楊 杰，劉艷霞，厙永慧

(1.酒泉市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，甘肅 酒泉 735000;2.酒泉市水利工程質(zhì)量與安全監(jiān)督管理站，甘肅 酒泉 735000)

黨河養(yǎng)育了敦煌綠洲，是敦煌的水利命脈和重要的灌溉水源，是敦煌人民的母親河。但隨著流域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)水資源需求量的增加，致使工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水及生活用水進(jìn)一步擠壓生態(tài)用水。生態(tài)用水的緊缺，導(dǎo)致了敦煌西湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)萎縮、月牙泉的枯萎、敦煌灌區(qū)外綠洲與濕地退化等一系列生態(tài)環(huán)境問題。

黨河中、下游是敦煌區(qū)域99.6%以上的人口居住區(qū)和生產(chǎn)活動(dòng)區(qū)，如何保障黨河中、下游最小生態(tài)基流下泄，已成為當(dāng)前急需解決的問題。

1 流域概況

黨河位于我國(guó)河西走廊西端，發(fā)源地位于肅北蒙古族自治縣鹽池灣自然保護(hù)區(qū)，祁連山北坡的冰川融水是黨河的主要水源。黨河流經(jīng)甘肅省肅北蒙古族自治縣和敦煌兩縣市，是疏勒河的一級(jí)支流，也是中國(guó)唯一一條由南向北流向的地滲河流，干流全長(zhǎng)390km。

黨河流域地貌可分為上游祁連山脈、中游沙漠戈壁和下游平原綠洲區(qū)，黨河水峽口以上為上游，為徑流形成區(qū)。水峽口至黨河水庫(kù)段為中游沙漠戈壁區(qū)。黨河水庫(kù)以下至哈拉諾爾為下游平原綠洲區(qū)，為徑流消耗區(qū)，也是黨河灌區(qū)綠洲。

2 水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

(1)黨河流域水利工程建設(shè)、運(yùn)行現(xiàn)狀及規(guī)劃建設(shè)情況

黨河流域已建的水利工程主要包括蓄水、引水、防洪、灌溉、發(fā)電及生態(tài)等六類，其中已建調(diào)蓄水庫(kù)8座，防洪堤86.09km，引水工程1項(xiàng)，取水口4處，水電站21座，已建成月牙泉恢復(fù)補(bǔ)水工程、黨河風(fēng)情線、黨河河道恢復(fù)與歸束等生態(tài)工程，在建的水電站6座，正在籌備建設(shè)敦煌市城市地下水源地置換工程。

(2)現(xiàn)狀年黨河(干流)水資源開發(fā)利用情況

黨城灣水文站斷面以上黨城灣黨青總干渠渠首自黨河干流引水總量1590萬m3，黨城灣水文站斷面年下泄水量36322萬m3；敦煌市自黨河水庫(kù)引水28305萬m3用于農(nóng)業(yè)灌溉，黨河水庫(kù)下泄水量12139萬m3。敦煌市對(duì)黨河地表水資源開發(fā)利用程度接近90%。

3 生態(tài)水資源現(xiàn)狀

經(jīng)過對(duì)2010—2015年歷年各月黨城灣干渠渠首向肅北縣和阿克塞縣供水情況、黨河水庫(kù)向敦煌供水及生態(tài)下泄情況的統(tǒng)計(jì)分析，如圖1—2所示，肅北、阿克塞兩縣近6年來自黨河的引水量基本保持不變，且占河道內(nèi)水量的比例很小，介于4.4%～6.3%之間，斷面下泄水量比較充足；敦煌市自黨河水庫(kù)的引水量基本穩(wěn)定在3億m3左右，占水庫(kù)天然來水量的66%～87%，水庫(kù)下泄生態(tài)水量占水庫(kù)天然來水量的13%～34%，但年內(nèi)部分月份水庫(kù)下泄生態(tài)水量為0，河道斷流現(xiàn)象連年發(fā)生。

