劉玉晶
(海河水利委員會(huì)水文局,天津 300170)
生態(tài)流量是維系河湖生態(tài)功能、控制水資源開發(fā)強(qiáng)度的重要指標(biāo),是統(tǒng)籌生活、生產(chǎn)和生態(tài)用水,優(yōu)化配置水資源的重要基礎(chǔ),事關(guān)水安全保障和生態(tài)文明建設(shè)大局。灤河(39°10′~42°40′N、115°30′~119°45′E)是海河流域的重要跨省河流,20 世紀(jì)80―90 年代,灤河中下游先后修建了潘家口、大黑汀、桃林口水庫,在確保天津市、唐山市生活和農(nóng)業(yè)用水等方面起到了重要作用。受氣候、下墊面變化和人類活動(dòng)等多重因素的影響,灤河地表徑流量逐漸減少,下游水生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重威脅,河口入海水量減少,生物多樣性衰退,對流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展造成較大影響。
因此,研究確定灤河生態(tài)流量保障目標(biāo),提出灤河生態(tài)流量保障對策建議,為推進(jìn)灤河生態(tài)修復(fù),統(tǒng)籌灤河流域生產(chǎn)、生活、生態(tài)用水,促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
灤河發(fā)源于河北省豐寧縣巴顏圖古爾山麓,流經(jīng)河北、內(nèi)蒙古、遼寧3?。ㄗ灾螀^(qū)),于河北省樂亭縣兜網(wǎng)鋪?zhàn)⑷氩澈?,全長888 km,流域面積44 600 km2。灤河上源稱閃電河,灤河干流與伊遜河匯合處以上為灤河上游,面積約23 861 km2。灤河三道河子以下至干流灤縣以上為灤河中游,面積20 240 km2,地處燕山腹地,地形起伏較大,山嶺重疊,溝谷縱橫,區(qū)間有6條較大支流匯入,均屬山溪性河流,河道比降大,水流速度快。灤河灤縣以下至入??跒闉春酉掠危娣e約780 km2,屬山前平原,無支流匯入。京山鐵路以下河道兩岸筑有防洪大堤,大堤內(nèi)建有防洪小埝,下游右岸建有灤河下游灌區(qū)。
灤河流域共建有5 座大型水庫和12 座中型水庫,設(shè)計(jì)總庫容48.29 億m3。20 世紀(jì)70―80 年代,在河北省遷西縣境內(nèi)灤河干流上興建了大型跨流域引水工程引灤分水樞紐,包括引灤入津和引灤入唐樞紐,潘家口、大黑汀2座大型水庫通過引灤工程向天津市、唐山市供水,同時(shí)承擔(dān)向?yàn)春酉掠无r(nóng)業(yè)灌區(qū)供水的任務(wù)。90 年代末,灤河主要支流青龍河上興建了桃林口水庫,通過引青濟(jì)秦工程向秦皇島市供水,同時(shí)承擔(dān)著向盧龍、灤河下游灌區(qū)等農(nóng)業(yè)灌區(qū)供水的任務(wù)。灤河下游灌區(qū)是灤河流域主要大型灌區(qū),控制面積11.2 萬hm2,設(shè)計(jì)灌溉面積3.39 萬hm2,最大實(shí)際灌溉面積8萬hm2,受益范圍涉及曹妃甸、灤南、樂亭、豐南4 區(qū)(縣)和2 個(gè)軍墾農(nóng)場,是華北最大的水稻灌區(qū)。灌區(qū)取水口巖山渠首位于灤州市城南灤河干流右岸巖山腳下,距灤河入???5 km,兼有灤河灤州市段汛期防汛調(diào)節(jié)作用。灌區(qū)引水水源為潘家口、大黑汀、桃林口3座大型水庫下泄灌溉水及大黑汀、桃林口至巖山渠首區(qū)間徑流。2000―2019 年巖山渠首年平均取水量4.5 億m3。
灤河流域1980―2016 年年均地表水資源量32.1 億m3,年均地表水供水量22.1 億m3,地表水開發(fā)利用率68.8%,超過了國際公認(rèn)的40% 的合理上限。1983―2019 年間,潘家口、大黑汀水庫累計(jì)供水422.39 億m3,其中通過引灤工程向天津市供水194 億m3,年均供水4.8億m3;向唐山市供水56.13 億m3,年均供水1.4億m3;向?yàn)聪鹿鄥^(qū)供水172.16 億m3,年均供水4.3 億m3。1999―2019 年,桃林口水庫通過引青濟(jì)秦工程向秦皇島市供水10.18 億m3,年均供水0.51 億m3;向?yàn)聪鹿鄥^(qū)供水30.67 億m3,年均供水1.46 億m3。
