水艷 李麗華 喻光曄

淮河流域重要控制斷面生態(tài)流量調(diào)度時(shí)空需求探討

水艷 李麗華 喻光曄

一、引言

生態(tài)環(huán)境是人類生存發(fā)展的最基本自然條件，是經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)。它即受到自然發(fā)展規(guī)律的制約，也為人類的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)所約束?！氨Ｗo(hù)和改善生態(tài)環(huán)境”已經(jīng)成為21世紀(jì)國際社會(huì)“環(huán)境與發(fā)展”與“和平與發(fā)展”兩個(gè)同等重要主題的內(nèi)容之一，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。“水是生命之源，生產(chǎn)之要，生態(tài)之基”，對(duì)維持人類賴以生存的社會(huì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境起著決定性的作用。

國家“水污染防治行動(dòng)計(jì)劃”提出：“當(dāng)前，我國一些地區(qū)水環(huán)境質(zhì)量差、水生態(tài)受損重、環(huán)境隱患多等問題十分突出，影響和損害群眾健康，不利于經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展”，并明確要求“科學(xué)確定生態(tài)流量。在黃河、淮河等流域進(jìn)行試點(diǎn)，分期分批確定生態(tài)流量（水位），作為流域水量調(diào)度的重要參考?！?/p>

淮河在我國的自然地理上是一條重要的界限，淮河以北屬于暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，以南屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)?；春恿饔蛩Y源時(shí)空分布不均，主要受降水影響。降水的主要因素是季風(fēng)，降水特點(diǎn)是地區(qū)分布不均，年內(nèi)分布集中，年際變化大，導(dǎo)致年徑流的時(shí)空分布具有地區(qū)變化劇烈、年內(nèi)分配集中和年際變化大的特點(diǎn)。

本文從國家對(duì)生態(tài)環(huán)境的總體部署及淮河流域的實(shí)際出發(fā)，根據(jù)已有的生態(tài)流量研究基礎(chǔ)，以提高重要控制斷面生態(tài)流量保證率為目標(biāo)，科學(xué)分析調(diào)度流量及調(diào)度時(shí)空分布的需求。

二、研究范圍與生態(tài)控制斷面

根據(jù)“十二五”國家重大水專項(xiàng)研究課題研究需要，選擇淮河流域洪澤湖以上區(qū)域作為研究范圍，并分別在淮河干流、潁河、渦河設(shè)置王家壩、魯臺(tái)子、蚌埠、小柳巷、界首、蒙城6個(gè)重要生態(tài)控制斷面。

三、生態(tài)流量現(xiàn)狀保證率

1.“淮河法”生態(tài)流量成果

“淮河法”是《淮河流域生態(tài)用水調(diào)度研究報(bào)告》中提出的生態(tài)水量綜合計(jì)算方法，該方法充分利用淮河流域的相關(guān)研究成果，通過對(duì)國內(nèi)外方法的總結(jié)，提出以水文學(xué)方法為主，考慮生態(tài)系統(tǒng)分析的計(jì)算方法。該方法的成果被《淮河流域綜合規(guī)劃（2012）》采用。

“淮河法”計(jì)算了最小生態(tài)流量過程和適宜生態(tài)流量過程，成果見表1。

表1　重要河流控制斷面分時(shí)段最小生態(tài)流量成果表

河道最小生態(tài)流量是指為維持現(xiàn)有河道生態(tài)系統(tǒng)不再惡化、保障河道天然生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵物種不消亡，從而保證河道生態(tài)系統(tǒng)基本功能不嚴(yán)重退化，必須在河道中常年流動(dòng)著的最小臨界水量。

適宜生態(tài)流量是指水生態(tài)系統(tǒng)的生物完整性隨水量減少而發(fā)生演變，以生態(tài)系統(tǒng)衰退臨界狀態(tài)的水分條件定義為維持水體生物完整性的需水。適宜生態(tài)流量考慮目標(biāo)水體水生生物主要是魚類的生存、繁衍對(duì)水域水文、水力特性的要求。

2.生態(tài)流量滿足程度

生態(tài)斷面歷時(shí)保證率是指多年期間能夠滿足生態(tài)斷面流量要求的歷時(shí)（日、旬或月）占總歷時(shí)的百分比，即：

根據(jù)各個(gè)斷面多年（1956～2010年）實(shí)測(cè)日平均流量，與計(jì)算得到的最小、適宜生態(tài)流量作比較，分析現(xiàn)狀實(shí)際生態(tài)用水滿足程度，如表2所示。

