南水北調(diào)通水初期海河流域農(nóng)業(yè)和生態(tài)補(bǔ)水方案研究

劉江俠

（水利部海河水利委員會(huì)，天津 300170）

1 問題的提出

眾所周知，南水北調(diào)工程[1]是解決海河流域缺水的特大型基礎(chǔ)工程，通水后城市的缺水問題將基本得到解決。而在南水北調(diào)通水初期，無論從工程規(guī)模還是從城市的需求方面考慮，該工程均會(huì)出現(xiàn)不能滿負(fù)荷運(yùn)行的可能性，將出現(xiàn)剩余的供水余力。為能充分利用這部分供水余力，發(fā)揮工程的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，可以擇時(shí)向海河流域嚴(yán)重缺水的用戶即農(nóng)業(yè)和生態(tài)進(jìn)行補(bǔ)水。視工程的余水情況和當(dāng)?shù)氐男杷闆r，將會(huì)有不同的補(bǔ)水方式及補(bǔ)水對(duì)象，為保證補(bǔ)水的順利實(shí)施，急需對(duì)農(nóng)業(yè)和生態(tài)補(bǔ)水方案進(jìn)行研究，提出不同年景情況下的補(bǔ)水類型。

2 南水北調(diào)通水初期年景分析

補(bǔ)水與供水不同，是一個(gè)隨機(jī)的事情，是針對(duì)南水北調(diào)有余水且余水較多、同時(shí)有集中缺水用戶的年份實(shí)施的。因此，在補(bǔ)水方案制定前首先對(duì)南水北調(diào)通水初期的水源區(qū)和當(dāng)?shù)氐哪昃斑M(jìn)行分析，探討是否具有補(bǔ)水的可能性，是否需要制定相應(yīng)的補(bǔ)水方案。

對(duì)南水北調(diào)工程和當(dāng)?shù)氐墓┧闆r進(jìn)行分析，探討在當(dāng)?shù)乜赡馨l(fā)生豐、平、枯等不同年景情況下南水北調(diào)工程的剩余供水能力，并分析出現(xiàn)的概率。可通過對(duì)海河流域的水資源供需進(jìn)行長系列調(diào)節(jié)計(jì)算的方法[2]，根據(jù)計(jì)算結(jié)果得出南水北調(diào)通水初期每年出現(xiàn)剩余供水能力的概率及余水量，分析有余水量的年份當(dāng)?shù)厮畮斓男钏闆r以及農(nóng)業(yè)和生態(tài)的缺水情況，只有當(dāng)出現(xiàn)“以余補(bǔ)缺”的補(bǔ)水境況時(shí)，才具有補(bǔ)水的可能性，需要提前制定補(bǔ)水方案，保障補(bǔ)水工作的順利實(shí)施。

3 補(bǔ)水對(duì)象的選取

考慮到補(bǔ)水的隨機(jī)性且僅是緩解而不是解決農(nóng)業(yè)和生態(tài)的缺水狀況，因此應(yīng)以缺水嚴(yán)重、損失小、效益高為目標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)水。在選擇補(bǔ)水對(duì)象時(shí)需要遵循一定的原則：①具有生態(tài)修復(fù)要求的河段和濕地；②靠近調(diào)水干渠、補(bǔ)水方便的灌區(qū)、河段和濕地；③具有一定補(bǔ)水規(guī)模要求的灌區(qū)、河段和濕地；④目前具備相對(duì)比較完善輸水渠系的灌區(qū)、河段和濕地；⑤能夠切實(shí)得到一定的緩解，有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

本著上述原則，選取海河流域南水北調(diào)沿線且有較好輸水干渠的重點(diǎn)大型灌區(qū)[3]漳南灌區(qū)、磁縣躍峰灌區(qū)、漳滏河灌區(qū)、石津灌區(qū)、沙河灌區(qū)和唐河灌區(qū)。選取具有地下水調(diào)蓄功能[4]特征的區(qū)域且南水北調(diào)沿線補(bǔ)水的方便性以及河道的干涸情況，確定補(bǔ)水對(duì)象為衛(wèi)河、漳河、滏陽河、滹沱河、潴龍河、唐河、永定河。考慮濕地與南水北調(diào)干渠之間的距離、滲漏損失以及有調(diào)水記錄等因素，確定白洋淀、永年洼、衡水湖和南大港作為南水北調(diào)或水庫的補(bǔ)水對(duì)象。