圖1 黨城灣斷面來水-生態(tài)水量下泄變化曲線圖

圖2 黨河水庫(kù)來水-用水-生態(tài)水量下泄變化曲線圖

4 最小生態(tài)流量分析研究

4.1 生態(tài)流量計(jì)算方法選擇

關(guān)于河流生態(tài)徑流量的計(jì)算，國(guó)內(nèi)外已提出了很多方法。國(guó)家環(huán)?？偩?、水利部先后推薦了多年平均流量法、多年平均枯水時(shí)段法、Tennant法、生態(tài)基流Q95法等近10余種計(jì)算方法，但目前尚無統(tǒng)一的辦法和標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)計(jì)算方法是經(jīng)驗(yàn)的和半經(jīng)驗(yàn)的?？傮w上可分為3類，即水文水力學(xué)法、生態(tài)環(huán)境法和整體法。

生態(tài)環(huán)境法主要考慮水生物對(duì)水深、流速、水溫、溶解氧、總堿度、濁度、透光度等水力要素的需求。認(rèn)為天然生態(tài)系統(tǒng)有可能得到改善。該方法是定量的而且使基于生態(tài)原理的，適用于有明確管理目標(biāo)的地區(qū)。

整體分析法是建立在盡量維持河流水生態(tài)系統(tǒng)天然功能的原則上，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的需水，包括發(fā)源地、河道、河岸地帶、洪積平原、地下水、濕地和河口都需要評(píng)價(jià)，相對(duì)比較復(fù)雜，可操作性不高。

水力學(xué)法相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，容易操作，研究生態(tài)系統(tǒng)與河道規(guī)模之間的關(guān)系，并傾向于維持河流的規(guī)模方面的“特征”，比較常用的水力學(xué)法有①田納特法(Tennant Method)，又稱為蒙大拿法，是美國(guó)目前用來確定河道生態(tài)環(huán)境用水量的一種方法，其分析計(jì)算原理是以流量的歷史資料而不是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)來推導(dǎo)河流生態(tài)流量推薦閾值，即河流生態(tài)流量推薦閾值是以預(yù)先確定的年平均流量的百分?jǐn)?shù)為基礎(chǔ)，該法主要用于干旱河流生態(tài)系統(tǒng)。主要優(yōu)點(diǎn)是使用簡(jiǎn)單，操作方便，一旦建立了流量與水生生態(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)系，需要的數(shù)據(jù)就相對(duì)較少，也不需要大量的野外工作。②Qp法，在考慮水質(zhì)因素的前提下，采用90%保證率最枯連續(xù)7天的平均水量作為河流生態(tài)流量設(shè)計(jì)值。③流量歷時(shí)曲線法，利用歷史流量資料構(gòu)建各月流量歷時(shí)曲線，使用某個(gè)頻率來確定生態(tài)流量，這種方法需要至少20年的日均流量資料，計(jì)算每個(gè)月的生態(tài)流量。④可變范圍法(Range of Variability Approach，RVA)，主要用于確定保護(hù)天然生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的河道天然流量的目標(biāo)流量。RVA法需要至少20年的流量數(shù)據(jù)資料。⑤最小月平均徑流量法，以河流最小月平均實(shí)測(cè)徑流量的多年平均值作為河流的基本生態(tài)環(huán)境需水量。⑥逐月最小生態(tài)徑流量法，考慮在天熱狀態(tài)下水生生物所能容忍的干旱地極限。此方法所計(jì)算出來的生態(tài)需水量能保證在自然條件最不利情況下河流生態(tài)系統(tǒng)不致受到較大破壞，只適用于水流和水質(zhì)條件改變較小的河流。

黨河為西北干旱區(qū)內(nèi)陸小型河流，考慮西北地區(qū)內(nèi)陸季節(jié)性斷流小河流地理、氣候，水資源特點(diǎn)，分析認(rèn)為采用水文學(xué)方法中的Qp法、Tennant法和頻率曲線法作為主要方法確定河流生態(tài)流量及枯水期生態(tài)流量較為切合實(shí)際。

