繆萍萍

（海河水利委員會(huì)水資源保護(hù)科學(xué)研究所，天津 300170）

流域水資源生態(tài)配置與調(diào)度研究綜述

繆萍萍

（海河水利委員會(huì)水資源保護(hù)科學(xué)研究所，天津 300170）

水資源是人與自然共同依賴的關(guān)鍵資源，水資源配置與調(diào)度在水利工作中具有重要地位。傳統(tǒng)的水資源配置與調(diào)度注重區(qū)域間和行業(yè)間的水量分配，存在擠占生態(tài)用水的現(xiàn)象。流域水資源生態(tài)配置與調(diào)度是以流域重要生態(tài)保護(hù)目標(biāo)為核心，通過(guò)工程措施和非工程措施，統(tǒng)一調(diào)配各種水源，協(xié)調(diào)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境之間的水矛盾，促進(jìn)流域生態(tài)健康和可持續(xù)發(fā)展。在開(kāi)展流域水資源生態(tài)調(diào)度時(shí)，要科學(xué)計(jì)算生態(tài)需水以及可供水量，制定合理的水利工程生態(tài)調(diào)度規(guī)則，同時(shí)注重發(fā)揮各種非工程措施的作用。

水資源；生態(tài)環(huán)境；配置；調(diào)度；流域

水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基，是人與自然共同依賴的關(guān)鍵資源。水資源配置和調(diào)度在水利工作中具有重要地位，在水利規(guī)劃、工程運(yùn)行、水資源管理等方面發(fā)揮著重要的支撐作用。傳統(tǒng)的水資源配置主要考慮區(qū)域間、行業(yè)間的水量分配，改變了水的天然循環(huán)規(guī)律[1]，改變了人類社會(huì)與生態(tài)環(huán)境共享水資源的格局，引發(fā)了河道斷流、濕地萎縮、生態(tài)退化等水生態(tài)問(wèn)題[2]。1971年，Bishop[3]提出基于水資源、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展的流域水資源管理理念。2003年，董哲仁[4]提出人與自然和諧相處的生態(tài)水工學(xué)。水資源生態(tài)配置與調(diào)度逐漸發(fā)展成為水文學(xué)、水資源學(xué)、生態(tài)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)等多學(xué)科交叉的新領(lǐng)域[5]。流域水資源生態(tài)配置與調(diào)度是以流域重要生態(tài)保護(hù)目標(biāo)為核心，通過(guò)工程措施和非工程措施，統(tǒng)一調(diào)配各種水源，協(xié)調(diào)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境之間的水矛盾，促進(jìn)流域生態(tài)健康和可持續(xù)發(fā)展[6]。流域水資源生態(tài)配置與調(diào)度需要解決四大問(wèn)題：一是全面考慮流域內(nèi)各個(gè)生態(tài)保護(hù)目標(biāo)，提出適宜的生態(tài)需水；二是聯(lián)合調(diào)度控制性骨干工程，制定合理的生態(tài)調(diào)度方案；三是建立健全流域生態(tài)調(diào)度體制機(jī)制，發(fā)揮非工程措施作用；四是積極探索分布式水文模型，算清水賬摸清家底。

1 全面考慮生態(tài)要素和保護(hù)目標(biāo)

傳統(tǒng)的水資源配置與調(diào)度優(yōu)先考慮生活和生產(chǎn)用水，生態(tài)需水方面往往只考慮保留河道生態(tài)基流，普遍存在擠占生態(tài)需水的現(xiàn)象[7]。充分考慮各類生態(tài)要素，準(zhǔn)確計(jì)算生態(tài)需水量，是流域水資源生態(tài)配置和調(diào)度的前提。一般認(rèn)為，河道內(nèi)生態(tài)需水包括河流、河口、湖泊生態(tài)補(bǔ)水，河道外生態(tài)需水包括維持植被、濕地以及水生態(tài)系統(tǒng)不退化所需要的水量。定額法是進(jìn)行需水預(yù)測(cè)普遍采用的方法，但要對(duì)流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展特點(diǎn)和生態(tài)環(huán)境形勢(shì)有科學(xué)的預(yù)判[8]。左其亭等[9]對(duì)生態(tài)需水進(jìn)行了歸納，劃分為需要配置的部分和不需要配置的部分，其中需要配置的部分又進(jìn)一步劃分為直接配置和間接配置兩類，在合理分類的基礎(chǔ)上確定流域生態(tài)水量。張洪波等[10]從生態(tài)系統(tǒng)整體性的角度提出生態(tài)水量的確定方法，建立生態(tài)保護(hù)目標(biāo)與水文要素之間的響應(yīng)關(guān)系，即生態(tài)水文概念模型，將生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的水文需求通過(guò)水力學(xué)方法演算為生態(tài)水量。馬真臻等[11]在識(shí)別黃河下游河段生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的實(shí)踐中，建立了地形地貌、鳥(niǎo)類、魚(yú)類、大型無(wú)脊椎動(dòng)物、植被等與水文要素的概念模型，確定了各個(gè)保護(hù)目標(biāo)的水力學(xué)條件，并由此演算出花園口、利津斷面的生態(tài)水量。

