水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的內(nèi)涵與模型探析

王慧斌

（遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110166）

?

水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的內(nèi)涵與模型探析

王慧斌

（遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110166）

摘要：水庫(kù)生態(tài)環(huán)境的安全對(duì)于修河流域水質(zhì)安全、生態(tài)安全及環(huán)境安全均具有重要意義，針對(duì)部分水庫(kù)調(diào)度存在的過分重視經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益，忽視對(duì)流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)的問題，本文通過分析水庫(kù)生態(tài)調(diào)度遵循的基本原則與主要調(diào)度目標(biāo)，探索了水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的模型，相關(guān)研究可為完善水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度模式，實(shí)現(xiàn)生態(tài)調(diào)度綜合效益的最大化提供參考。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)；生態(tài)；調(diào)度；模型

水庫(kù)作為流域的骨干控制性工程，是實(shí)現(xiàn)區(qū)域水資源時(shí)空科學(xué)配置、提高水資源利用率的重要工程手段，擔(dān)負(fù)著區(qū)域的防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖、城鎮(zhèn)供水及農(nóng)業(yè)灌溉等一系列重要任務(wù)。然而，在水庫(kù)發(fā)揮其功能與效益的同時(shí)，受庫(kù)區(qū)淹沒、徑流阻隔與調(diào)節(jié)等多重影響，容易造成水系間連通性降低、水體污染加重、濕地萎縮以及下游河流生態(tài)系統(tǒng)退化等一系列問題。在水庫(kù)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益與生態(tài)效益發(fā)生相互制約的情況下，需要將水庫(kù)調(diào)度方式進(jìn)一步改善，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度目標(biāo)。實(shí)施水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度作為一定時(shí)期內(nèi)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益同生態(tài)環(huán)境效益互相平衡優(yōu)化之后的產(chǎn)物，成為解決該流域生態(tài)環(huán)境問題的重要手段［1］。鑒此，筆者分析了水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的內(nèi)涵以及應(yīng)遵循的主要原則，提出了相應(yīng)的調(diào)度模型構(gòu)建思路，以期為水庫(kù)生態(tài)調(diào)度模式的進(jìn)一步優(yōu)化提供有益借鑒。

1　水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的內(nèi)涵

1.1 水庫(kù)生態(tài)調(diào)度基本原則

1.1.1 保障基本生活與生態(tài)需水量原則

水庫(kù)調(diào)度是緩解區(qū)域水資源緊缺矛盾的重要手段，針對(duì)部分年份遭遇極端干旱缺水的狀況，仍應(yīng)堅(jiān)持人與自然和諧發(fā)展的原則，通過對(duì)極端缺水狀況下居民基本生活與生態(tài)需水量，將保障居民生活的最小耗水定額定為生活需水指標(biāo)，將河道枯水期一般性水生生物所能維系生存的最小水量定為生態(tài)需水量［2］，在保障居民生活需水與生態(tài)需水雙重指標(biāo)的前提下，壓縮生產(chǎn)用水量。

1.1.2 平衡防洪與生態(tài)保護(hù)關(guān)系原則

在汛期，平衡防洪與生態(tài)保護(hù)間的關(guān)系，是水庫(kù)防洪與生態(tài)聯(lián)合調(diào)度的關(guān)鍵原則。針對(duì)大洪水具有的不可控性的特征，在大洪峰到來之前為合理防控風(fēng)險(xiǎn)，防洪調(diào)度應(yīng)優(yōu)先于生態(tài)調(diào)度方式，而當(dāng)大洪水處于退水階段且蓄泄平衡點(diǎn)逐步下降時(shí)，可利用此時(shí)水庫(kù)的下泄流量對(duì)庫(kù)區(qū)淤積的泥沙實(shí)施調(diào)水調(diào)沙等生態(tài)調(diào)度［3］。另外，針對(duì)中小洪水防洪風(fēng)險(xiǎn)基本可控的特征，在保障防洪安全前提下，通過控制水庫(kù)汛限水位之上的調(diào)洪流量，延長(zhǎng)下泄平灘流量過程，從而實(shí)現(xiàn)下游河漫灘以及洪泛濕地區(qū)域補(bǔ)充涵養(yǎng)水源，改善下游沿河生態(tài)環(huán)境的生態(tài)調(diào)度目標(biāo)。

