新疆山區(qū)水庫工程生態(tài)基流在水資源平衡分析中定位探討

李淑珍

(新疆水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

水資源可利用量以滿足生態(tài)環(huán)境需水和維持水資源可持續(xù)利用為前提。新疆有些中小河流上的水利工程在水資源供需平衡分析時(shí)沒有扣除或預(yù)留河道內(nèi)生態(tài)需水量，其理由是生態(tài)基流要求工程影響的某水文斷面(壩址斷面、閘址斷面及引水?dāng)嗝娴?下泄水量不小于生態(tài)基流量即可。

筆者認(rèn)為生態(tài)基流應(yīng)計(jì)入需水量，參與水資源供需平衡分析計(jì)算。一些設(shè)計(jì)單位認(rèn)為：在灌溉期農(nóng)業(yè)灌溉需水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生態(tài)基流量，即壩址斷面下泄水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生態(tài)基流量，壩址斷面滿足生態(tài)基流量要求。而至下游渠首斷面則將水量全部引入灌區(qū)，從而造成渠首斷面下游斷流，對下游河流生態(tài)造成極大地負(fù)面影響，而從表面上看，壩(閘)址斷面生態(tài)基流是滿足環(huán)境保護(hù)要求的。

水資源平衡分析生態(tài)基流是否參與平衡分析，會影響到水庫及引、調(diào)水工程規(guī)模論證。對水資源豐沛地區(qū)的大江大河，余水有保障，而對于干旱區(qū)新疆的小河流，規(guī)模過大無水可蓄，造成浪費(fèi)，規(guī)模太小則不能滿足水利工程建設(shè)的功能要求。

為此筆者結(jié)合多年實(shí)踐工作實(shí)踐，以工程實(shí)例從以下幾方面來進(jìn)一步闡明水利樞紐工程生態(tài)基流在水資源平衡分析中定位。

1 新疆河流水資源引用現(xiàn)狀

1.1 基本情況

新疆屬大陸性干旱氣候，干旱少雨，水資源緊缺，生態(tài)脆弱，加之經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對水資源的大量引用，水資源供需矛盾日益突出。隨著各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，多數(shù)河流的出山口上游都修建了調(diào)蓄控制性水庫工程。攔河水利工程的修建將改變下游河流水文情勢,對下游局部地區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成不利影響。

新疆降水稀少，是典型的溫帶大陸性氣候。新疆的河流多為內(nèi)陸河，河流由高山上的積雪冰川消融匯集而成，出山口以下進(jìn)入平原區(qū)，分布著綠洲灌區(qū)。

二十世紀(jì)六七十年代，為引水灌溉農(nóng)田，各大小河流出山口處幾乎都修建了引水渠首。但河道天然來水過程與農(nóng)業(yè)灌溉用水過程存在時(shí)空上的不匹配，需要修建調(diào)蓄工程以滿足灌溉需水過程。隨著我國綜合國力增強(qiáng)和水利水電工程技術(shù)的進(jìn)步，在有條件的河流上逐步修建了山區(qū)控制性水利樞紐工程。

1.2 水資源利用特點(diǎn)

新疆是典型的內(nèi)陸干旱區(qū)，水土光熱資源豐富，農(nóng)業(yè)在新疆經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中占有重要地位，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形成獨(dú)特的“荒漠綠洲，灌溉農(nóng)業(yè)”格局。由此決定了新疆大部分水資源用于農(nóng)業(yè)灌溉，水利灌溉在新疆經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中具有十分重要的地位和作用。新疆現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)灌溉用水大多是通過渠首引入下游灌區(qū)。為保證平原區(qū)農(nóng)田都在渠首所引水量惠及的范圍內(nèi)，渠首基本都建在地勢較高的河流出山口處。

山區(qū)水庫的修建保證了各業(yè)用水需求。而水庫為灌區(qū)供水時(shí)，基本是將灌溉需水量下泄至原河道中，再通過下游渠首引入已成型的灌區(qū)灌溉系統(tǒng)進(jìn)行灌溉。工業(yè)用水基本通過管道直接引用。由此就出現(xiàn)了即使不將生態(tài)基流參與水資源平衡分析，在灌溉期壩址斷面的下泄水量依然滿足生態(tài)基流量要求的假象。

2 生態(tài)基流及下泄要求

2.1 生態(tài)基流概念及其流量

河流生態(tài)基流量是指為保證河流生態(tài)服務(wù)功能,用以維持或恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與功能所需的最小流量。研究和確定河流生態(tài)基流量的目的在于遏止河道斷流和因流量減少而造成的生態(tài)環(huán)境惡化,最終實(shí)現(xiàn)流域河流生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