4.2 最小生態(tài)流量分析

采用Qp法、Tennant法和頻率曲線法分別對(duì)黨城灣1966—2009年和沙棗園水文站1964—2015年年內(nèi)12個(gè)月的水文資料分析計(jì)算得出黨河兩個(gè)控制斷面年內(nèi)各月最小生態(tài)流量，見表1。

經(jīng)比較分析，黨河黨城灣斷面Qp法和Tennant法分析成果接近，而黨河水庫(kù)斷面Qp法和Tennant法分析成果相差較大，主要原因?yàn)椋篞p法基于最枯月徑流量，而黨河水庫(kù)斷面最枯月徑流年際、年內(nèi)變化更為劇烈，Cv值達(dá)到0.8，黨城灣斷面Cv值僅為0.157。頻率曲線法分析成果在三者中明顯較大。

因此，選擇Tennant法分析成果作為黨河黨城灣斷面的最小生態(tài)流量，即黨城灣斷面枯水期1—3月、11—12月最小生態(tài)流量1.52m3/s，豐水期4—10月最小生態(tài)流量5.48m3/s。

依照Tennant法的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)黨河水庫(kù)斷面枯水期最小生態(tài)流量按1.35m3/s控制，豐水期最小生態(tài)流量按5.08m3/s控制可使水庫(kù)下游的河道生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)至“好”的狀態(tài)。但基于黨河水庫(kù)所承載的經(jīng)濟(jì)社會(huì)供水任務(wù)較重的現(xiàn)實(shí)，考慮現(xiàn)實(shí)的可操作性和所期望的生態(tài)系統(tǒng)狀況，將水庫(kù)興利供水和生態(tài)調(diào)度進(jìn)行平衡。在水庫(kù)實(shí)際調(diào)度中部分難以滿足Tennant法分析的生態(tài)流量的時(shí)段，以河流斷面多年平均流量的10%作為下限控制。因此，黨河水庫(kù)斷面枯水期最小生態(tài)流量1.04～1.35m3/s，豐水期最小生態(tài)流量1.04～5.08m3/s。

5 生態(tài)基流下泄目標(biāo)及措施

由于肅北、阿克塞兩縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)模較小，對(duì)水資源的開發(fā)利用程度較低，黨河黨城灣控制斷面現(xiàn)狀年下泄的生態(tài)水量占該斷面多年平均流量的86%，生態(tài)流量保障程度較高，正常情況下該區(qū)段黨河生態(tài)流量下泄比較充足。因此，該段河道按照枯水期1—3月、11—12月最小生態(tài)流量按1.52m3/s，豐水期4—10月最小生態(tài)流量按5.48m3/s下泄生態(tài)流量。為保證該段呈梯級(jí)分布的引水式電站嚴(yán)格執(zhí)行生態(tài)基流分成方案，在電站引水樞紐的沖砂、泄水閘閘門底檻處永久焊接一定高度的型鋼，限制閘門的關(guān)閉，形成無障礙下泄通道。同時(shí)，在引水樞紐下游側(cè)安裝流量監(jiān)測(cè)設(shè)備和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以便將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的下泄生態(tài)流量數(shù)據(jù)和視頻通過電信固定IP實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)管部門。從工程及制度監(jiān)管上保證生態(tài)流量常年下放。

由于現(xiàn)狀黨河水庫(kù)以興利為主的運(yùn)行調(diào)度方式，水庫(kù)斷面以下連續(xù)多年均出現(xiàn)不同程度的河道斷流，不利于河道生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)健康恢復(fù)。因此，黨河水庫(kù)的調(diào)度運(yùn)行方式必須以興利和生態(tài)為雙目標(biāo)進(jìn)行調(diào)度，平水年份保障全年最小生態(tài)流量下泄，盡量減少河道斷流天數(shù)，最大程度恢復(fù)河道連續(xù)性和生態(tài)系統(tǒng)。

