，在提高水資源調(diào)控能力的同時(shí)，對(duì)自然水循環(huán)的擾動(dòng)也將增強(qiáng)。因此，確保生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展多重目標(biāo)，協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)用水與生態(tài)用水矛盾是流域管理的焦點(diǎn)問(wèn)題，基于流域?qū)嵤┥鷳B(tài)調(diào)度是必然選擇。

3 模型構(gòu)建與結(jié)果分析

3.1 模型構(gòu)建按照文獻(xiàn)［15］的方法建立上層流域模擬調(diào)控模型?？紤]天然河流水系、水利工程、水量配置和生態(tài)斷面設(shè)置、各用水戶(hù)供排水線(xiàn)路等，概化出松花江流域水質(zhì)水量聯(lián)合調(diào)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)圖，其中的松花江干流段如圖1所示。全流域共劃分水資源四級(jí)區(qū)套地市的基本計(jì)算單元99 個(gè)，38個(gè)已建大型水庫(kù)、10 個(gè)大型引水工程、3 個(gè)大型提水工程，以及規(guī)劃大型水庫(kù)和跨流域調(diào)水工程，包含200 多條天然河道、420 條供水線(xiàn)路、180 條退水線(xiàn)路、5 個(gè)調(diào)水工程線(xiàn)路的水量傳輸關(guān)系，建立包括供用水、生態(tài)、發(fā)電等不同目標(biāo)在內(nèi)的流域模擬調(diào)控模型。

圖1 松花江流域（松干段）水量調(diào)控模擬系統(tǒng)概化圖

根據(jù)松花江流域水文氣候特征以及水生生物特性，按汛期、非汛期、魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵期劃分不同時(shí)段，設(shè)定不同的生態(tài)調(diào)度目標(biāo)，選擇代表性控制斷面57 個(gè)。根據(jù)概化的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)圖構(gòu)建松花江流域生態(tài)斷面與主要水利工程的水量對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中松花江干流二級(jí)區(qū)關(guān)系如圖2所示。

圖2 松花江干流生態(tài)斷面與骨干水利工程對(duì)應(yīng)關(guān)系圖（松花江干流部分）

采用水資源系統(tǒng)配置模型ROWAS［16］進(jìn)行全流域水量模擬調(diào)控?？紤]不同因素對(duì)整個(gè)水量過(guò)程的擾動(dòng)，如用水需求增加、水利工程建設(shè)、非常規(guī)水源利用等，將各類(lèi)影響因素相互組合形成不同側(cè)重的水量配置方案。根據(jù)二層結(jié)構(gòu)生態(tài)調(diào)度模型和方案設(shè)置技術(shù)，先構(gòu)建現(xiàn)狀為基礎(chǔ)的基本方案（B），再分析發(fā)展優(yōu)先（PD）和生態(tài)優(yōu)先（ED）的兩個(gè)方案，進(jìn)而分析發(fā)展均衡（PE）和生態(tài)均衡（EE）方案，根據(jù)不同區(qū)域的情況調(diào)整后提出綜合發(fā)展（C）方案，分析不同用水模式下的水量供、用、耗、排關(guān)系，對(duì)全流域的水量傳遞與轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行總體調(diào)配，確定主要工程的實(shí)際入流。6 個(gè)流域生態(tài)調(diào)度典型方案的主要設(shè)置如表1所示。6 個(gè)方案的設(shè)置方式如下：基本方案（B）為現(xiàn)狀工程體系和供用水模式；發(fā)展優(yōu)先（PD）為優(yōu)先經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、需水大幅增加、盡可能建設(shè)供水工程下的方案；生態(tài)優(yōu)先（ED）為盡可能控制社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與灌溉面積增加，并采用全面強(qiáng)化節(jié)水（用水效率提升）來(lái)減少社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水和耗水總量的方案，從而使河道內(nèi)徑流總量過(guò)程增加；發(fā)展均衡（PE）和生態(tài)均衡（EE）是在發(fā)展優(yōu)先（PD）和生態(tài)優(yōu)先（ED）方案基礎(chǔ)上分別增加對(duì)生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的考慮；最后綜合發(fā)展均衡（PE）和生態(tài)均衡（EE）并根據(jù)方案結(jié)果針對(duì)性的調(diào)整局部區(qū)域措施形成綜合協(xié)調(diào)（C）方案。