2 科學(xué)調(diào)度控制性水利工程

生態(tài)調(diào)度是水利工程運(yùn)行調(diào)度的新階段，其目標(biāo)是滿足流域生態(tài)需水和河流健康[12]。流域控制性水利工程的生態(tài)調(diào)度應(yīng)當(dāng)注重短期利益與長(zhǎng)期利益的權(quán)衡、上游利益與下游利益的權(quán)衡、生態(tài)目標(biāo)與非生態(tài)目標(biāo)的權(quán)衡，上述三組利益間的權(quán)衡增加了流域水資源生態(tài)配置和調(diào)度決策的復(fù)雜性。張琦等[13]梳理了遼河流域的農(nóng)業(yè)供水工程，從改善流域水生態(tài)狀況的角度增加了水庫(kù)生態(tài)調(diào)度任務(wù)，確定了水庫(kù)群聯(lián)合生態(tài)調(diào)度方案。胡和平等[14]認(rèn)為生態(tài)流量過(guò)程線是實(shí)施水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的基礎(chǔ)，針對(duì)下游河道生態(tài)問(wèn)題，演算出其相應(yīng)的生態(tài)流量過(guò)程，水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的任務(wù)即滿足該生態(tài)流量過(guò)程，解決或緩解下游生態(tài)問(wèn)題，維持河流健康?？盗岬萚15]建立了水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的最優(yōu)化模型，提出采用逐步優(yōu)化算法進(jìn)行求解，得到實(shí)用性、操作性較強(qiáng)的水庫(kù)調(diào)度方案。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)或人工智能算法也在水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方面進(jìn)行了應(yīng)用，周李智等[16]采用數(shù)據(jù)預(yù)處理與篩選技術(shù)修復(fù)水文系列中的奇異值，提高了小水電群生態(tài)徑流的合理性，采用基于動(dòng)態(tài)鄰域結(jié)構(gòu)的PSO算法建立并求解了水庫(kù)群生態(tài)調(diào)度模型。呂巍等[17]分析了烏江主要生態(tài)斷面的最小生態(tài)水量、適宜生態(tài)水量和理想生態(tài)水量，構(gòu)建了梯級(jí)水電站多目標(biāo)生態(tài)調(diào)度模型，采用智能優(yōu)化算法進(jìn)行了求解。李志輝等[18]針對(duì)水利工程建設(shè)影響生物多樣性的現(xiàn)象，提出在水庫(kù)建設(shè)和調(diào)度的過(guò)程中要準(zhǔn)確掌握影響區(qū)域內(nèi)的生物現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展生態(tài)調(diào)度。