(1)地表徑流量減少。在灤河上、中、下游分別選取三道河子、潘家口、灤縣3 個(gè)水文站,分析1956―2016年徑流量變化。三道河子、潘家口、灤縣3個(gè)站1956―1979 年年均徑流量分別為7.3 億、26 億和47.8億m3,1980―2000年年均徑流量分別為4.75 億、16.8 億和22.8億m3,2001―2016年年均徑流量分別為2.9 億、7.3 億和8.2 億m3。由上可以發(fā)現(xiàn),20世紀(jì)80 年代以后灤河地表徑流量出現(xiàn)急劇下降。另外,據(jù)統(tǒng)計(jì),近10 a 灤河干流大黑汀水庫出庫河道斷面年均過流天數(shù)僅99 d,支流青龍河桃林口水庫出庫河道斷面年均過流天數(shù)為151 d,1 a 內(nèi)泄放過程基本在農(nóng)業(yè)灌溉供水時(shí)期和汛期棄水。
(2)生物多樣性衰退。灤河常見水生動(dòng)植物物種有黑嘴鷗、黑尾鷗、紅嘴鷗、銀鷗、普通燕鷗、黑枕燕鷗、白鶴、丹頂鶴、灰鶴、田雞、董雞、雨燕和灰沙燕等,以及一些魚類、半索動(dòng)物、甲殼動(dòng)物、軟體動(dòng)物、腕足動(dòng)物、腔腸動(dòng)物、浮游生物等。近年來,灤河魚類物種多樣性明顯下降,野生魚類種類少,且數(shù)量較低。在部分自然河段有常見魚類分布,此外在城鎮(zhèn)橡膠壩區(qū)和河道挖沙產(chǎn)生的靜水坑有少數(shù)小型魚類生存,洄游性魚類和一些大型經(jīng)濟(jì)性魚類極其少見。
(3)入海水沙量減少。據(jù)統(tǒng)計(jì),灤河20 世紀(jì)50年代年均入海水量約57 億m3,80 年代年均入海水量降至15 億m3,2001―2016 年年均入海水量僅為4.6 億m3。灤河口為沙質(zhì)河口,泥沙來源為灤河干流和青龍河支流,由于灤河入海水量總體呈減少趨勢,入海沙量也隨之減少,從而灤河口三角洲由緩慢淤積逐漸轉(zhuǎn)為侵蝕。
制定生態(tài)流量是為了明確河湖生態(tài)保護(hù)的目標(biāo)和要求,管控水資源開發(fā)利用強(qiáng)度,在保障河湖生態(tài)流量的前提下優(yōu)化水資源配置格局[1]。要確定生態(tài)流量保護(hù)目標(biāo),需要明確河湖生態(tài)功能定位。目前,經(jīng)正式批復(fù)的有關(guān)確定灤河生態(tài)水量的規(guī)劃包括《海河流域綜合規(guī)劃》(以下簡稱《綜合規(guī)劃》)和《京津冀協(xié)同發(fā)展六河五湖綜合治理與生態(tài)修復(fù)總體方案》(以下簡稱《六河五湖方案》)?!毒C合規(guī)劃》對灤河進(jìn)行的生態(tài)功能定位為:灤河上游水量充沛,基流較大,主要生態(tài)問題是遷西以下河流斷流問題。因此,灤河上游以生態(tài)基流保護(hù)為重點(diǎn),下游以生態(tài)水量補(bǔ)給為重點(diǎn)[2]。《六河五湖方案》對灤河進(jìn)行的生態(tài)功能定位為:灤河山區(qū)段水量、水質(zhì)條件較好,應(yīng)維持良好生境功能,平原段斷流嚴(yán)重,應(yīng)恢復(fù)水體連通功能[3]。結(jié)合近年灤河實(shí)測水文資料來看,灤河中上游除源頭閃電河以外水量充沛未出現(xiàn)過斷流;中下游潘家口、大黑汀以及桃林口水庫主要以供工農(nóng)業(yè)和生活用水為主,設(shè)計(jì)之初未考慮生態(tài)下泄流量,非汛期和非灌溉供水期基本不向河道泄放生態(tài)水;且灤河下游距入???5 km處有大型農(nóng)業(yè)灌區(qū),年引水量4.5 億m3左右。綜上,灤河生態(tài)流量保障的目標(biāo)應(yīng)為恢復(fù)平原段水體連通,并維持一定入海水量。
《綜合規(guī)劃》提出的灤河生態(tài)水量控制斷面為山區(qū)段閃電河白城子、灤河三道河子以及平原段灤縣,規(guī)劃生態(tài)水量分別為0.14 億、1.31 億和4.21億m3∕a,同時(shí)規(guī)劃灤縣斷面以下考慮支流匯入后入海水量不小于4.21 億m3∕a。《六河五湖方案》提出的灤河生態(tài)水量控制斷面為支流武烈河承德、灤河三道河子和灤縣,其中承德斷面規(guī)劃生態(tài)水量為0.25 億m3∕a、其余2個(gè)斷面規(guī)劃生態(tài)水量與《綜合規(guī)劃》一致。通過灤河各斷面實(shí)測水文資料可知,山區(qū)段長年基流較大,因此不再提出白城子和三道河子斷面生態(tài)流量保障要求;承德斷面位于灤河支流武烈河,斷面上游建有雙峰寺水庫,原環(huán)境保護(hù)部批復(fù)的雙峰寺水庫建設(shè)環(huán)境影響評價(jià)報(bào)告書對水庫下泄生態(tài)流量提出了明確要求,且武烈河天然徑流量占灤河干流比例較小,水庫建成后對灤河干流潘家口水庫入庫徑流影響不大,因此不再提出承德斷面生態(tài)流量保障要求。