表1 松花江流域生態(tài)調(diào)度上層水量調(diào)控方案設(shè)置

上述方案信息是針對(duì)全流域總體狀況的描述，實(shí)際需要按照總體要求對(duì)各個(gè)計(jì)算單元分別設(shè)置。方案中一般節(jié)水模式參照水資源綜合規(guī)劃的基本方案用水效率，按照正常發(fā)展實(shí)現(xiàn)節(jié)水控制，75%來(lái)水頻率下的畝均灌溉用水由現(xiàn)狀的540 m3/畝降低到500 m3/畝，萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量由181 m3降低到60 m3。強(qiáng)化節(jié)水為水資源綜合規(guī)劃的推薦方案基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高節(jié)水強(qiáng)度，畝均綜合灌溉用水量降低至450 m3/畝，萬(wàn)元增加值用水量在一般節(jié)水方案基礎(chǔ)上降低40%，達(dá)到36 m3。局部強(qiáng)化節(jié)水是針對(duì)生態(tài)流量不達(dá)標(biāo)的斷面上游區(qū)域采用強(qiáng)化節(jié)水方案，其他區(qū)域沿用一般節(jié)水方案。大型水利工程建設(shè)是指系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖中的規(guī)劃大型水庫(kù)建設(shè)方案，生態(tài)優(yōu)先方案中采用現(xiàn)狀工程模式，經(jīng)濟(jì)優(yōu)先方案建設(shè)全部規(guī)劃工程，均衡方案和綜合方案中根據(jù)供需平衡和生態(tài)流量滿(mǎn)足狀況提出必要的規(guī)劃工程建設(shè)。本地中小型地表水利工程開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度指大型地表工程（系統(tǒng)圖中單列）外的地表水工程控制本地徑流的能力，針對(duì)每個(gè)單元采用概化的利用系數(shù)表達(dá)，計(jì)算中為本地徑流可被納入本單元概化工程控制調(diào)蓄利用的比例，該系數(shù)提升表明對(duì)本地地表徑流利用的加強(qiáng)。工程調(diào)度中的最小下泄流量是指水庫(kù)是否控制泄流滿(mǎn)足其下游斷面的最小生態(tài)流量，生態(tài)優(yōu)先方案中優(yōu)先下泄?jié)M足該需求，方案中設(shè)置為“不考慮”則不下泄該水量，“考慮”是指在滿(mǎn)足優(yōu)先級(jí)更高的經(jīng)濟(jì)用水后根據(jù)調(diào)度線(xiàn)下泄該水量。57 個(gè)代表性控制斷面的生態(tài)流量選用松花江流域水資源保護(hù)規(guī)劃的生態(tài)基流值，規(guī)劃中沒(méi)有的斷面采用Tennant 法計(jì)算最小生態(tài)流量。發(fā)電設(shè)置為針對(duì)具有發(fā)電功能的水庫(kù)，是否按照其發(fā)電調(diào)度規(guī)則調(diào)度，“電調(diào)優(yōu)先”即為優(yōu)先考慮發(fā)電調(diào)度要求，之后再按照調(diào)度線(xiàn)規(guī)則控制供水，“水調(diào)優(yōu)先”即為按照供水調(diào)度后考慮發(fā)電規(guī)則調(diào)度。

3.2 上層模擬：流域水量綜合調(diào)控以水資源綜合規(guī)劃評(píng)價(jià)的1956—2000年月系列地表水資源量作為上層模擬的入流輸入，以評(píng)價(jià)的地下水可開(kāi)采量作為計(jì)算單元地下水利用控制條件輸入。采用上層調(diào)控模型開(kāi)展全流域?qū)用嫠颗渲?，按照月過(guò)程模擬計(jì)算，得出不同方案下松花江流域的供需平衡狀況，結(jié)果如表2所示。其中，城鎮(zhèn)生態(tài)主要為城市環(huán)境用水，農(nóng)村生態(tài)主要為農(nóng)村的生態(tài)防護(hù)林建設(shè)、水土保持用水以及部分重點(diǎn)濕地補(bǔ)水。