計(jì)算結(jié)果表明：干流斷面的保證程度明顯高于支流斷面。干流對(duì)最小生態(tài)流量的日保證率可以接近或超過90%，對(duì)適宜生態(tài)流量日保證率可以達(dá)到75%以上。重要支流最小生態(tài)流量的保證率為50%～80%，適宜生態(tài)流量的保證率約50%～70%。

四、控制斷面75%保證率生態(tài)流量限值

基于生態(tài)斷面歷時(shí)保證率計(jì)算公式，本次研究中通過各個(gè)控制斷面多年（1956～2010年）實(shí)測(cè)日平均流量進(jìn)行保證率的計(jì)算，按由大到小的順序?qū)Ω鲾嗝婷刻斓娜掌骄髁窟M(jìn)行排序，選取前75%天數(shù)下的最小流量，作為生態(tài)基流保障率達(dá)到75%的日平均流量限值，即計(jì)算出的生態(tài)流量過程超過限值過程則無法滿足保證率要求，需要進(jìn)行調(diào)控加大實(shí)際流量。

由此計(jì)算出的75%保證率下的各生態(tài)控制斷面每日的生態(tài)流量限值過程，結(jié)果見圖1～圖6。

圖1　王家壩斷面75%保證率最大生態(tài)流量限值

圖2　魯臺(tái)子斷面75%保證率最大生態(tài)流量限值

圖3　蚌埠斷面75%保證率最大生態(tài)流量限值

圖4　小柳巷斷面75%保證率最大生態(tài)流量限值

圖5　界首斷面75%保證率最大生態(tài)流量限值

圖6　蒙城斷面75%保證率最大生態(tài)流量限值

五、優(yōu)化調(diào)度時(shí)空分布需求

1.調(diào)度需求

根據(jù)生態(tài)流量滿足程度分析結(jié)果，干流上，由于大部分時(shí)段內(nèi)都能保持10%～20%的生態(tài)流量，因此具有足夠的河寬、水深和流速維持水生生態(tài)的健康發(fā)展，單純水量調(diào)度對(duì)干流的進(jìn)一步改善影響不大，可以綜合考慮水量、水質(zhì)和水生態(tài)的協(xié)作發(fā)展，保障入流水質(zhì)條件和水生生物需水環(huán)境等。

支流的生態(tài)流量保障程度相對(duì)較低，最小生態(tài)流量作為保證河道生態(tài)系統(tǒng)基本功能不嚴(yán)重退化的最小臨界水量，必須通過工程調(diào)度來得到保障，若河道流量長時(shí)間處于或低于這個(gè)狀態(tài)，河道生態(tài)系統(tǒng)將走向崩潰。因此對(duì)于重要支流而言，也有必要通過壓縮社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水量等來滿足適宜生態(tài)用水保證率。

2.推薦調(diào)度規(guī)則

根據(jù)各控制斷面多年實(shí)際流量過程計(jì)算出75%保證率的生態(tài)流量限值，對(duì)比分析實(shí)際流量（采用近似平水年2010年實(shí)測(cè)流量）過程、“淮河法”最小生態(tài)流量過程和適宜生態(tài)流量過程，若現(xiàn)狀實(shí)際流量過程大于75%保證率限值及最小生態(tài)流量、適宜生態(tài)流量，則無需調(diào)度；若最小生態(tài)流量流量、適宜生態(tài)流量若低于75%保證率流量限值，則滿足75%保證率，在現(xiàn)狀流量滿足現(xiàn)狀生態(tài)流量的基礎(chǔ)上無需調(diào)度，不滿足生態(tài)流量的情況下需要進(jìn)行調(diào)度；若最小生態(tài)流量、適宜生態(tài)流量不滿足75%保證率，且實(shí)際流量過程不滿足生態(tài)流量過程，則需要通過閘壩調(diào)度加大實(shí)際流量，提高保證率。

淮河干流和潁河實(shí)際流量較大，生態(tài)流量保障程度較高，為更好地保護(hù)流域的生態(tài)環(huán)境，推薦按照適宜生態(tài)流量結(jié)合75%保證率流量限值考慮調(diào)度規(guī)則。

