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    渭河干流生態(tài)調(diào)度途徑及其保障機(jī)制研究

    2014-12-14 09:21:44梁林江李曉春
    地下水 2014年4期
    關(guān)鍵詞:渭河流域需水水量

    袁 崢,梁林江,李曉春

    (陜西省江河水庫(kù)管理局,陜西 西安 710018)

    1 流域概況

    渭河是黃河第一大支流,發(fā)源于甘肅渭源縣鳥(niǎo)鼠山,流經(jīng)甘肅、寧夏、陜西三省,在陜西潼關(guān)注入黃河。渭河干流全長(zhǎng)818 km,陜西省境內(nèi)河長(zhǎng)為502 km,全流域總面積13.5萬(wàn)km2,陜西省境內(nèi) 6.71萬(wàn) km2。渭河兩岸支流眾多,渭河流域陜西段共有三級(jí)以上支流73條,南岸的數(shù)量較多,但較大支流集中在北岸,水系呈扇狀分布。截止2010年底,陜西省渭河流域共建成水庫(kù)441座,總庫(kù)容21.79億 m3,現(xiàn)狀供水能力12.85億 m3,引、提水工程 6 366座,現(xiàn)狀供水能力24.59億 m3;水資源開(kāi)發(fā)利用程度達(dá)到47.2%,屬用水高度緊張區(qū)。由于地表水不足,大量開(kāi)采地下水,現(xiàn)已形成多處地下水降落漏斗和超采區(qū)。陜西省渭河流域水資源的開(kāi)發(fā)利用程度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了流域的水資源承載能力,用水供需矛盾突出。

    2 生態(tài)調(diào)度途徑和方案分析

    2.1 生態(tài)調(diào)度途徑分析

    2.1.1 產(chǎn)業(yè)節(jié)水

    對(duì)于陜西省渭河流域來(lái)說(shuō),農(nóng)業(yè)用水占總用水量的比重較大,是社會(huì)穩(wěn)定和糧食安全的重要保障。產(chǎn)業(yè)節(jié)水主要考慮農(nóng)業(yè)節(jié)水,農(nóng)業(yè)用水根據(jù)灌溉的充分程度可以分為最低需求和適宜需求兩種情景:最低需求是指只在作物需水關(guān)鍵期保證其用水(即“保命水”),其余時(shí)間主要依靠天然降水補(bǔ)給,不再取水灌溉;適宜需求是指除滿足作物需水關(guān)鍵期的用水外,在作物生長(zhǎng)的其他階段通過(guò)灌溉滿足其生長(zhǎng)需水,達(dá)到作物豐產(chǎn)增收的目的。為了體現(xiàn)節(jié)水對(duì)減少用水、增加河道徑流的作用,將產(chǎn)業(yè)節(jié)水按照節(jié)水對(duì)象及節(jié)水力度可以分為三個(gè)層次:(1)一般節(jié)水方案:采用基于統(tǒng)計(jì)規(guī)律的需水預(yù)測(cè)方法,按照現(xiàn)狀節(jié)水模式的發(fā)展來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)不同水平年陜西省渭河流域需水量;(2)強(qiáng)化節(jié)水方案:在現(xiàn)狀節(jié)水模式基礎(chǔ)上考慮加大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)約用水力度,控制需求過(guò)快增長(zhǎng),農(nóng)業(yè)采用適宜需求預(yù)測(cè)需水量;(3)最低需水方案:在強(qiáng)化節(jié)水方案基礎(chǔ)上,農(nóng)業(yè)采用最低需求預(yù)測(cè)需水量。

    2.1.2 再生水利用

    由于缺乏足夠的資金和有效的政策支持,陜西省渭河流域各地市污水利用設(shè)施不足,管網(wǎng)配套建設(shè)落后,現(xiàn)狀年再生水利用率不足10%,再生水利用具有很大的挖掘潛力和發(fā)展空間。提高再生水利用可以減少河道取水量,從而改善徑流狀況。