表2 流域河道外水量供需平衡分析表（單位：億m3）

從結(jié)果可以看出，現(xiàn)狀基本方案流域缺水量約16 億m3，缺水率接近4%。經(jīng)濟(jì)發(fā)展優(yōu)先的方案PD 充分考慮未來(lái)發(fā)展需求并實(shí)施規(guī)劃工程建設(shè)，允許地下水保持現(xiàn)狀水平開(kāi)采，未來(lái)的缺水接近12億m3。在此基礎(chǔ)上考慮生態(tài)保護(hù)要求得出發(fā)展均衡方案PE，適當(dāng)降低經(jīng)濟(jì)增速，加強(qiáng)節(jié)水并控制地下水開(kāi)采，同時(shí)考慮規(guī)劃水利工程及引調(diào)水工程建設(shè)，未來(lái)缺水降低至6.09 億m3。嚴(yán)格控制經(jīng)濟(jì)發(fā)展且不考慮水利工程及引調(diào)水工程建設(shè)的生態(tài)優(yōu)先方案ED 缺水為5.58 億m3，在此基礎(chǔ)上對(duì)部分區(qū)域適當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，增加水源開(kāi)發(fā)后的生態(tài)均衡方案EE 缺水降低至3 億m3。進(jìn)一步融合PE 和EE 兩個(gè)均衡方案，針對(duì)生態(tài)達(dá)標(biāo)狀況較差的區(qū)域選用EE 方案需水，生態(tài)達(dá)標(biāo)較好的區(qū)域選擇PE 方案需水，對(duì)河道外需水增量較大的區(qū)域強(qiáng)化水源工程開(kāi)發(fā)措施，形成C 方案，全流域缺水量為8 億m3。缺水主要存在于嫩江流域的農(nóng)業(yè)灌溉用水，說(shuō)明隨著未來(lái)灌溉面積的進(jìn)一步發(fā)展，嫩江流域供水壓力較為明顯，需要強(qiáng)化相應(yīng)的調(diào)控措施。

6 個(gè)方案的供水結(jié)構(gòu)如表3所示，選擇對(duì)下游生態(tài)斷面具有較大影響的10 座大型水庫(kù)，其最小生態(tài)流量目標(biāo)和不同方案設(shè)置下水庫(kù)下泄水量如表4所示。結(jié)果表明，通過(guò)調(diào)控增加非常規(guī)水源利用、控制地下水開(kāi)采，可以實(shí)現(xiàn)供水結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，減少河道水源取用，增加河道徑流總量并適當(dāng)調(diào)節(jié)年內(nèi)過(guò)程。

表3 流域供水水源結(jié)構(gòu)（單位：億m3）

表4 主要工程對(duì)應(yīng)生態(tài)斷面最小生態(tài)流量目標(biāo)和不同方案多年平均下泄水量值（單位：m3/s）

由上表可見(jiàn)，生態(tài)優(yōu)先的ED 方案水庫(kù)下泄水量均值最大，而偏經(jīng)濟(jì)的PD 方案下泄水量最小，說(shuō)明流域?qū)用嬗盟靠刂坪退磁渲媒M合對(duì)工程下泄和河道徑流總量具有明顯影響。從結(jié)果可以看出，徑流深越小、用水強(qiáng)度越大，也即開(kāi)發(fā)強(qiáng)度越大的區(qū)域，用水對(duì)河道徑流的影響作用越大。二松上游由于人類(lèi)活動(dòng)小、用水少，水量調(diào)控效果并不明顯，不同方案下白山的泄流變化幅度不到3%，豐滿(mǎn)僅5%。嫩江二級(jí)區(qū)由于河道引水量較大，水量調(diào)控對(duì)徑流影響的作用明顯高于二松，干流上游的尼爾基徑流變化幅度達(dá)到13%，支流均在20%以上。松花江干流的不同徑流變化幅度介于二松和嫩江之間，略高于10%，說(shuō)明松花江干流的徑流狀況是上游二松、嫩江以及干流的綜合結(jié)果。通過(guò)流域水量配置，可以根據(jù)區(qū)域用水特征調(diào)整供水方案，在總體保證經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展用水的前提下協(xié)調(diào)水源供給關(guān)系，增加河道徑流總量，為進(jìn)一步提高工程調(diào)度效果奠定基礎(chǔ)。