1.1.3 水資源調(diào)度優(yōu)先級(jí)原則

我國(guó)《水法》第21條規(guī)定，在水資源緊缺的地區(qū)，區(qū)域水資源配置應(yīng)在保障生活需水優(yōu)先滿足的前提下，考慮滿足第二位的具備公共利益屬性的生態(tài)需水量，而處于用水第三順位的生產(chǎn)用水則可通過水市場(chǎng)的有償轉(zhuǎn)讓與配置獲得，同時(shí)應(yīng)防止因生產(chǎn)用水?dāng)D占生態(tài)用水而造成不可逆轉(zhuǎn)的河道生態(tài)退化［4］。由此可知，在水庫(kù)部分控制區(qū)域水資源緊缺的條件下實(shí)施水庫(kù)生態(tài)調(diào)度，生態(tài)用水要優(yōu)先于生產(chǎn)用水，而生產(chǎn)用水量則應(yīng)采取臨時(shí)手段實(shí)施壓縮或通過水權(quán)轉(zhuǎn)讓等形式獲取。

1.2 水庫(kù)生態(tài)調(diào)度核心目標(biāo)

開展水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度須統(tǒng)籌兼顧區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，以及水系生態(tài)健康等因素，水庫(kù)的多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度主要涵蓋如下核心目標(biāo)。

1.2.1 減少水庫(kù)淤積與庫(kù)區(qū)污染

水庫(kù)的蓄水導(dǎo)致其原始的河流動(dòng)水環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)閹?kù)區(qū)靜水環(huán)境，導(dǎo)致庫(kù)尾與庫(kù)區(qū)淤積大量泥沙。由于水庫(kù)滯水時(shí)間長(zhǎng)，庫(kù)區(qū)水體中浮游生物大量增殖，水體富營(yíng)養(yǎng)化問題突出［5］。因此，通過水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度將庫(kù)區(qū)內(nèi)多余的淤積泥沙與較差水質(zhì)的水體泄至下游，從而最大限度地降低庫(kù)區(qū)泥沙淤積對(duì)水庫(kù)有效庫(kù)容的影響，改善水庫(kù)水質(zhì)。

1.2.2 維持庫(kù)區(qū)下游河道生態(tài)需水量

水庫(kù)通過生態(tài)調(diào)度來滿足下游的生態(tài)用水量包含三層含義。

（1）水庫(kù)生態(tài)調(diào)水應(yīng)維持下游河槽沖洗泥沙的基本需水量，從而防止河槽淤積；

（2）水庫(kù)生態(tài)調(diào)水量還須滿足下游河口區(qū)域生物系統(tǒng)需水量，并達(dá)到防止咸潮入侵的基本河槽流量［6］；

（3）水庫(kù)生態(tài)調(diào)水還需達(dá)到維持下游河槽沿岸地下水的入滲補(bǔ)給量，從而為岸邊植物與水生生物的生存提供穩(wěn)定的河床水位。

1.2.3 維護(hù)下游天然流態(tài)與水文周期

通過實(shí)施水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度以滿足庫(kù)區(qū)下游的天然流態(tài)，涵蓋維持天然洪水流態(tài)、中等流態(tài)以及枯水流態(tài)等調(diào)度目標(biāo)。其中，維護(hù)下游洪水流態(tài)可在沖洗沿岸污染物質(zhì)、涵養(yǎng)地下水源、補(bǔ)充土壤含水量的同時(shí)，為部分水生生物提供平日無法達(dá)到的覓食區(qū)域以及良好的洄游產(chǎn)卵條件；維護(hù)中等流態(tài)即可在為下游輸運(yùn)河道泥沙的同時(shí)，為水生生物帶來必要的食物以及有機(jī)質(zhì)［7］；所謂維持枯水流態(tài)，意即維護(hù)下游河道沿岸植被生長(zhǎng)以及水生生物群落生存所需要的最基本的限制流態(tài)。