    2.1.3 控制引水發(fā)電

    由于河道外引水發(fā)電直接影響了河道內(nèi)的流量變化過(guò)程,過(guò)度引水甚至直接造成河段脫水?dāng)嗔鳌?duì)于陜西省渭河流域,從寶雞峽水利樞紐引水發(fā)電,到魏家堡下游入河,對(duì)于渭河干流林家村至魏家堡河段的流量過(guò)程造成了較大的影響。由于發(fā)電用水與灌溉供水存在一定的結(jié)合關(guān)系,為比較發(fā)電引水對(duì)渭河干流水資源量及流量過(guò)程的影響,考慮兩種方案:(1)結(jié)合灌溉發(fā)電:11月至次年6月用水期,發(fā)電完全服從灌溉要求,除灌溉引水外不考慮單獨(dú)的發(fā)電引水;(2)正常發(fā)電:考慮水電站的發(fā)電需求,滿足一定保證率下的發(fā)電引水,即基本按照現(xiàn)狀運(yùn)行調(diào)度方式發(fā)電引水。

    2.1.4 水庫(kù)工程調(diào)控

    渭河干流僅寶雞峽樞紐具有一定調(diào)節(jié)能力,因此支流對(duì)干流生態(tài)補(bǔ)水具有較為重要的意義。現(xiàn)狀條件下可向干流補(bǔ)水的支流主要是北岸千河、南岸石頭河、黑河。千河產(chǎn)流條件優(yōu)越,工程控制能力強(qiáng),位處渭河干流中上游,對(duì)下游多個(gè)斷面有調(diào)節(jié)作用,已建成有段家峽、馮家山、王家崖等大、中型水庫(kù)工程以及一些小型蓄、引、提工程,承擔(dān)馮家山灌區(qū)用水和寶雞市城鎮(zhèn)供水的任務(wù),還可以向羊毛灣水庫(kù)補(bǔ)水,汛期棄水也比較小。通過(guò)調(diào)整灌區(qū)用水方式、調(diào)度模式可以在關(guān)鍵期實(shí)施干流補(bǔ)水,緩解干流關(guān)鍵期缺水問(wèn)題。石頭河和黑河具有較好的水量條件和工程能力,但石頭河水庫(kù)和黑河金盆水庫(kù)是西安市城市供水骨干水源工程,實(shí)現(xiàn)生態(tài)補(bǔ)水目標(biāo)需要與現(xiàn)有供水目標(biāo)進(jìn)行協(xié)調(diào)。在未來(lái)實(shí)施引漢濟(jì)渭以及庫(kù)峪、高冠峪等城市后備水源后,通過(guò)調(diào)整供水方式,可以進(jìn)一步增強(qiáng)調(diào)控能力為干流補(bǔ)水。

    2.1.5 地下水庫(kù)調(diào)蓄

    結(jié)合陜西省渭河流域地下水現(xiàn)狀及供用水特點(diǎn),考慮干流生態(tài)缺水期一定程度可以通過(guò)加大地下水利用,減少地表水利用從而提高河道徑流量,考慮兩種方案:(1)地表水優(yōu)先利用:符合一般的地下水利用規(guī)則,考慮壓采限采地下水以保護(hù)地下水源,優(yōu)先使用地表水源;(2)地下水分期開(kāi)采:對(duì)于生態(tài)環(huán)境需水,汛期優(yōu)先使用地表水源,提高地表洪水資源的利用效率,非汛期優(yōu)先使用地下水源,降低生態(tài)環(huán)境用水與生產(chǎn)用水之間的矛盾。

    2.1.6 本地水源工程

    渭河流域在建大型水庫(kù)包括亭口水庫(kù)、東莊水庫(kù)、永寧山水庫(kù)和南溝門(mén)水庫(kù)等。在本地水源工程方面,考慮兩種方案:(1)不考慮新增水源工程,僅基于現(xiàn)狀已建工程進(jìn)行調(diào)度;(2)考慮新增水源工程,近期考慮亭口水庫(kù)和南溝門(mén)水庫(kù)建成且投入運(yùn)行,遠(yuǎn)期進(jìn)一步考慮東莊水庫(kù)、永寧山水庫(kù)建成運(yùn)行,同時(shí)考慮其他區(qū)域整體的小型水源工程建設(shè)。

    2.1.7 跨流域調(diào)水工程

    跨流域調(diào)水現(xiàn)狀年包括東雷引黃、引乾濟(jì)石兩個(gè)調(diào)水工程,規(guī)劃水平年包括引紅濟(jì)石、引漢濟(jì)渭工程。在跨流域調(diào)水工程方面,考慮兩種方案:(1)不考慮新增跨流域調(diào)水工程:僅基于現(xiàn)狀供水工程進(jìn)行水量調(diào)度;(2)考慮新增跨流域調(diào)水工程:考慮引紅濟(jì)石和引漢濟(jì)渭工程將于2020年通水,調(diào)水量分別為0.92億 m3和5億 m3。