在全流域水量調(diào)控的基礎(chǔ)上，得到6 個(gè)方案的斷面生態(tài)流量總體滿(mǎn)足狀況如圖3，枯水期與非枯水期重點(diǎn)斷面的平均生態(tài)流量過(guò)程如圖4，反映了不同方案流域生態(tài)流量總體狀況。

圖3 重點(diǎn)斷面年均生態(tài)流量的滿(mǎn)足程度

圖4 重點(diǎn)斷面枯水期、非枯水期年均生態(tài)流量

上述結(jié)果表明，松花江流域水資源供需形勢(shì)總體比較緊張，重點(diǎn)斷面生態(tài)水量滿(mǎn)足狀況不理想。雖然控制社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和需水可以局部改善斷面生態(tài)水量狀況，但部分區(qū)域用水強(qiáng)度仍然較大，另外還有一些斷面難以通過(guò)工程調(diào)控徑流，河道徑流提升幅度有限。即使是生態(tài)優(yōu)先方案最嚴(yán)格壓減需求，斷面生態(tài)流量保證率均值相對(duì)現(xiàn)狀只能提高9%。因此，有針對(duì)性的協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)生態(tài)關(guān)系保障發(fā)展需求、優(yōu)先滿(mǎn)足重點(diǎn)斷面的生態(tài)需求是必然選擇。流域水量調(diào)控主要是通過(guò)節(jié)水增加徑流總量、多水源多工程聯(lián)合配置調(diào)度調(diào)整徑流過(guò)程，盡可能將汛期棄水轉(zhuǎn)化為有效的生態(tài)流量，從總量和過(guò)程兩方面改善河流生態(tài)狀況。通過(guò)方案設(shè)置對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)用水關(guān)系多次協(xié)調(diào)均衡，綜合方案C 在較好滿(mǎn)足流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求、用水量增加的前提下，與現(xiàn)狀B 方案相比全年的生態(tài)流量能增加5%，其關(guān)鍵在于落實(shí)從水量配置到重點(diǎn)工程調(diào)控的水量，提高生態(tài)效益。

從年內(nèi)水量過(guò)程看，控制斷面非枯水期徑流量顯著大于枯水期，方案設(shè)置對(duì)枯水期的生態(tài)斷面流量均值影響不明顯。其原因一方面是受氣候特征影響，松花江流域最大的農(nóng)業(yè)用戶(hù)需水高度集中在5—9月，因此需水調(diào)控增加枯季徑流效果有限；另一方面，部分位于流域上游和支流的斷面缺乏工程調(diào)控手段，流域具備多年調(diào)節(jié)能力的蓄水工程非常少且承擔(dān)發(fā)電任務(wù)，現(xiàn)狀調(diào)度一定程度上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了豐枯間的徑流調(diào)節(jié)，因此進(jìn)一步增強(qiáng)流域豐枯調(diào)控的空間有限。

在完成上層調(diào)控模擬后，根據(jù)綜合方案結(jié)果優(yōu)化重點(diǎn)水庫(kù)工程調(diào)度線(xiàn)，分析符合供水和生態(tài)保障預(yù)期目標(biāo)的實(shí)際調(diào)度依據(jù)。

3.3 下層模擬：重點(diǎn)工程優(yōu)化調(diào)度根據(jù)流域水量調(diào)控結(jié)果，選擇具有較強(qiáng)調(diào)控能力的豐滿(mǎn)水庫(kù)開(kāi)展下層水利工程優(yōu)化調(diào)度分析。不同流域水量調(diào)控方案下的豐滿(mǎn)水庫(kù)出入流水量平衡如表5所示。從水庫(kù)下泄水量結(jié)果看，經(jīng)濟(jì)優(yōu)先的PD 方案總出流量最小，生態(tài)優(yōu)先的ED 方案總出流量最大，而C方案總體在上述方案之間。