1.2.4 降低下泄水流的過飽和程度

水庫(kù)建成蓄水之后，庫(kù)區(qū)壩前發(fā)生水溫分層，庫(kù)區(qū)原始急流生境消失或萎縮，而庫(kù)區(qū)于升溫期內(nèi)下泄的水流較自然狀態(tài)時(shí)水溫更低，造成水生生物繁殖延期、生長(zhǎng)緩慢以及發(fā)生“氣泡病”等不利影響［8］。因此，應(yīng)通過實(shí)施水庫(kù)生態(tài)調(diào)度降低下泄水流中氮?dú)夂康倪^飽和程度。

2　水庫(kù)生態(tài)調(diào)度模型構(gòu)建

2.1 水庫(kù)生態(tài)調(diào)度綜合效益評(píng)估模型

水庫(kù)實(shí)施生態(tài)調(diào)度的最終目的是尋求區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)以及生態(tài)用水綜合效益的最大化，因此，有必要依據(jù)水庫(kù)及下游區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境同水資源之間的關(guān)系，構(gòu)建適用于水庫(kù)生態(tài)調(diào)度綜合價(jià)值的評(píng)估模型。

模型可基于指標(biāo)體系法來構(gòu)建，并采用“和諧度”的模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)方法評(píng)估生態(tài)調(diào)度的價(jià)值。由區(qū)域水資源狀況、河道水文與水質(zhì)狀況、地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、生態(tài)環(huán)境狀況等方面篩選出n個(gè)評(píng)估指標(biāo)，將各評(píng)估指標(biāo)分為優(yōu)秀、良好、中等、差與極差5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，并分別賦值分?jǐn)?shù)為5、4、3、2、1，通過指標(biāo)賦值與加權(quán)平均的方式定量化評(píng)估水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的綜合決策價(jià)值。其中，為確保各指標(biāo)權(quán)重的準(zhǔn)確性與客觀性，可采用專家咨詢法來賦值權(quán)重。構(gòu)建基于指標(biāo)體系法的水庫(kù)生態(tài)調(diào)度綜合效益定量評(píng)估模型可由式（1）表示：

式中，S代表水庫(kù)所控制水系生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)用水的生態(tài)調(diào)度和諧度，0＜S≤1，其值越接近于1，表明生態(tài)調(diào)度用水和諧度越高；n表示指標(biāo)數(shù)；k表示各指標(biāo)占整體指標(biāo)體系的權(quán)重；Mi表示第i個(gè)指標(biāo)分?jǐn)?shù)。因此，構(gòu)建水庫(kù)生態(tài)調(diào)度評(píng)估指標(biāo)體系如表1所示。

表1　水庫(kù)生態(tài)調(diào)度評(píng)估指標(biāo)體系

由式1與表1計(jì)算可知，可將水庫(kù)生態(tài)調(diào)度綜合效益評(píng)估結(jié)果劃為四等，當(dāng)S≥0.85時(shí)，表明調(diào)度較為和諧；當(dāng)0.60≤S＜0.85時(shí)，表明調(diào)度一般和諧；當(dāng)0.40≤S＜0.60時(shí)，表明調(diào)度不和諧；當(dāng)S＜0.40時(shí)，表明調(diào)度極不和諧。

2.2 特征流態(tài)調(diào)度模型

河流的特征流態(tài)對(duì)于河道生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用，水庫(kù)針對(duì)水資源所實(shí)施的在時(shí)空方面的調(diào)度，影響著庫(kù)區(qū)下游河道的天然特征流態(tài)，造成脈沖流量、生態(tài)洪水以及漫灘、平灘流量等特征流態(tài)的衰減或者消失。因此，有必要運(yùn)用水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度，通過庫(kù)區(qū)泄流補(bǔ)給的形式實(shí)施人工干預(yù)，營(yíng)造特征流態(tài)［11］。在庫(kù)區(qū)下游來水大于特定極限值時(shí)，可通過水庫(kù)生態(tài)調(diào)度觸發(fā)生態(tài)洪水脈沖流量，特征流態(tài)決策目標(biāo)模型可由式（2）表示：

