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)劃設計管理局，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沒有扣除或預留河道內(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、閘址斷面及引水斷面等)下泄水量不小于生態(tài)基流量即可。

筆者認為生態(tài)基流應計入需水量，參與水資源供需平衡分析計算。一些設計單位認為：在灌溉期農(nóng)業(yè)灌溉需水量遠遠大于生態(tài)基流量，即壩址斷面下泄水量遠遠大于生態(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，規(guī)模太小則不能滿足水利工程建設的功能要求。

為此筆者結合多年實踐工作實踐，以工程實例從以下幾方面來進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，出山口以下進入平原區(qū)，分布著綠洲灌區(qū)。

二十世紀六七十年代，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和水利水電工程技術的進步，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

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)濟社會發(fā)展中占有重要地位，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形成獨特的“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，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)服務功能,用以維持或恢復河流生態(tài)系統(tǒng)基本結構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)境保護行業(yè)有關技術標準，目前新疆地區(qū)生態(tài)基流按汛期和非汛期兩個時期分別確定，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)、提水斷面。現(xiàn)狀環(huán)保要求生態(tài)基流在線流量監(jiān)測設施設在主要控制水文斷面，如壩址、閘址等斷面后。

工程設計中，水資源平衡分析如何對待生態(tài)基流存在兩種情況：一部分工程在項目規(guī)模論證時，水資源平衡分析中將生態(tài)基流列入并參與平衡計算，但也有相當部分工程在水資源平衡分析中未將生態(tài)基流列入?yún)⑴c平衡計算，設計單位認為：在水庫調(diào)度運行過程中，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渠首時被全部引入灌區(qū)，而造成渠首下游斷流，從而導致河道生態(tài)環(huán)境惡化。

《水工程規(guī)劃設計生態(tài)指標體系于應用指導意見》中指出，北方水資源短缺地區(qū)水資源可利用量計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為：首先計算河道內(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以保證河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量為前提。為保護下游河道生態(tài)，任何水利水電工程的建設必須預留河道內(nèi)生態(tài)用水，即生態(tài)基流。水利工程項目水資源供需平衡分析時，生態(tài)基流量應參與平衡分析。

3 工程實例

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

若羌水庫設計過程中，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)基流量總計不少于1324.8萬m3。但在水資源平衡分析計算時并未將生態(tài)基流計入?yún)⑴c平衡，同時也影響到水庫規(guī)模的確定。

3.2.1 P=75%來水頻率

在此來水頻率下，至設計水平年農(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入)。

(1)無水庫時

沒有將生態(tài)基流列入平衡分析時，在無水庫調(diào)節(jié)的情況下平衡計算后灌區(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)

有水庫調(diào)節(jié)時，不計入生態(tài)水量時，平衡計算后灌區(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)

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)平衡計算后地表水余水量為負，表明本灌區(qū)已超引水量，占用了河道內(nèi)生態(tài)水量，應采取節(jié)水灌溉技術或減少灌溉面積等措施以減少河道引水，達到保護河道生態(tài)的目的。見表3。

3.2.2 P=50%來水頻率

在此頻率下，至設計水平年農(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入)。

(1)無水庫時

至設計水平年無水庫時，只對地表水的來水和用水量進行平衡。在無水庫調(diào)節(jié)的情況下平衡計算后灌區(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)

有水庫調(diào)節(jié)時，不計入生態(tài)水量時，平衡計算后灌區(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)

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，平衡計算后灌區(qū)不缺水，地表水余水量1152.9萬m3。見表6。

表1 設計水平年水資源供需平衡表(無水庫) 單位：萬m3

表2 設計水平年水資源供需平衡表(有水庫) 單位：萬m3

表3 設計水平年水資源供需平衡表(有水庫) 單位：萬m3

表4 設計水平年水資源供需平衡表(無水庫) 單位：萬m3

表5 設計水平年水資源供需平衡表(有水庫) 單位：萬m3

表6 設計水平年水資源供需平衡表(有水庫) 單位：萬m3

由以上平衡計算可知，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，當水資源平衡分析不計入生態(tài)基流時，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，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)。此結果意味著要想同時滿足流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)需水和生態(tài)需水，尚缺水322.7萬m3。此時壩址斷面在線流量監(jiān)測的結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)基流時照樣可以滿足此時段生態(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，違背了為保護河道生態(tài)下泄生態(tài)基流的宗旨和目的。應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)，同時調(diào)整水庫庫容至合適規(guī)模，既保護好了河道生態(tài)，又使水資源發(fā)揮最大的效益。

4 結論

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

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，用水矛盾的日益尖銳，導致河流生態(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，成為有關部門必須面對的問題。具體到每個水利工程，要在每一個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現(xiàn)對河道生態(tài)環(huán)境的保護、實現(xiàn)經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的和諧共處。