依據(jù)我國現(xiàn)行水利及環(huán)境保護(hù)行業(yè)有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前新疆地區(qū)生態(tài)基流按汛期和非汛期兩個(gè)時(shí)期分別確定，正常情況下非汛期生態(tài)基流按不低于工程斷面多年平均天然徑流量的10%，汛期生態(tài)基流按不低于工程斷面多年平均天然徑流量的20%～30%考慮。

2.2 生態(tài)基流存在型式

生態(tài)基流是通過在主要控制水文斷面河道流量滿足河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量(即生態(tài)基流量)來實(shí)現(xiàn)的。主要水文控制斷面是指壩址斷面、閘址斷面等蓄、引、調(diào)、提水?dāng)嗝妗，F(xiàn)狀環(huán)保要求生態(tài)基流在線流量監(jiān)測設(shè)施設(shè)在主要控制水文斷面，如壩址、閘址等斷面后。

工程設(shè)計(jì)中，水資源平衡分析如何對待生態(tài)基流存在兩種情況：一部分工程在項(xiàng)目規(guī)模論證時(shí)，水資源平衡分析中將生態(tài)基流列入并參與平衡計(jì)算，但也有相當(dāng)部分工程在水資源平衡分析中未將生態(tài)基流列入?yún)⑴c平衡計(jì)算，設(shè)計(jì)單位認(rèn)為：在水庫調(diào)度運(yùn)行過程中，水庫壩址斷面有大于生態(tài)基流的水量下泄，就可以不另計(jì)生態(tài)基流。因在壩址斷面灌溉期會下泄灌溉用水，以此作為生態(tài)基流，只要該斷面有大于生態(tài)基流的水量下泄，滿足環(huán)境保護(hù)要求，即可視為下泄了生態(tài)基流。這樣就會造成灌溉需水量沿河道到達(dá)渠首時(shí)被全部引入灌區(qū)，而造成渠首下游斷流，從而導(dǎo)致河道生態(tài)環(huán)境惡化。

《水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)生態(tài)指標(biāo)體系于應(yīng)用指導(dǎo)意見》中指出，北方水資源短缺地區(qū)水資源可利用量計(jì)算的主要控制因素是河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量。鑒于此，確定水資源可利用量思路應(yīng)為：首先計(jì)算河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量，再從水資源總量中減去河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量即為水資源可利用量。即水資源可利用量應(yīng)以保證河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量為前提。為保護(hù)下游河道生態(tài)，任何水利水電工程的建設(shè)必須預(yù)留河道內(nèi)生態(tài)用水，即生態(tài)基流。水利工程項(xiàng)目水資源供需平衡分析時(shí)，生態(tài)基流量應(yīng)參與平衡分析。

3 工程實(shí)例

3.1 流域及工程概況

若羌河發(fā)源于阿爾金山北麓，水庫工程壩址位于若羌河出山口渠首以上8.4km處。其地表徑流以冰川積雪和降水補(bǔ)給為主，壩址斷面多年平均徑流量為9010萬m3。由于河道天然來水和灌區(qū)需水過程不匹配，造成若羌河流域灌區(qū)呈工程性缺水。擬建的若羌河水庫總庫容1776萬m3。

3.2 水資源供需平衡分析

若羌水庫設(shè)計(jì)過程中，雖然提出生態(tài)基流量：壩址斷面豐水期(4—9月)按不少于多年平均徑流量的20%，枯水期(10—次年3月)按不少于多年平均徑流量的10%下泄生態(tài)基流，年下泄生態(tài)基流量總計(jì)不少于1324.8萬m3。但在水資源平衡分析計(jì)算時(shí)并未將生態(tài)基流計(jì)入?yún)⑴c平衡，同時(shí)也影響到水庫規(guī)模的確定。

3.2.1 P=75%來水頻率

在此來水頻率下，至設(shè)計(jì)水平年農(nóng)田灌溉和工業(yè)總需水量為5978.4萬m3(為方便說明，在此只計(jì)入地表水可利用及需水量，地下水可利用量和需水量均不計(jì)入)。

(1)無水庫時(shí)

沒有將生態(tài)基流列入平衡分析時(shí)，在無水庫調(diào)節(jié)的情況下平衡計(jì)算后灌區(qū)缺水1302.3萬m3，地表水余水量2414.0萬m3。見表1。

(2)生態(tài)基流不參與供需平衡(有水庫時(shí))

有水庫調(diào)節(jié)時(shí)，不計(jì)入生態(tài)水量時(shí)，平衡計(jì)算后灌區(qū)不缺水，地表水余水量1002.1萬m3。見表2。

(3)生態(tài)基流參與供需平衡分析(有水庫時(shí))