渦河蒙城以下斷流較嚴(yán)重，必須保障河道的最低生態(tài)環(huán)境用水量，在斷流期間按照最小生態(tài)流量進(jìn)行調(diào)度。具體調(diào)度規(guī)則見表3。

表3　推薦生態(tài)流量調(diào)度規(guī)則表

3.時(shí)間分布

根據(jù)設(shè)定的調(diào)度規(guī)則，對(duì)比分析各控制斷面的實(shí)際流量、75%生態(tài)流量最大限值、最小生態(tài)流量、適宜生態(tài)流量，得出各斷面需要進(jìn)行流量調(diào)度的具體時(shí)間。

以近似平水年2010年的實(shí)際流量過程為例，淮河干流的控制斷面僅需調(diào)度3～6d，集中在枯水期2月和12月。其中王家壩在2月份需要調(diào)度3d，平均調(diào)度流量為2.5m3/s，為實(shí)際流量的7.6%；魯臺(tái)子與蚌埠斷面需要在12月份調(diào)度4d和6d，調(diào)度流量均值分別為9.3 m3/s、42.9m3/s，為實(shí)際流量的12.6%和53.4%。

支流的調(diào)度時(shí)間跨度明顯較干流大。潁河的界首斷面調(diào)度時(shí)段分布在1～5月和11月，調(diào)度流量月均值為6.3～12.3 m3/s，相對(duì)于實(shí)際流量較大，約為實(shí)際流量的3～14倍；蒙城斷面由于斷流嚴(yán)重，整個(gè)枯水期均需要按照最小生態(tài)流量控制下泄。

4.空間分布

根據(jù)各生態(tài)控制斷面75%保證率生態(tài)流量限值與實(shí)際流量過程、最小生態(tài)流量和適宜生態(tài)流量的對(duì)比分析，日常需要通過調(diào)度使生態(tài)流量滿足要求的斷面為淮河干流王家壩、魯臺(tái)子、蚌埠斷面，潁河的界首斷面，以及渦河的蒙城。

以2010年為例，淮河干流的幾個(gè)斷面需要調(diào)度的時(shí)間較短，在枯水期僅有3～6d時(shí)間需要調(diào)度，可以通過適當(dāng)加大斷面以上閘壩的下泄流量來滿足調(diào)度要求。

潁河界首斷面2010年需要調(diào)度13d，時(shí)間較短，但是相對(duì)于實(shí)際流量過程，調(diào)度流量較大。分析生態(tài)流量主要依靠上游的大型水庫進(jìn)行水量調(diào)度，如白沙水庫、昭平臺(tái)水庫、白龜山水庫、孤石灘水庫、燕山水庫。

蒙城斷面由于非汛期斷流較嚴(yán)重，需一直按照最小生態(tài)流量進(jìn)行下泄，為了保障蒙城閘上的用水需求，生態(tài)流量主要依靠上游的大型控制蓄水閘進(jìn)行水量調(diào)度，如玄武閘、付橋閘、大寺閘、蔡橋閘、渦陽閘、蒙城節(jié)制閘等。

六、總結(jié)

時(shí)空分布需求與生態(tài)流量的計(jì)算方法及大小息息相關(guān)，不同的計(jì)算方法及生態(tài)流量的年內(nèi)展布方式直接影響到調(diào)度的閘壩和時(shí)間段以及調(diào)度的流量大小。根據(jù)調(diào)度時(shí)空分布分析結(jié)果可以進(jìn)一步檢驗(yàn)計(jì)算方法是否適合淮河流域的實(shí)際情況，對(duì)生態(tài)流量的年內(nèi)展布進(jìn)行更合理的調(diào)整。

本次僅采用《淮河流域綜合規(guī)劃》中的“淮河法”設(shè)置各控制斷面的生態(tài)流量，下一步需結(jié)合相關(guān)課題的“生態(tài)法”流量過程，確定更科學(xué)的生態(tài)流量過程，進(jìn)一步分析確定閘壩調(diào)度的時(shí)空分布需求，為保障流域生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展，為積極推進(jìn)閘壩水量—水質(zhì)—水生態(tài)多目標(biāo)聯(lián)合調(diào)度體系建設(shè)提供切合實(shí)際的分析依據(jù)

（作者單位：淮河流域水資源保護(hù)局淮河水資源保護(hù)科學(xué)研究所233001）