王快水庫向下游河道生態(tài)補(bǔ)水潛力分析

馮 佳，張亞軍

(1.河北省秦皇島水文水資源勘測局，河北 秦皇島 066000；2.河北省保定水文水資源勘測局，河北 保定 071000)

1 王快水庫概況

王快水庫建設(shè)在大清河流域的沙河上游，處于河北省保定市曲陽縣境內(nèi)，位于鄭家莊村西。該水庫的控制流域總面積為3770km2，主要功能是防洪、灌溉和發(fā)電，屬于當(dāng)?shù)卮笮退麡屑~工程。王快水庫經(jīng)過2005年的除險加固改造后，水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到500年一遇，按照10000a一遇進(jìn)行校核。目前王快水庫的總庫容為13.89億m3，調(diào)洪庫容為9.56億m3，死庫容為1.09億m3，興利庫容為5.91億m3[1]。

2 王快水庫向下游河道生態(tài)補(bǔ)水潛力分析

2.1 指標(biāo)選擇標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》)(GB50013-2018)標(biāo)準(zhǔn)，將地表水作為供水水源，設(shè)計(jì)枯水流量年保證率指標(biāo)應(yīng)根據(jù)城市規(guī)模、工業(yè)用戶數(shù)量等參數(shù)確定，一般在90%-97%之間。同時根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50288-2018)，灌溉設(shè)計(jì)保證率指標(biāo)需要根據(jù)當(dāng)?shù)厮临Y源條件、灌區(qū)規(guī)模、水文氣象狀況、作物組成結(jié)構(gòu)及灌水方式等確定，在中溫潤地區(qū)，其設(shè)計(jì)保證率應(yīng)在75%-95%之間。此外，根據(jù)《河湖生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算規(guī)范》(SL/Z712-2014)，河道基本生態(tài)需水量指標(biāo)是反映維持河湖生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)、保證其生態(tài)功能不喪失的河道最小水量指標(biāo)參數(shù)。即河道內(nèi)的基本生態(tài)需水量應(yīng)滿足生態(tài)環(huán)境需水量的下限值。河道目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量指標(biāo)則是反映河湖生態(tài)環(huán)境目標(biāo)對應(yīng)生態(tài)功能可以正常發(fā)揮的指標(biāo)參數(shù)，其明確規(guī)定了河道內(nèi)需要保留的水量以及社會經(jīng)濟(jì)活動消耗的水量控制值。一般采用河道生態(tài)需水量保證率系數(shù)來反映不同來水頻率的生態(tài)環(huán)境需水量，判斷其是否能夠滿足河道生態(tài)需水量要求。通常情況下，基本生態(tài)需水量、目標(biāo)生態(tài)需水量保證率均不低于50%。結(jié)合上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及王快水庫的實(shí)際情況，本次研究選擇的河道生態(tài)補(bǔ)水保證率指標(biāo)為75%[2]。

2.2 灌溉需水量分析

王快水庫從1955年到2015年的天然徑流數(shù)據(jù)變化情況如圖1所示。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行計(jì)算，天然徑流量的多年平均數(shù)值為4.9億m3，相較于2000年以前的平均水平下降了12.5%。受當(dāng)?shù)貧夂驐l件變化以及河道下墊面變化的影響，王快水庫的水資源儲量也出現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢。在1980年到2015年期間，水庫平均天然徑流量只有3.8億m3，是多年平均數(shù)值的77%。這說明王快水庫的天然徑流量變化幅度較大。

圖1 王快水庫從1955年到2015年的天然徑流數(shù)據(jù)變化情況

從水庫上游用水情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，王快水庫上游用水主要為農(nóng)業(yè)用水，其中阜平縣城用水以生活用水、工業(yè)用水為主。從近十五年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，其上游用水量的變化幅度較小，且出現(xiàn)小幅度下降。從現(xiàn)狀情況來看，上游25%和50%年用水量為0.435億m3，75%年用水量為0.425億m3，阜平縣城生活用水和工業(yè)用水的增加值為0.071億m3。農(nóng)業(yè)用水按照零增長計(jì)算，規(guī)劃50%年用水量為0.506億m3，75%年用水量為0.496億m3。入庫徑流量計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 水庫入庫徑流量計(jì)算結(jié)果 億m3