3 合理安排節(jié)水護(hù)水非工程措施

高效利用有限的水資源，保障生態(tài)需水，可以采用的非工程措施包括節(jié)水措施與激勵(lì)政策機(jī)制、生態(tài)調(diào)度管理機(jī)制、水生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制、水權(quán)交易機(jī)制等方面的措施。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的輸水損失、儲(chǔ)水損失、無(wú)效蒸騰等是造成水資源消耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具有較大的節(jié)水潛力。陳克強(qiáng)等[19]認(rèn)為除了渠道防滲、管道輸水等工程措施外，推廣節(jié)水灌溉技術(shù)和制度、實(shí)施灌區(qū)水資源優(yōu)化配置和調(diào)度、改革農(nóng)業(yè)水價(jià)形成機(jī)制等非工程措施對(duì)提高農(nóng)業(yè)水利用效率十分有效。王雁林等[20]指出傳統(tǒng)的水資源配置與調(diào)度方式是造成陜西渭河流域生態(tài)惡化的重要原因，要解決這些問(wèn)題，需要嚴(yán)格控制人口過(guò)快增長(zhǎng)、加強(qiáng)流域水源區(qū)的涵養(yǎng)和保護(hù)，在節(jié)水、治污的同時(shí)增加非常規(guī)水資源的使用量。尹正杰等[21]分析了目前長(zhǎng)江流域水庫(kù)群生態(tài)調(diào)度存在的問(wèn)題，認(rèn)為在技術(shù)上生態(tài)調(diào)度已有一些成果，但在管理上還需健全生態(tài)調(diào)度管理體制機(jī)制，建議設(shè)立流域?qū)用娴纳鷳B(tài)調(diào)度管理機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)制定生態(tài)調(diào)度規(guī)程，提出敏感區(qū)域生態(tài)監(jiān)測(cè)需求，發(fā)布生態(tài)調(diào)度信息等事務(wù)；在出現(xiàn)重大生態(tài)需水虧缺時(shí)，流域生態(tài)調(diào)度機(jī)構(gòu)可以直接干預(yù)流域內(nèi)的水庫(kù)調(diào)度，保障生態(tài)用水。任世芳和馬義娟[22]將生態(tài)基流引入水生態(tài)補(bǔ)償中，認(rèn)為受損的生態(tài)系統(tǒng)是水生態(tài)補(bǔ)償?shù)氖滓腕w，為了引導(dǎo)生態(tài)補(bǔ)償真正用于生態(tài)恢復(fù)，應(yīng)根據(jù)生態(tài)基流確定補(bǔ)償額度，補(bǔ)償?shù)姆绞娇梢允秦泿判问交蛘呱鷳B(tài)水量的形式。陸文聰?shù)萚23]研究了水權(quán)交易中的效率問(wèn)題，對(duì)比了無(wú)交易機(jī)制條件下和政府主導(dǎo)水權(quán)交易機(jī)制下的水資源配置和利用效率，認(rèn)為水權(quán)交易能提高參與者的收益，促進(jìn)水資源優(yōu)化配置。

4 深入刻畫(huà)流域水循環(huán)過(guò)程

準(zhǔn)確計(jì)算水資源可利用量，是實(shí)施流域水資源生態(tài)配置和調(diào)度的前提。通常水資源評(píng)價(jià)需要將取水還原到實(shí)測(cè)系列中再作分析，但是人類劇烈活動(dòng)、下墊面劇烈變化等因素對(duì)水資源形成產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)致水文一致性喪失，動(dòng)搖了基于歷史長(zhǎng)系列分析方法的理論基礎(chǔ)。王忠靜等[24]指出下墊面變化劇烈條件下傳統(tǒng)水文序列分析中可能存在的“還原失真”和“還原失效”的問(wèn)題，認(rèn)為應(yīng)當(dāng)采用分布式水文模型從機(jī)理上解決上述問(wèn)題，并在永定河山區(qū)采用基于坡面流的分布式水文模型對(duì)不同下墊面條件下官?gòu)d水庫(kù)以上流域多年平均地表水資源量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。李亞平等[25]考慮到生態(tài)需水受季節(jié)、氣候等多因素影響，從生態(tài)系統(tǒng)和水資源系統(tǒng)相互作用入手，采用分布式水文模型分析了各種生態(tài)措施對(duì)生態(tài)需水的影響，計(jì)算了不同保護(hù)目標(biāo)下不同保證率的流域生態(tài)需水。郝彩蓮等[26]利用中國(guó)水利水電科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的WEP模型，結(jié)合生態(tài)需水情況，模擬了雙峰寺水庫(kù)的調(diào)度對(duì)下游武烈河水文過(guò)程的影響，指出現(xiàn)階段雙峰寺水庫(kù)調(diào)度問(wèn)題，提出基于下游生態(tài)需水的修正調(diào)度方案。陳剛等[27]采用MIKE Basin工具[28-30]，將流域生態(tài)需水和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整相結(jié)合，研究了滇池流域多水源水質(zhì)水量聯(lián)合調(diào)度的水資源配置方案，提出相應(yīng)的水系連通工程方案，構(gòu)建了“清水入湖、中水回用、清污分流”的水循環(huán)模式。在西北干旱地區(qū)，石敏俊等[31]基于農(nóng)業(yè)調(diào)查，構(gòu)建了石羊河流域GBEM模型，將農(nóng)業(yè)用水量作為約束條件，研究了生態(tài)重建目標(biāo)下石羊河流域水資源優(yōu)化配置和調(diào)度方案。

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TV213.4

A

1004-7328（2017）05-0008-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.05.003

2017—05—20

繆萍萍（1986—），女，碩士，工程師，主要從事水資源保護(hù)、水量調(diào)度工作。