表5 豐滿(mǎn)水庫(kù)入流以及供水量分析表（單位：億m3）

以綜合方案C 結(jié)果為基礎(chǔ)，按照文獻(xiàn)［15］提出的調(diào)度線(xiàn)優(yōu)化計(jì)算原則，以表5 中上層模擬得出的入庫(kù)水量，按照滿(mǎn)足豐滿(mǎn)水庫(kù)生態(tài)流量下泄要求150 m3/s 為約束，盡可能滿(mǎn)足供水目標(biāo)并提高供水量的要求，對(duì)豐滿(mǎn)水庫(kù)建立生態(tài)調(diào)度線(xiàn)優(yōu)化模型。采用粒子群算法（PSO）優(yōu)化調(diào)度線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足生態(tài)流量約束供水計(jì)算，以現(xiàn)狀為基礎(chǔ)設(shè)定初始調(diào)度線(xiàn)，通過(guò)多次反復(fù)迭代尋找最優(yōu)值。按照長(zhǎng)系列入流優(yōu)化得出符合綜合方案C 總體目標(biāo)下的水庫(kù)生態(tài)調(diào)度線(xiàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 豐滿(mǎn)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度線(xiàn)優(yōu)化結(jié)果

從調(diào)度線(xiàn)優(yōu)化結(jié)果可以看出，考慮天然徑流大，汛期對(duì)生態(tài)流量控制要求較低，生態(tài)調(diào)度線(xiàn)取值由低至高，以保障供水目標(biāo)為主。汛后初期階段，徑流減少、水庫(kù)蓄水較多，保障生態(tài)流量的能力強(qiáng)，為了確保后續(xù)供水期的重要供水目標(biāo)，生態(tài)調(diào)度線(xiàn)進(jìn)一步提高。隨著蓄水量逐步降低，生態(tài)調(diào)度線(xiàn)逐步下降。到次年3月水庫(kù)蓄水量進(jìn)一步降低，經(jīng)濟(jì)生態(tài)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系加劇，生態(tài)調(diào)度線(xiàn)調(diào)整至最低，在保障生活需水的條件下盡可能滿(mǎn)足生態(tài)泄流要求。4月進(jìn)入桃花汛階段，河道徑流相對(duì)較大，生態(tài)流量壓力減小，生態(tài)調(diào)度線(xiàn)適度提高，為后續(xù)用水高峰期囤蓄水量，提高供水滿(mǎn)足程度。5月進(jìn)入農(nóng)業(yè)灌溉泡田用水高峰期，供水壓力增大，根據(jù)農(nóng)業(yè)和生態(tài)優(yōu)先級(jí)關(guān)系，生態(tài)調(diào)度線(xiàn)再度提高，確保農(nóng)業(yè)不大規(guī)模缺水。總體而言，優(yōu)化調(diào)度線(xiàn)后，可以使調(diào)度規(guī)則能適應(yīng)不同來(lái)水條件，滿(mǎn)足總體水量調(diào)控目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的均衡協(xié)調(diào)。

選擇2006年實(shí)際來(lái)水，采用優(yōu)化后的調(diào)度線(xiàn)實(shí)施水庫(kù)年內(nèi)日尺度過(guò)程調(diào)度，結(jié)果如圖6所示。從過(guò)程看，春季到汛前時(shí)期是調(diào)度難度最大的時(shí)期。5月是松花江流域生態(tài)調(diào)度的關(guān)鍵期，經(jīng)濟(jì)生態(tài)難以兼顧；而4月由于有桃花汛來(lái)水比較穩(wěn)定，同時(shí)農(nóng)業(yè)需水非常低，保障壓力較小。因此，正常調(diào)度會(huì)出現(xiàn)4月生態(tài)流量滿(mǎn)足程度高而5月破壞較大且供水不足的情況。本次通過(guò)流域整體水量調(diào)控，3、4月提前加大地下水、本地徑流以及再生水利用，盡可能提高水庫(kù)蓄水。通過(guò)提高調(diào)度線(xiàn)降低4月補(bǔ)充下泄生態(tài)流量的幾率，同時(shí)降低調(diào)度線(xiàn)增加5月補(bǔ)充下泄生態(tài)流量的幾率，提高關(guān)鍵期生態(tài)流量保障程度。降低5月調(diào)度線(xiàn)可以提前降低蓄水庫(kù)容，提高汛期攔蓄水量，總體上提高了生態(tài)調(diào)度效果，代價(jià)是相對(duì)降低了3、4月的保障程度。