    2.2 模型構(gòu)建及方案設(shè)置

    根據(jù)上述思路和方法,在基于規(guī)則的水資源配置模型(ROWAS)的基礎(chǔ)上構(gòu)建渭河流域水量調(diào)控模型,該模型能夠通過(guò)設(shè)定的規(guī)則實(shí)現(xiàn)流域水源到用戶的配置計(jì)算和河道水量調(diào)度過(guò)程模擬,協(xié)調(diào)河道外生活、生產(chǎn)和生態(tài)用水與河道內(nèi)生態(tài)、發(fā)電以及航運(yùn)等用水。根據(jù)流域水利工程分布和水資源利用特點(diǎn),將渭河流域概化為如圖1所示的節(jié)點(diǎn)圖。其中包括27個(gè)三級(jí)區(qū)套地級(jí)行政區(qū)的計(jì)算單元、48個(gè)工程節(jié)點(diǎn)及290多條水量傳輸線路。通過(guò)不同類型的節(jié)點(diǎn)反映流域生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水,水庫(kù)蓄水、放水,自然入流和支流匯流、流域外引水等信息,將對(duì)流域水資源的調(diào)控轉(zhuǎn)化為對(duì)節(jié)點(diǎn)水量的調(diào)控。結(jié)合上述生態(tài)調(diào)度途徑,主要從產(chǎn)業(yè)節(jié)水、發(fā)電引水控制及水庫(kù)工程調(diào)控三方面考慮并形成組合方案,如表1所示,分析現(xiàn)狀年2010年和2020年水平年不同水量調(diào)度途徑對(duì)流域的水量平衡及生態(tài)目標(biāo)的影響,徑流序列采用1956~2010年渭河流域55年系列資料。

    圖1 水資源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖

    2.3 調(diào)控結(jié)果分析

    考慮系統(tǒng)運(yùn)行的情景設(shè)置,渭河流域各水平年水量供需平衡結(jié)果如表2所示??梢钥闯觯r(nóng)業(yè)灌溉采用最低用水模式,未來(lái)2020年陜西省渭河流域供用水基本能夠達(dá)到平衡,缺水量由5.57億 m3降低至0.06億 m3。

    考慮各個(gè)斷面的生態(tài)需水,不同水平年各方案主要控制斷面生態(tài)流量保障程度如表3所示??梢钥闯?,2020年最低需水方案的滿足程度明顯高于強(qiáng)化節(jié)水方案,此外,考慮發(fā)電引流后,林家村至漆水河段的生態(tài)流量保證程度均有所降低。

    表1 水量調(diào)度情景方案

    考慮最低需水方案(R1(20))在無(wú)水庫(kù)控泄、無(wú)發(fā)電引流時(shí)的工程調(diào)控效應(yīng),對(duì)寶雞峽水利樞紐、馮家山水庫(kù)、石頭河水庫(kù)設(shè)置最小控泄流量以滿足干流生態(tài)需求。以水庫(kù)對(duì)應(yīng)干流生態(tài)斷面流量過(guò)程與生態(tài)基流的差距對(duì)應(yīng)設(shè)置寶雞峽水利樞紐、馮家山及石頭河水庫(kù)的下泄流量目標(biāo),設(shè)置中考慮上下游斷面間的水量傳遞效應(yīng),各水庫(kù)的最小放流過(guò)程如表4所示。最低需水方案主要控制斷面工程調(diào)控前后生態(tài)基流滿足狀況如表5所示??梢钥闯?,采取調(diào)控措施后,主要斷面生態(tài)基流的保障程度均有所提高,除此之外,最低需水方案調(diào)控前后林家村水文站長(zhǎng)系列生態(tài)流量的斷流個(gè)數(shù)分別為29個(gè)和14個(gè),由此可見(jiàn),水庫(kù)調(diào)控有效地減少了枯季斷流。