生態(tài)基流參與平衡分析情況下，生態(tài)基流年下泄量為1324.8萬m3，大于地表水余水量1002.1萬m3，經(jīng)平衡計(jì)算后地表水余水量為負(fù)，表明本灌區(qū)已超引水量，占用了河道內(nèi)生態(tài)水量，應(yīng)采取節(jié)水灌溉技術(shù)或減少灌溉面積等措施以減少河道引水，達(dá)到保護(hù)河道生態(tài)的目的。見表3。

3.2.2 P=50%來水頻率

在此頻率下，至設(shè)計(jì)水平年農(nóng)田灌溉和工業(yè)總需水量為5978.4萬m3(為方便說明，在此只計(jì)入地表水可利用及需水量，地下水可利用量和需水量均不計(jì)入)。

(1)無水庫時(shí)

至設(shè)計(jì)水平年無水庫時(shí)，只對地表水的來水和用水量進(jìn)行平衡。在無水庫調(diào)節(jié)的情況下平衡計(jì)算后灌區(qū)缺水540萬m3，地表水余水量3077.9萬m3。見表4。

(2)生態(tài)基流不參與供需平衡分析(有水庫時(shí))

有水庫調(diào)節(jié)時(shí)，不計(jì)入生態(tài)水量時(shí)，平衡計(jì)算后灌區(qū)不缺水，地表水余水量2477.8萬m3。見表5。

(3)生態(tài)基流參與供需平衡分析(有水庫時(shí))

生態(tài)基流參與平衡分析情況下，生態(tài)基流年下泄量為1324.8萬m3，平衡計(jì)算后灌區(qū)不缺水，地表水余水量1152.9萬m3。見表6。

表1 設(shè)計(jì)水平年水資源供需平衡表(無水庫) 單位：萬m3

表2 設(shè)計(jì)水平年水資源供需平衡表(有水庫) 單位：萬m3

表3 設(shè)計(jì)水平年水資源供需平衡表(有水庫) 單位：萬m3

表4 設(shè)計(jì)水平年水資源供需平衡表(無水庫) 單位：萬m3

表5 設(shè)計(jì)水平年水資源供需平衡表(有水庫) 單位：萬m3

表6 設(shè)計(jì)水平年水資源供需平衡表(有水庫) 單位：萬m3

由以上平衡計(jì)算可知，在P=50%來水頻率下，水庫建成前后，水資源平衡分析中，生態(tài)基流參與或者不參與平衡分析，河道來水量均能滿足生態(tài)基流下泄量要求。而在P=75%來水頻率下，當(dāng)水資源平衡分析不計(jì)入生態(tài)基流時(shí)，河道有1115.1萬m3的余水下泄，而生態(tài)基流參與水資源平衡分析時(shí)，河道余水量為-322.7萬m3(按要求年下泄生態(tài)基流量為1324.8萬m3)。此結(jié)果意味著要想同時(shí)滿足流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)需水和生態(tài)需水，尚缺水322.7萬m3。此時(shí)壩址斷面在線流量監(jiān)測的結(jié)果卻是全年滿足生態(tài)基流要求(因灌溉期此斷面下泄水量不疊加生態(tài)基流時(shí)照樣可以滿足此時(shí)段生態(tài)基流要求)，但至下游渠首處則水量全部引入灌區(qū)，渠首斷面下游斷流。為滿足各業(yè)用水，只能擠占生態(tài)水量，違背了為保護(hù)河道生態(tài)下泄生態(tài)基流的宗旨和目的。應(yīng)通過減少灌溉面積或采取節(jié)水灌溉措施，將灌區(qū)用水量調(diào)整至河道水資源承載能力范圍內(nèi)，同時(shí)調(diào)整水庫庫容至合適規(guī)模，既保護(hù)好了河道生態(tài)，又使水資源發(fā)揮最大的效益。

4 結(jié)論

綜上，引、蓄水工程規(guī)模論證時(shí)，在水資源供需平衡分析計(jì)算中，河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量(即河道生態(tài)基流)應(yīng)參與水資源供需平衡分析計(jì)算。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用水矛盾的日益尖銳，導(dǎo)致河流生態(tài)需水被占用，從而引發(fā)河流生態(tài)系統(tǒng)的破壞，越來越引起社會的重視。如何合理地利用水資源，最大限度地保障河流生態(tài)需水量，成為有關(guān)部門必須面對的問題。具體到每個(gè)水利工程，要在每一個(gè)主要的水文控制斷面生態(tài)基流均能滿足河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水要求。只有這樣才能真正地實(shí)現(xiàn)對河道生態(tài)環(huán)境的保護(hù)、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的和諧共處。