圖6 豐滿(mǎn)水庫(kù)日運(yùn)行庫(kù)容曲線(xiàn)（2006年）

4 結(jié)論與展望

松花江流域生態(tài)調(diào)度結(jié)果表明，依托二層結(jié)構(gòu)流域生態(tài)調(diào)度模型可以從流域和工程兩個(gè)層次支撐生態(tài)調(diào)度。在流域?qū)用?，可以通過(guò)協(xié)調(diào)控制社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求、優(yōu)化調(diào)整水源結(jié)構(gòu)增加斷面徑流總量，為工程調(diào)度預(yù)留潛在空間。在工程層面，根據(jù)流域水量配置控制目標(biāo)優(yōu)化生態(tài)調(diào)度規(guī)則，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)生態(tài)的調(diào)度效果。應(yīng)用表明，通過(guò)二層結(jié)構(gòu)生態(tài)調(diào)度模型可以統(tǒng)籌多目標(biāo)用水需求，建立流域水量調(diào)控和工程調(diào)度的協(xié)調(diào)關(guān)系，驗(yàn)證了流域尺度開(kāi)展生態(tài)調(diào)度的技術(shù)可行性，可為流域生態(tài)調(diào)度實(shí)踐以及生態(tài)補(bǔ)償方案的制定提供技術(shù)參考，具有較好的研究和應(yīng)用前景。

研究發(fā)現(xiàn)，二層結(jié)構(gòu)的流域生態(tài)調(diào)度仍存在一些技術(shù)難點(diǎn)需要繼續(xù)深入研究。模型框架上，目前方案基于長(zhǎng)系列水資源計(jì)算，可以反映流域水文特征，但實(shí)際調(diào)度中來(lái)水、用水需求與長(zhǎng)系列調(diào)控方案存在差異，還需分析合理的應(yīng)用方式；在上下層的調(diào)度銜接關(guān)系上，需研究供水目標(biāo)在下層調(diào)度中不能完全滿(mǎn)足后的調(diào)整方向和反饋方式，提高實(shí)際操作可行性。模型研發(fā)上，需要進(jìn)一步剖析強(qiáng)化上下層的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)上下層在參數(shù)和計(jì)算過(guò)程的全面耦合，形成一體化的生態(tài)調(diào)度模型；模型未對(duì)不同生態(tài)斷面和生態(tài)需水進(jìn)行重要性分級(jí)與區(qū)劃，優(yōu)化重點(diǎn)不夠突出，考慮斷面的重要性以及生態(tài)流量本身的分級(jí)保障需求也是實(shí)際需求，需要更深入的構(gòu)建計(jì)算方法。模型應(yīng)用上，考慮枯水期調(diào)度效果不明顯，除流域用水特征與工程調(diào)控能力帶來(lái)的影響外，需要探討在工程能力有限的情況下如何提升生態(tài)流量的保障水平；流域生態(tài)調(diào)度方案中不同措施的成本效益分析十分重要，目前還缺乏規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，有待結(jié)合流域區(qū)域?qū)嶋H進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的分析探討。針對(duì)這些問(wèn)題，還需要進(jìn)行更多實(shí)踐應(yīng)用，才能形成可行的流域生態(tài)調(diào)度技術(shù)體系。

綜上，流域生態(tài)調(diào)度十分重要也具有可行性，二層調(diào)度模型是一個(gè)值得探索的方向。同時(shí)，流域生態(tài)調(diào)度受多方面因素影響，具有較大的不確定性，需要大量的數(shù)據(jù)支撐以及多部門(mén)合作關(guān)系，增加調(diào)度方案的綜合性和可行性，促進(jìn)生態(tài)調(diào)度的深入應(yīng)用。