張 軍，高 薇

（1.吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院，吉林 長春 130021；2.吉林省水文水資源局，吉林 長春 130022）

大中型水庫工程的興建為人類帶來了巨大的經(jīng)濟和社會效益，但也改變了河流的天然狀況，引起了河道的非連續(xù)化，造成了對河流生態(tài)系統(tǒng)的破壞。截止到2011年底，吉林省已建大中型水庫129座，除以發(fā)電為主要任務(wù)的水庫以外，大部分水庫在原設(shè)計及以后調(diào)度運行中沒有考慮下游河道的生態(tài)用水，致使水庫下游河道經(jīng)常處于干涸、斷流狀態(tài)，導(dǎo)致水環(huán)境容量下降、生態(tài)環(huán)境不斷惡化。為改善下游河道生態(tài)環(huán)境，恢復(fù)河道生態(tài)系統(tǒng)，對水庫原有調(diào)度方式進行修正，以增加水庫的生態(tài)調(diào)度功能。

1 生態(tài)調(diào)度的內(nèi)涵

目前為保護河流生態(tài)系統(tǒng)，調(diào)整水庫的調(diào)度規(guī)程，以提高中下游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和改善水生生物生存條件，學(xué)術(shù)界對“生態(tài)調(diào)度”各自提出了自己的觀點，但還沒有給出十分明確的定義。董哲仁提出了水庫多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度方法網(wǎng)，其定義為：在實現(xiàn)防洪、發(fā)電、供水、灌溉、航運等社會經(jīng)濟多種目標(biāo)的前提下，兼顧河流生態(tài)系統(tǒng)需求的水庫調(diào)度方法。蔡其華提出，在滿足壩下游生態(tài)保護和庫區(qū)水環(huán)境保護要求的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮水庫的防洪、發(fā)電、灌溉、供水、航運、旅游等各項功能，使水庫對壩下游生態(tài)和庫區(qū)水環(huán)境造成的負面影響控制在可承受的范圍內(nèi)，并逐步修復(fù)生態(tài)與環(huán)境系統(tǒng)，為減輕大壩對河流的生態(tài)造成的影響同，應(yīng)在一定時期內(nèi)，致力于改變水庫調(diào)度方式，保護河流生態(tài)。由此，不難得出生態(tài)調(diào)度包括兩層含義：一是利用水庫適時適量地調(diào)節(jié)下泄流量，應(yīng)對徑流在時間上分布的不均勻性，滿足流域生物種群生存發(fā)展動態(tài)平衡要求，最大限度地降低或消除水庫對流域生態(tài)的負面影響；二是利用水庫調(diào)節(jié)流量，改善水庫內(nèi)及下游水流水質(zhì)，維持河流連續(xù)、完整的健康系統(tǒng)，保障下游地表水、地下水適量補給，最大限度消除水庫對流域環(huán)境的負面影響。

2 吉林省大中型水庫調(diào)度現(xiàn)狀

現(xiàn)行的水庫調(diào)度方式主要有兩大類，即防洪調(diào)度和興利調(diào)度。吉林省的大多數(shù)大中型水庫都具有防洪、發(fā)電、供水、灌溉等綜合功能，而每一座水庫的功能有所側(cè)重?，F(xiàn)行水庫調(diào)度方式的主要缺陷是注重發(fā)揮水庫的社會經(jīng)濟功能，力求經(jīng)濟效益的最大化，但是忽視對于水庫下游及庫區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)需求。從河流生態(tài)系統(tǒng)保護的角度看，現(xiàn)行水庫調(diào)度方式存在的主要問題：一是大多數(shù)的水庫調(diào)度方案沒有考慮下游生態(tài)保護和庫區(qū)水環(huán)境保護的要求。目前一些大中型水庫往往只重視灌溉效益，忽視了壩下游生態(tài)保護的要求，如水庫在進行蓄水時，導(dǎo)致壩下游出現(xiàn)減水河段，甚至脫水河段，使壩下游水生物（尤其是魚類）的生存環(huán)境遭受極大破壞，一些減水和脫水河段的生物多樣性遭受嚴重破壞，直接威脅壩下游水生態(tài)的安全；由于水庫對下泄流量的調(diào)節(jié)作用，也可能引起水庫下游局部河段出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化。二是受水庫調(diào)度運行的影響，也會引發(fā)庫區(qū)局部緩流區(qū)域或支流回水區(qū)出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化，甚至“水華”現(xiàn)象的發(fā)生（如新立城水庫于2007年夏季出現(xiàn)藍藻）；水庫消落帶的利用與水庫的調(diào)度運行不協(xié)調(diào)，可能造成消落帶利用而污染水庫水質(zhì)。三是缺乏對水資源的統(tǒng)一調(diào)度與管理。水庫本身對于河流的連續(xù)性就形成了脅迫效應(yīng)，如果調(diào)度運用不當(dāng)，會使這種脅迫效應(yīng)加劇。這些水庫的存在破壞了水系的連通性，導(dǎo)致河流納污能力大幅度下降。為保證灌溉等用水，大多數(shù)水庫在整個枯水期基本封閉，排入河道的工業(yè)廢水和社會污水在閘壩前大量聚集，當(dāng)汛期首次開閘泄洪時，這些高濃度污水集中下泄，極易造成突發(fā)性污染事故。