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果分析王快水庫需水量，其年均出庫水量為2.35億m3，包括應(yīng)急供水量1.0億m3、灌溉供水量0.92億m3、水庫棄水量0.21億m3。另外，由于水庫供水范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)時間較晚，已建成南水北調(diào)工程無法滿足園區(qū)供水，王快水庫出現(xiàn)新增供水量0.38億m3。在2014年到2015年期間，由于地下水超采治理工程的實(shí)施，王快水庫灌溉供水量增加0.34億m3。目前王快水庫的設(shè)計(jì)灌溉面積總數(shù)為86萬畝，要求灌溉保證率達(dá)到50%以上。根據(jù)節(jié)水改造工程、灌區(qū)連續(xù)配套工程等方面的建設(shè)規(guī)劃，50%年和75%年設(shè)計(jì)灌溉定額為3936m3/hm2和4680m3/hm2，預(yù)計(jì)改造工程建成后，灌溉用水的利用系數(shù)可以達(dá)到0.594。

2.3 水庫補(bǔ)水潛力計(jì)算

在補(bǔ)水調(diào)度方案設(shè)計(jì)過程中，可采取灌溉供水優(yōu)先或生態(tài)補(bǔ)水優(yōu)先方案。其中，灌溉供水優(yōu)先要求滿足剛需用戶的供水量需求。對于王快水庫而言，主要為定州和曲陽等地工業(yè)經(jīng)濟(jì)園區(qū)供水，供水量需求為0.38億m3，其余水量優(yōu)先滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水。如果采用生態(tài)補(bǔ)水優(yōu)先的設(shè)計(jì)方案，首先也要滿足定州和曲陽等地剛需用戶的供水量需求，其次考慮下游灌區(qū)的實(shí)際供水量情況以及地下水超采治理項(xiàng)目新增的0.34億m3置換水源，最后將剩余水量優(yōu)先滿足河道生態(tài)補(bǔ)水需求。在計(jì)算過程中，蒸發(fā)量根據(jù)蓄水面積和政府吸水進(jìn)行計(jì)算，滲流量按照月需水量1%進(jìn)行計(jì)算。此外，以死水位作為調(diào)節(jié)起點(diǎn)，根據(jù)汛期限制水位和水庫正常水位進(jìn)行控制。最終確定的供水優(yōu)先順序?yàn)樯钣盟?、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水、生態(tài)用水。

2.4 補(bǔ)水調(diào)度方案選擇

從上述計(jì)算結(jié)果來看，若采取灌溉供水優(yōu)先的設(shè)計(jì)方案，王快水庫的多年平均總調(diào)節(jié)水量為3.05億m3，水庫供水量為2.30億m3，包括生活和工業(yè)供水量0.38億m3，農(nóng)業(yè)灌溉供水量1.92億m3和棄水量0.74億m3。此外，50%年總調(diào)節(jié)水量2.58億m3，無棄水量，75%年總調(diào)節(jié)水量4.05億m3，無棄水量。如果采取生態(tài)補(bǔ)水優(yōu)先的設(shè)計(jì)方案，王快水庫的多年平均總調(diào)節(jié)水量為2.96億m3，總供水量為2.09億m3，包括生活和工業(yè)供水量0.38億m3，農(nóng)業(yè)灌溉供水量1.26億m3，生態(tài)供水量0.45億m3和棄水量0.86億m3。此外，50%年總調(diào)節(jié)水量2.23億m3，最大生態(tài)供水量0.59億m3，無棄水量，75%年總調(diào)節(jié)水量1.86億m3，最大生態(tài)供水量0.22億m3，無棄水量。因此，目前王快水庫擁有較大的生態(tài)補(bǔ)水潛力。在降雨期間，可以利用雨水對下游得到基流進(jìn)行補(bǔ)充，并根據(jù)水庫實(shí)際情況，計(jì)算出最小降雨量需求值，在無法滿足實(shí)際生態(tài)補(bǔ)水需求時，則需要采取水庫補(bǔ)水措施。通過合理制定補(bǔ)水調(diào)度方案，可以同時滿足生活、工業(yè)、灌溉用水需求，并保證下游河道的基本生態(tài)補(bǔ)水保證率，從而防止下游河道出現(xiàn)干涸的情況。

3 結(jié) 語

綜上所述，對王快水庫生態(tài)補(bǔ)水潛力進(jìn)行計(jì)算和分析，可以為水庫調(diào)度運(yùn)行方案的優(yōu)化提供依據(jù)。通過明確水庫對下游河道生態(tài)補(bǔ)水潛力，制定合理的調(diào)度運(yùn)行方案，能夠同時滿足不同方面的供水需求、補(bǔ)水需求，確保下游河道生態(tài)環(huán)境良好，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。