    3 保障機(jī)制分析

    采用最低需水模式后,未來(lái)陜西省渭河流域供用水基本能夠達(dá)到平衡,但是干流最小生態(tài)流量目標(biāo)尚不能達(dá)到要求,斷面生態(tài)流量保障狀況不均衡,從上游到下游最小生態(tài)流量保障狀況呈逐漸增加趨勢(shì)。咸陽(yáng)以下斷面基本能夠滿足,主要矛盾集中在林家村至魏家堡斷面,尤其以林家村最為突出。針對(duì)渭河流域的水資源短缺,協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水和生態(tài)環(huán)境用水是做好水生態(tài)文明建設(shè)的重要基礎(chǔ),有必要采取有效的保障機(jī)制,解決目前渭河流域的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。

    3.1 完善相關(guān)政策法規(guī)

    1)制定渭河流域水力發(fā)電用水指導(dǎo)意見(jiàn),約束河道外引水發(fā)電需求。首先,由陜西省水利廳牽頭研究制定“渭河流域水力發(fā)電用水指導(dǎo)性意見(jiàn)”,明確河道外引水發(fā)電的引水規(guī)模、引水水量以及管理程序等;其次,寶雞峽管理局要嚴(yán)格按照水利廳調(diào)度預(yù)案和調(diào)度指令的要求,控制下泄流量;最后研究確定政府補(bǔ)貼制度,寶雞峽和魏家寶渠首引水量減少,造成魏家堡和楊陵水電站發(fā)電收入的減少,可以按照當(dāng)年的發(fā)電收益損失進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)貼,補(bǔ)貼費(fèi)用由省財(cái)政項(xiàng)目列支。

    2)盡快出臺(tái)灌區(qū)管理與改革辦法,實(shí)現(xiàn)灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。林家村、魏家堡和楊凌水電站的水力發(fā)電主要用于彌補(bǔ)寶雞峽管理局單位經(jīng)費(fèi)不足,切實(shí)加強(qiáng)灌區(qū)管理與改革,解決灌區(qū)水管單位當(dāng)前面臨的困境,也是協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水和生態(tài)環(huán)境用水的有效途徑。首先,加大水利基礎(chǔ)設(shè)施政府投入力度,降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本,提高農(nóng)產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力;其次,加強(qiáng)灌區(qū)農(nóng)業(yè)水價(jià)改革,根據(jù)陜西省水利工程供水價(jià)格管理辦法,研究制定合理的灌區(qū)農(nóng)灌水價(jià);再次,進(jìn)行灌區(qū)管理機(jī)制改革,精簡(jiǎn)人員,提高工作效率。

    3)完善陜西省渭河水量調(diào)度辦法。首先,補(bǔ)充完善枯水期進(jìn)行生態(tài)水量調(diào)度的程序,明確相關(guān)設(shè)區(qū)的市、縣(市、區(qū))人民政府水行政主管部門(mén)和省屬灌溉管理單位在水量調(diào)度中的責(zé)任與義務(wù)及獎(jiǎng)懲措施;其次,制定陜西省渭河流域枯水期生態(tài)調(diào)度預(yù)案,明確近期、中期和遠(yuǎn)期的生態(tài)水量調(diào)度目標(biāo)和調(diào)度途徑;再次,本著公平、互利、和諧發(fā)展和“誰(shuí)收益、誰(shuí)付費(fèi)”的原則,建立完善的生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制。

    表2 水量供需平衡結(jié)果表 億m3

    表3 主要控制斷面生態(tài)需水保證程度 %

    表4 水庫(kù)最小下泄水量控制要求 百萬(wàn)m3

    3.2 加強(qiáng)水資源管理

    1)加強(qiáng)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度,提高流域水資源的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。陜西省渭河流域包括4座大型水庫(kù)以及干流的寶雞峽水利樞紐,另外還包括4座在建或擬建大型水庫(kù)。基于渭河流域來(lái)水特點(diǎn)及水利工程分布情況,充分發(fā)揮渭河流域水庫(kù)群的綜合調(diào)度能力,是渭河干流生態(tài)補(bǔ)水的重要途徑。

    2)充分利用外調(diào)水,優(yōu)化配置本地水和外調(diào)水,有效緩解渭河流域嚴(yán)重缺水局面。陜西渭河流域調(diào)水工程包括已有的東雷引黃和在建的引乾濟(jì)石、引紅濟(jì)石和引漢濟(jì)渭工程,2020年規(guī)劃的調(diào)水量為7.3億 m3,占當(dāng)?shù)氐乇硭Y源量的12%。應(yīng)充分利用外調(diào)水,優(yōu)化全省水資源配置,有效緩解關(guān)中地區(qū)嚴(yán)重缺水局面,保證基本生態(tài)環(huán)境流量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