3 水庫生態(tài)調(diào)度模型

水庫生態(tài)調(diào)度以水庫調(diào)度所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)環(huán)境效益的綜合效益為最大目標(biāo)函數(shù)。經(jīng)濟效益包括供水、發(fā)電、灌溉、航運等效益；社會效益包括防洪、供水等效益；生態(tài)環(huán)境效益包括生態(tài)效益、環(huán)境效益。

3.1 目標(biāo)函數(shù)

式中：T為水庫綜合利用效益；X為決策向量；W1（X），W2（X），W3（X）為水庫調(diào)度所獲得的經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)環(huán)境效益。

3.2 約束條件

1）水庫下游河道最小生態(tài)需水過程

最小生態(tài)流量是指維持系統(tǒng)生存所需的最低水量或底限閥值，若低于該水量，系統(tǒng)會發(fā)生退化。對于水庫下游河道來說，最小生態(tài)流量也是為了防止河道水體斷流并發(fā)生功能性裂變，維持河道水流循環(huán)的最小流量。目前我國最小生態(tài)流量計算方法主要有4種：采用暢流期90%流量；多年平均流量的10%；90%保證率最枯月平均流量；考慮下游最小生態(tài)需水要求。

式中：Otx為t時段水庫下游河道最小生態(tài)需水流量，m3/s。

2）泄流量

水庫最大泄流量不超過水庫的下泄能力，最小泄流量不應(yīng)小于綜合利用要求的最小流量。

式中：Omaxt為 t時段的最大泄流能力，m3/s；Omint為t時段水庫綜合利用要求的最小下泄流量，m3/s。

3）庫水位

式中：Zmint為t時段水庫最低水位限制，一般為死水位，m；Zmaxt為t時段水庫最高水位限制，非汛期為正常蓄水位，汛期防洪限制水位和校核洪水位，m。

4）水量平衡

式中：Q1，q1為時段初入庫、出庫流量，m3/s；Q2，q2為時段末入庫、出庫流量，m3/s；V2，V1為時段初、末水庫蓄水量，萬m3；△t為計算時段。

5）其它

如各水庫庫容曲線約束、下游防洪條件約束、出力限制約束、非負約束等。

4 生態(tài)調(diào)度方案與效益分析

此次吉林省大中型水庫生態(tài)調(diào)度選取了對下游河道生態(tài)恢復(fù)具有明顯作用的38座水庫，按水庫功能劃分為4類：農(nóng)業(yè)灌溉水庫；城市供水水庫；同時具有農(nóng)業(yè)灌溉和城市供水的水庫；具有旅游功能的水庫。

根據(jù)水庫所在地區(qū)和水庫功能目標(biāo)的不同，確定以下調(diào)度原則：

1）對以灌溉為主要功能的水庫，考慮下游生態(tài)用水時由減少相應(yīng)的灌溉面積來補償。

2）對以供水為主要功能的水庫，有調(diào)水工程的，減少相應(yīng)的城鎮(zhèn)供水作為生態(tài)用水的補償；無調(diào)水工程的，按水庫的設(shè)計能力供水。

3）對以灌溉、供水為主要功能的水庫，如有調(diào)水工程，則保持水庫的灌溉面積不變，減少相應(yīng)的城鎮(zhèn)供水作為生態(tài)用水補償；如無調(diào)水工程，則保持水庫的城鎮(zhèn)供水不變，減少相應(yīng)的灌溉面積作為生態(tài)用水的補償。