通過調(diào)查可知,灤河流域現(xiàn)有4 處國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū),分別是沽源閃電河水系壩上高背鯽國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)、灤河特有魚類國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)、柳河特有魚類國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)、遷西栗香湖鯉黃顙魚國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)。前3處特殊生態(tài)保護(hù)區(qū)均不處于灤河干流,僅遷西栗香湖鯉黃顙魚國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)位于灤河干流,但該保護(hù)區(qū)在大黑汀水庫庫區(qū)內(nèi),一般情況下水量充足,因此不考慮特殊生態(tài)保護(hù)對象的生態(tài)流量要求。
為滿足恢復(fù)平原段水體連通,并維持一定入海水量的生態(tài)流量保障的目標(biāo),同時(shí)根據(jù)《水利部關(guān)于做好河湖生態(tài)流量確定和保障工作的指導(dǎo)意見》明確的建設(shè)年代較早且下泄水量明顯不能滿足生態(tài)需求的水工程應(yīng)合理確定生態(tài)流量目標(biāo)的要求,選取灤河干流大黑汀水庫(出庫入河道斷面)、支流青龍河桃林口水庫(出庫入河道斷面)及灤縣斷面作為灤河生態(tài)流量控制斷面,且提出各斷面生態(tài)基流目標(biāo)和灤河入海水量目標(biāo)。
生態(tài)流量計(jì)算方法很多,主要包括水文學(xué)法、水力學(xué)法和生境法三大類。為與《綜合規(guī)劃》等相關(guān)規(guī)劃、方案相協(xié)調(diào),本次采用水文學(xué)法進(jìn)行生態(tài)流量計(jì)算。在分析計(jì)算的基礎(chǔ)上,根據(jù)水源條件、可達(dá)性等方面的因素,綜合確定生態(tài)流量目標(biāo)。關(guān)于水文系列的選取,根據(jù)水利部有關(guān)河湖生態(tài)流量確定的技術(shù)要求,對于1980―2016 年水文系列多年平均天然徑流量較1956―2000 年水文系列的變化幅度大于等于10% 的,以1980―2016年天然徑流系列確定生態(tài)流量目標(biāo)。大黑汀水庫、桃林口水庫及灤縣3 個(gè)站1956―2000 年年均天然徑流量分別為20.64 億、7.84 億、35.5 億m3,1980―2016 年年均天然徑流量分別為14.39 億、5.44 億、24.46 億m3,2 個(gè)水文系列變幅遠(yuǎn)超10%。因此,采用1980―2016 年天然徑流系列計(jì)算生態(tài)基流和入海水量。由于灤縣斷面為灤河入海前最后一個(gè)水文控制斷面,因此通過計(jì)算灤縣斷面基本生態(tài)水量得到入海水量。灤河主要控制斷面天然徑流量變化,詳見表1。
表1 灤河主要控制斷面天然徑流量變化108m3∕a
(1)生態(tài)基流。采用Q90法計(jì)算生態(tài)基流。即采用大黑汀水庫、桃林口水庫及灤縣斷面1980―2016年37 a 最枯月天然徑流量排頻,得到90% 保證率最枯月天然徑流量,由此計(jì)算得到3 個(gè)斷面生態(tài)基流分別為4.54、1.67和7.37 m3∕s。