    3)開(kāi)展節(jié)水型社會(huì)建設(shè),挖掘節(jié)水潛力,加大可再生水的利用。從宏觀層面來(lái)說(shuō),調(diào)整區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),嚴(yán)格控制高耗水項(xiàng)目,鼓勵(lì)發(fā)展低耗水的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),以實(shí)現(xiàn)區(qū)域結(jié)構(gòu)性節(jié)水;從微觀層面來(lái)說(shuō),改進(jìn)工藝、加強(qiáng)管理等手段,提高各產(chǎn)業(yè)部門(mén)的用水效率和節(jié)水能力,以實(shí)現(xiàn)各產(chǎn)業(yè)部門(mén)的用水總量最小化。

    4)建設(shè)“陜西省渭河水量調(diào)度管理系統(tǒng)”項(xiàng)目,完善水量調(diào)度監(jiān)測(cè)、監(jiān)控等手段,建立數(shù)據(jù)上報(bào)和調(diào)度會(huì)商制度,強(qiáng)化水量調(diào)度監(jiān)督管理和執(zhí)行力。在渭河干流主要入河口、大中型水庫(kù)、主要水利樞紐、大型取水口、主要排污口加強(qiáng)水量水質(zhì)信息監(jiān)控,并及時(shí)收集、整理和上報(bào)主要斷面實(shí)時(shí)的水量水質(zhì)情況,為生態(tài)環(huán)境水量調(diào)度提供較為準(zhǔn)確的信息。建立由省水利廳以及相關(guān)涉區(qū)的市、縣(市、區(qū))人民政府水行政主管部門(mén)和省屬灌溉管理單位參與的會(huì)商制度,商量調(diào)度方案。省江河局要加強(qiáng)監(jiān)督檢查力度,進(jìn)一步完善監(jiān)督檢查手段,確保水利廳調(diào)度方案和調(diào)度指令落到實(shí)處。

    表5 最低需水方案工程調(diào)控前后生態(tài)基流滿足情況

    3.3 開(kāi)展科技支撐研究

    1)研究水庫(kù)預(yù)報(bào)與動(dòng)態(tài)汛限水位響應(yīng)關(guān)系。在確保水庫(kù)安全的前提下,科學(xué)地設(shè)計(jì)和運(yùn)行汛限水位,合理的利用水庫(kù)的防洪庫(kù)容和興利庫(kù)容的重疊庫(kù)容,是提高洪水資源和水能資源利用率,發(fā)揮水庫(kù)的綜合效益,環(huán)節(jié)水資源供需矛盾的有效手段之一。

    2)地下水與地表水聯(lián)合調(diào)度。地下水具有天然的調(diào)蓄功能,對(duì)于維持枯水季的河道基流量發(fā)揮了重要的作用。地下水庫(kù)調(diào)蓄可以對(duì)含水層有計(jì)劃的補(bǔ)給與回采,豐蓄枯采,實(shí)現(xiàn)含水層的可持續(xù)利用,并有效改善生態(tài)環(huán)境。通過(guò)調(diào)配不同時(shí)期地下水的開(kāi)采過(guò)程,實(shí)現(xiàn)地表水和地下水聯(lián)合調(diào)度,降低生態(tài)環(huán)境用水與生產(chǎn)用水之間的矛盾。

    4 結(jié)語(yǔ)

    以渭河流域?yàn)榈湫?,從流域整體水資源供需情況出發(fā),研究了適用于渭河的生態(tài)環(huán)境用水的調(diào)度途徑,建立調(diào)度模型并進(jìn)行聯(lián)合調(diào)節(jié)計(jì)算,提出不同水平年和來(lái)水條件下生態(tài)環(huán)境用水的調(diào)度方案。圍繞陜西省渭河全線綜合整治目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),從政策、監(jiān)控和管理三方面出發(fā),提出了一套科學(xué)有效的綜合保障機(jī)制,保障和促進(jìn)渭河全線綜合整治規(guī)劃目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),充分的體現(xiàn)了開(kāi)發(fā)利用流域水資源的同時(shí),很好的保護(hù)區(qū)域生態(tài)的理念。

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