考慮擬實(shí)施的《敦煌水資源合理利用與生態(tài)保護(hù)綜合規(guī)劃(2011—2020年)》中的引哈濟(jì)黨工程調(diào)水項(xiàng)目，以按期實(shí)施和暫緩實(shí)施為前提，分別對(duì)黨河水庫(kù)進(jìn)行了調(diào)節(jié)計(jì)算。經(jīng)調(diào)節(jié)結(jié)算后，引哈濟(jì)黨工程實(shí)施后黨河水庫(kù)斷面生態(tài)水量可按枯水期1—3月、11—12月最小生態(tài)流量按1.35m3/s下泄，豐水期4—10月最小生態(tài)流量按5.08m3/s下泄，平水年份黨河水庫(kù)全年下泄生態(tài)水量14127萬m3，占黨河水庫(kù)多年平均徑流量的43%，可使河道生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到好的狀態(tài)；引哈濟(jì)黨工程若暫緩實(shí)施，黨河水庫(kù)斷面枯水期1—3月、11—12月最小生態(tài)流量只能按1.04～1.35m3/s下泄，豐水期4—10月最小生態(tài)流量按1.04～5.08m3/s下泄，平水年份黨河水庫(kù)全年下泄生態(tài)水量6234萬m3，占黨河水庫(kù)多年平均徑流量的19%，可使河道生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到中等狀態(tài)。考慮黨河水庫(kù)還兼有向月牙泉和西湖自然保護(hù)區(qū)輸水的任務(wù)，若按以上計(jì)算生態(tài)基流下泄生態(tài)流量，下泄水量未至西湖實(shí)地將消耗殆盡，無法滿足月牙泉及西湖生態(tài)恢復(fù)水量，對(duì)下游河道生態(tài)恢復(fù)意義不大。因此，考慮可在生態(tài)流量保證率相對(duì)較低的情況下增加下泄量的方案。如圖3—4所示。

圖3 黨河水庫(kù)—黃芭公路橋河道輸水效率圖

圖4 黃芭公路橋—玉門關(guān)段河道輸水效率圖

根據(jù)黨河水庫(kù)的運(yùn)行方式、生態(tài)下泄水量的要求進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，確定：

2015年引哈濟(jì)黨工程實(shí)施前，全年向西湖輸水4525萬m3(黨河水庫(kù)下泄斷面，以下同)，即每年2月11—20日、3月1—5日、9月1—9日、11月21—23日4段共27d為生態(tài)輸水期，下泄水量分別為1673、798、1516、538萬m3；輸水流量分別為19.4、18.5、19.5、20.7m3/s。2020年引哈濟(jì)黨工程實(shí)施后，全年向西湖輸水8037萬m3，每年3月1—10日、5月1—10日、8月1—3日、8月21—31日、10月1—3日、11月21—23日6段共40d為生態(tài)輸水期，下泄水量分別為2332.8、1900.8、622.1、2090.9、570.2、519.9萬m3。輸水流量分別為27、22、24、22、22、20.1m3/s。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著黨河水庫(kù)按照規(guī)劃確定的生態(tài)流量下泄生態(tài)水量，敦煌黨河濕地面積逐年恢復(fù)。黨河水庫(kù)以上水電站通過建設(shè)無障礙下泄通道，保證了生態(tài)流量下泄，河道植被逐年恢復(fù)。

雖然集中短時(shí)間內(nèi)下泄生態(tài)用水，河道斷流時(shí)間較長(zhǎng)，無法滿足生態(tài)基流最小流量連續(xù)下泄的要求，但在滿足10%以上的生態(tài)流量的條件下，河道生態(tài)恢復(fù)任然有效。因此，在確定河道生態(tài)基流時(shí)，應(yīng)充分考慮河道水資源開發(fā)程度、調(diào)蓄設(shè)施、生態(tài)流量的保證度、河道輸水效率等因素，按照不同河段的影響因素合理確定生態(tài)基流的下泄方式和流量，才能保證河道生態(tài)的持續(xù)健康。