(2)入海水量。首先計(jì)算灤縣斷面基本生態(tài)水量。《綜合規(guī)劃》采用Tennant法取天然徑流量的10%計(jì)算基本生態(tài)水量,水文系列采用1956―2000 年天然徑流系列。本次仍采用Tennant法進(jìn)行計(jì)算,為使計(jì)算結(jié)果更加符合現(xiàn)階段實(shí)際水情,在采用1980―2016 年水文系列的基礎(chǔ)上,對基本生態(tài)水量占天然徑流量的比例進(jìn)行分析。由于1980―2016 年總體為枯水年,灤縣1980―2016 年年均天然徑流量比1956―2000年年均值下降了42%。灤縣2001―2016年年均還原水量(主要是用水消耗量)為11.78 億m3,該值反映現(xiàn)狀用水水平;剩余水量(即天然徑流量減去還原水量,為生態(tài)水量的主要來源)占天然徑流量的比例下降28%。按照剩余水量占天然徑流量的下降率計(jì)算,灤縣1980―2016年水文系列生態(tài)水量應(yīng)從占天然徑流量的10% 下降到7.2%。因此,現(xiàn)階段采用Tennant法取天然徑流量的7.2%計(jì)算基本生態(tài)水量。經(jīng)計(jì)算,得到灤縣斷面基本生態(tài)水量為1.76 億m3。不考慮灤縣以下支流匯入和沿途蒸發(fā)滲漏損失,則灤縣基本生態(tài)水量1.76 億m3即為灤河河口入海水量。灤縣2個(gè)水文系列天然徑流量變化,詳見表2。
表2 灤縣2個(gè)水文系列天然徑流量變化108m3
采用2010―2019 年實(shí)測徑流資料,評價(jià)各控制斷面生態(tài)基流和入海水量目標(biāo)滿足程度。由于灤縣斷面下游7 km 處有大型農(nóng)業(yè)灌區(qū)引水口巖山渠首,因此在不考慮下游支流匯入和沿途蒸發(fā)滲漏損失的情況下,入海水量應(yīng)為灤縣斷面徑流量扣除巖山渠首引水量。通過評價(jià)結(jié)果可知,大黑汀水庫和桃林口水庫近10 a 生態(tài)基流滿足程度較低,灤縣生態(tài)基流滿足程度除2010 年稍低以外其余年份均較高;入海水量近10 a全部滿足。主要控制斷面現(xiàn)狀生態(tài)流量滿足程度,詳見表3。
表3 主要控制斷面現(xiàn)狀生態(tài)流量滿足程度
灌溉期可結(jié)合灌溉供水滿足生態(tài)基流,現(xiàn)狀情況下大黑汀水庫和桃林口水庫生態(tài)基流滿足程度低是由于非灌溉期和非汛期水庫基本不向下游放水。通過計(jì)算可知,要使非灌溉期生態(tài)基流得到滿足,則大黑汀水庫、桃林口水庫需年均向河道增加補(bǔ)水7 728 萬和3 546 萬m3,或從灌溉供水中將這部分水勻到非灌溉期下泄到河道。通過分析建庫以來兩水庫年來水量、年初蓄量、供農(nóng)業(yè)灌溉和城市生活用水量情況發(fā)現(xiàn),除2000、2002等特枯年份以外其他年份生態(tài)流量目標(biāo)均可達(dá)到。灤縣斷面現(xiàn)狀生態(tài)基流滿足程度較高,當(dāng)不滿足時(shí)可適當(dāng)加大上游水庫下泄量。
采用1980―2016 年灤縣天然徑流量、現(xiàn)狀(2010―2019 年)引灤年均供水量和灤下灌區(qū)年均取水量,分析入海水量目標(biāo)可達(dá)性。在50% 來水條件下,入海水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生態(tài)水量目標(biāo);在75% 來水條件下,入海水量也基本能滿足生態(tài)水量要求;在95%來水條件下,入海水量不能滿足生態(tài)水量要求。特殊枯水年盡管不能滿足生態(tài)水量要求允許出現(xiàn)供水破壞,但其破壞深度不能使河道出現(xiàn)干涸。因此,在特殊枯水年的嚴(yán)重枯水期,需要調(diào)度潘家口、大黑汀、桃林口3 座水庫適當(dāng)為河道補(bǔ)水。遠(yuǎn)期可通過南水北調(diào)二期工程增大南水北調(diào)給天津輸水等措施滿足入海水量要求。不同來水條件入海水量滿足情況,詳見表4。
表4 不同來水條件入海水量滿足情況108m3
綜上,可以確定灤河生態(tài)流量目標(biāo)為大黑汀水庫、桃林口水庫及灤縣斷面生態(tài)基流分別達(dá)到4.54、1.67和7.37 m3∕s,保證率建議在75%~90%;年入海水量達(dá)到1.76億m3,75%以上來水年份均應(yīng)達(dá)到目標(biāo)。