根據(jù)吉林省大中型水庫生態(tài)調(diào)度方案，38座大中型水庫多年平均向下游提供生態(tài)水量12449.8萬m3。

生態(tài)用水對河道稀釋納污、保護生物多樣性、調(diào)節(jié)氣候、旅游以及下游城鎮(zhèn)環(huán)境等將會產(chǎn)生極大的價值，一般地有生態(tài)環(huán)境效益、房地產(chǎn)效益、城鎮(zhèn)居住環(huán)境改善效益、城市形象提升和投資環(huán)境的改善對城市經(jīng)濟的推動作用等。生態(tài)用水調(diào)度效益為河道生態(tài)效益＋房地產(chǎn)效益+對城市經(jīng)濟推動效益，但生態(tài)用水效益并不是三者的簡單相加，由于生態(tài)用水中對城市經(jīng)濟推動效益難以計算，在生態(tài)用水調(diào)度中，主要從稀釋納污價值、生物多樣性維持價值、房地產(chǎn)效益三方面計算，經(jīng)計算三方面效益分別為7.8億元、0.425億元、7.47億元，水庫生態(tài)調(diào)度綜合效益為15.7億元。

5 生態(tài)調(diào)度保障措施與補償機制

基于吉林省相關(guān)研究和實踐情況，針對生態(tài)調(diào)度所涉及的具體保障措施，需要從經(jīng)濟、技術(shù)與管理等主要方面予以考慮和研究。經(jīng)濟保障措施根據(jù)水庫興建的功能，統(tǒng)籌防洪、興利與生態(tài)之間的關(guān)系，明確生態(tài)補償?shù)闹黧w，從法律和政策層面上，遵循“誰受益，誰補償、誰污染，誰付費”的原則，確定生態(tài)調(diào)度受益方為補償?shù)闹黧w，補償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)應(yīng)以河流生態(tài)系統(tǒng)的不同服務(wù)功能價值為依據(jù)。技術(shù)與管理保障就是強化各類實時監(jiān)督與監(jiān)測、堅持科學(xué)評估、建立河流水系生態(tài)調(diào)度實時監(jiān)控與管理系統(tǒng)、研究不同來水條件下的合理生態(tài)調(diào)度方案及其調(diào)度規(guī)則、開展水庫生態(tài)調(diào)度效益分析評價，建立生態(tài)調(diào)度補償與費用分攤機制等。補償機制就是要讓生態(tài)脆弱的地區(qū)更多地承擔(dān)保護生態(tài)而非經(jīng)濟發(fā)展的責(zé)任。建立下游地區(qū)對上游地區(qū)、開發(fā)地區(qū)對保護地區(qū)、受益地區(qū)對受損地區(qū)、城市對鄉(xiāng)村、富裕人群對貧困人群的生態(tài)補償機制，從而平衡因生態(tài)用水調(diào)度而發(fā)生的各方利益。建立流域、水庫間及各行政區(qū)域的生態(tài)補償機制；結(jié)合建設(shè)社會主義新農(nóng)村加強農(nóng)村環(huán)境規(guī)劃、建設(shè)和污染防治，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)組織環(huán)保協(xié)管員隊伍，強化以水環(huán)境為主的農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護。

6 結(jié)語

吉林省大中型水庫生態(tài)調(diào)度研究是貫徹科學(xué)發(fā)展觀，堅持水資源的可持續(xù)利用，人與自然和諧，針對水利發(fā)展中所遇到的新情況、新問題進行有力探索的一個重要步驟。通過大中型水庫生態(tài)調(diào)度研究表明，采取節(jié)水措施、新建引水工程等，對水庫制定合理的生態(tài)調(diào)度原則，可以在對水庫原有功能不影響或影響很小的前提下達到向下游河道恢復(fù)生態(tài)供水的目的；同時水庫生態(tài)調(diào)度不僅可以恢復(fù)河道下游生態(tài)系統(tǒng)，帶來良好的社會效益，同時也可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。

［1］董哲仁.河流生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)［J］.中國水利，2004（10）.

［2］董哲仁.筑壩河流的生態(tài)補償［J］.中國工程科學(xué)，2006（1）.

［3］王浩，謝新民，等.流域生態(tài)調(diào)度理論與實踐［M］.北京：中國水利水電出版社，2010.

［4］董哲仁.水庫多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度［J］.水利水電技術(shù)，2007（1）.

［5］艾學(xué)山.水庫生態(tài)調(diào)度模型及算法研究［J］.長江流域資源與環(huán)境，2008（5）.

［6］蔡其華.充分考慮河流生態(tài)系統(tǒng)保護因素完善水庫調(diào)度方式［J］.中國水利，2006（2）.