式中，QP表示水庫(kù)的下泄決策流量，m3/s；QR表示下游河道目標(biāo)基流量，m3/s；QT表示下游支流的匯入流量，m3/s；其中，QT＞T，T表示預(yù)設(shè)脈沖所產(chǎn)生的極限值，m3/s，通?？稍O(shè)定兩次脈沖時(shí)間間隔最小值為5天，以防止脈沖洪水發(fā)生過于頻繁；C表示補(bǔ)償因子，用以調(diào)節(jié)水庫(kù)下泄洪峰峰值大小的變化范圍，以保障水庫(kù)生態(tài)調(diào)度觸發(fā)的特征流態(tài)的穩(wěn)定性。

3　水庫(kù)生態(tài)調(diào)度長(zhǎng)效機(jī)制探析

水庫(kù)在經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)之后，已經(jīng)形成以發(fā)電、供水、養(yǎng)殖等為主的經(jīng)濟(jì)效益導(dǎo)向型調(diào)度模式，針對(duì)下游河道的生態(tài)調(diào)度考量較少，若將現(xiàn)有水庫(kù)運(yùn)營(yíng)方式調(diào)整為生態(tài)環(huán)境友好型的調(diào)度運(yùn)行模式，在可能對(duì)下游的防洪安全帶來較大壓力的同時(shí)，勢(shì)必直接影響水庫(kù)既得效益者的利益。因此，應(yīng)通過構(gòu)筑水庫(kù)生態(tài)調(diào)度長(zhǎng)效機(jī)制，探尋評(píng)估水庫(kù)開展生態(tài)調(diào)度后各方利益的增益損失特征，并提出科學(xué)合理的補(bǔ)償機(jī)制以及法規(guī)、政策與管理對(duì)策，從而平衡調(diào)整各方利益，以保障水庫(kù)生態(tài)調(diào)度機(jī)制的長(zhǎng)效發(fā)揮。

4　結(jié)語

實(shí)施水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度是緩解與補(bǔ)償現(xiàn)有調(diào)度模式對(duì)流域生態(tài)環(huán)境不利影響、修復(fù)河道生態(tài)系統(tǒng)，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)與生態(tài)健康發(fā)展的重要保障。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度領(lǐng)域的研究尚處于初步階段，調(diào)度技術(shù)理論與體系尚未完善。值得注意的是，在現(xiàn)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上應(yīng)構(gòu)建完善科學(xué)的水庫(kù)生態(tài)調(diào)度管理機(jī)制，建立健全相關(guān)法律法規(guī)，并完善針對(duì)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度綜合效果的識(shí)別與后評(píng)價(jià)體系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度模式的動(dòng)態(tài)調(diào)整并長(zhǎng)效保障修河流域的生態(tài)安全。

參考文獻(xiàn)

［1］王冶志.水庫(kù)運(yùn)行及調(diào)度管理研究［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2014 （11）：48-51.

［2］金鑫，王凌河，趙志軒，嚴(yán)登華，王浩.水庫(kù)生態(tài)調(diào)度研究的若干思考［J］.南水北調(diào)與水利科技，2011，9（02）：22-26 +32.

［3］陸玉忠，陸寶宏，陸桂華，王童，王維，周笑笑.柘林水庫(kù)壩址洪水與入庫(kù)洪水系列分析［J］.河海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，39（01）：14-19.

［4］楊明，王秉玉.試論水庫(kù)運(yùn)行管理及調(diào)度的有效方法［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2011（06）：63-65.

［5］孔瓊菊，方國(guó)華，馬秀峰.柘林水庫(kù)的生態(tài)服務(wù)功能與價(jià)值評(píng)估［J］.人民長(zhǎng)江，2008，39（06）：85-87 +112.

［6］袁超，陳永柏.三峽水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的適應(yīng)性管理研究［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2011，20（03）：269-275.

［7］李世勤，邱啟勇.2010撫河特大洪水廖坊水庫(kù)調(diào)度分析［J］.江西水利科技，2011，37（03）：157-160 +168.

［8］賈瑞紅.水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的措施及其發(fā)展前景［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2011（05）：42-44.

作者簡(jiǎn)介：王慧斌（1982年—），男，工程師。

收稿日期：2015-10-09

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.013

中圖分類號(hào)：TV213.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-2469（2016）03-0034-02