為保障灤河生態(tài)流量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),對生態(tài)流量保障工作提出幾點(diǎn)建議。
(1)加強(qiáng)水量調(diào)度,強(qiáng)化取用水管理。要將灤河生態(tài)水量保障納入年度水量調(diào)度計(jì)劃,水庫運(yùn)行管理單位應(yīng)做好水庫調(diào)度管理,嚴(yán)格按照年度水量調(diào)度計(jì)劃,合理安排工程的水量調(diào)度運(yùn)行。河北省應(yīng)加強(qiáng)轄區(qū)內(nèi)取用水管控,嚴(yán)格按照批準(zhǔn)的取水計(jì)劃取水,實(shí)施區(qū)域用水總量控制。
(2)加強(qiáng)監(jiān)測預(yù)警,實(shí)現(xiàn)信息共享。要做好水文控制斷面生態(tài)流量監(jiān)測工作,完善小流量監(jiān)測設(shè)施,加強(qiáng)取用水計(jì)量監(jiān)測,特別是應(yīng)盡快完善巖山渠首引水量在線監(jiān)測計(jì)量設(shè)施,提高數(shù)據(jù)可靠性。合理設(shè)置生態(tài)流量預(yù)警閾值,建立預(yù)警發(fā)布機(jī)制。建立水情信息臺(tái)賬,依托全國水情信息交換系統(tǒng)、全國省界斷面水文水資源監(jiān)測信息系統(tǒng)、取水工程(設(shè)施)核查登記信息平臺(tái)等,通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、數(shù)據(jù)交換、信息報(bào)送等手段,實(shí)現(xiàn)各級管理部門對生態(tài)流量監(jiān)測信息的共享。
(3)完善生態(tài)流量保障監(jiān)管考核體系。監(jiān)管部門應(yīng)不定期組織開展生態(tài)流量專項(xiàng)監(jiān)督檢查,對各控制斷面的下泄(?。┧?、日常監(jiān)督管理、監(jiān)測預(yù)警以及生態(tài)流量目標(biāo)的滿足情況進(jìn)行檢查督查,對存在的問題提出整改要求,并督促落實(shí)。按照水利部有關(guān)生態(tài)流量保障考核要求開展考核評估,建立考核制度體系,考核結(jié)果作為最嚴(yán)格水資源管理制度和河長制工作重要依據(jù)。通過嚴(yán)格考核和評估,督促落實(shí)政府和單位責(zé)任,確保灤河生態(tài)水量保障工作落到實(shí)處。
(4)進(jìn)一步研究灤河源頭閃電河生態(tài)流量目標(biāo)和保障措施。閃電河為灤河源頭,發(fā)源于河北省沽源縣與豐寧縣交界處,經(jīng)沽源縣流入內(nèi)蒙古錫林郭勒盟太仆寺旗、正藍(lán)旗、多倫縣后又進(jìn)入河北豐寧縣。資料顯示,閃電河徑流自20世紀(jì)70年代開始逐年減少,至1998 年徹底斷流。河北沽源縣在閃電河上建有閃電河水庫,多年來水庫向下游放水不足,下游內(nèi)蒙草原濕地生態(tài)受到破壞,省界水事糾紛嚴(yán)重。因缺乏長系列水文資料,本文未對閃電河生態(tài)流量目標(biāo)進(jìn)行分析計(jì)算,今后在進(jìn)一步收集資料的基礎(chǔ)上開展相關(guān)研究。
通過分析灤河水資源開發(fā)利用情況和生態(tài)現(xiàn)狀,依據(jù)灤河生態(tài)功能定位,明確了灤河生態(tài)保護(hù)目標(biāo)和要求,根據(jù)生態(tài)保護(hù)目標(biāo)研究確定了生態(tài)流量控制斷面,采用水文學(xué)法計(jì)算了各控制斷面的生態(tài)基流和入海水量,利用近10 a 實(shí)測資料對現(xiàn)狀生態(tài)流量滿足程度進(jìn)行了分析,并開展了生態(tài)流量目標(biāo)可達(dá)性分析,最終提出灤河生態(tài)基流目標(biāo)和相應(yīng)保證率以及入海水量目標(biāo)和相應(yīng)來水條件。為保障生態(tài)流量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),提出生態(tài)流量保障對策建議,有利于推進(jìn)灤河生態(tài)修復(fù)、統(tǒng)籌“三生用水”配置和促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。