4 補(bǔ)水對(duì)象需補(bǔ)水量的確定

確定補(bǔ)水對(duì)象后，根據(jù)補(bǔ)水對(duì)象的不同，確定不同補(bǔ)水對(duì)象需補(bǔ)的水量。灌區(qū)的補(bǔ)水量根據(jù)海河流域在南水北調(diào)通水初期不同年景情況下長系列的供需模擬計(jì)算結(jié)果，由灌區(qū)的需水量、當(dāng)?shù)厮┙o的水量得出的缺水量進(jìn)行確定，濕地和河道的需補(bǔ)水量依據(jù)不同的方法進(jìn)行確定。

鑒于大部分平原河道現(xiàn)狀基本上處于干涸狀態(tài)，補(bǔ)水河道的生態(tài)補(bǔ)水量主要以重點(diǎn)河段的修復(fù)目標(biāo)即河流水體連通功能、水質(zhì)凈化功能、生境維持功能、景觀環(huán)境功能等為依據(jù)[2]，首先設(shè)定河道的修復(fù)目標(biāo)，然后根據(jù)不同生態(tài)要求計(jì)算所需要的水量包括深度、流速等，最后經(jīng)過上下游、左右岸的行政主管部門、水利專家、生態(tài)專家、社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)家以及出資者等多方面的研究協(xié)商進(jìn)行確定。在實(shí)際的補(bǔ)水方案制定時(shí)可以生態(tài)基流量[5]為下限，以河段的適宜水量[6]為上限計(jì)算的結(jié)果作為協(xié)商的參考。

補(bǔ)水濕地的生態(tài)補(bǔ)水量要考慮生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)以及濕地的作用、重要性，綜合分析濕地不同用途所需要維持的水深，確定濕地的最小生態(tài)水位以及最小生態(tài)水量。最小生態(tài)水量在實(shí)際計(jì)算時(shí)以維持生態(tài)水面的蒸發(fā)滲漏量扣除降水量進(jìn)行計(jì)算得出。在水位低于最小生態(tài)水位的情況下，考慮一次性補(bǔ)水量即維持最小生態(tài)水位對(duì)應(yīng)的蓄水量。

由上述計(jì)算方法可初步確定農(nóng)業(yè)和生態(tài)的需補(bǔ)水量。

5 補(bǔ)水方案的制定

5.1 補(bǔ)水思路

補(bǔ)水方案的制定采取“以余定補(bǔ)，先農(nóng)業(yè)后生態(tài)”的原則，灌溉季節(jié)的余水量原則上優(yōu)先考慮為灌區(qū)農(nóng)業(yè)補(bǔ)水；非汛期的非灌溉季節(jié)余水量主要為生態(tài)補(bǔ)水；再有余水時(shí)，適當(dāng)考慮向地下水源地補(bǔ)水；汛期余水量一般不用于農(nóng)業(yè)或生態(tài)補(bǔ)水。綜合考慮南水北調(diào)工程和當(dāng)?shù)厮畮斓氖Ｓ嗨浚瑑?yōu)先使用當(dāng)?shù)厮那疤嵯轮贫ㄑa(bǔ)水方案。補(bǔ)水思路如圖1所示。

5.2 補(bǔ)水方法

經(jīng)對(duì)補(bǔ)水水源、灌區(qū)的缺水及缺水分布情況及濕地和河道的干涸情況進(jìn)行綜合分析，采用“過程匹配，典型歸類”的方法制定不同年景的補(bǔ)水方案。所謂過程匹配、典型歸類法是在立足研究主方 （供水方）長系列各時(shí)段余水過程與客方（需求方）長系列各時(shí)段缺水過程的前提下，對(duì)各個(gè)年度進(jìn)行過程匹配，從而形成不同的典型歸類，針對(duì)典型類別進(jìn)行補(bǔ)水方案的編制。在南水北調(diào)工程通水初期，一旦出現(xiàn)余水現(xiàn)象，便能根據(jù)特征指標(biāo)歸入某一典型類型，從而可以采取相應(yīng)的補(bǔ)水方案。

5.3 補(bǔ)水方案

對(duì)海河流域的水資源供需采取1956—2000年長系列的模擬計(jì)算，可以得出南水北調(diào)通水初期工程的供水量及余水量、農(nóng)業(yè)和生態(tài)的缺水量。統(tǒng)籌分析南水北調(diào)工程余水的流量過程與補(bǔ)水候選對(duì)象不同季節(jié)的缺水過程，考慮二者之間的不協(xié)調(diào)性及非一致性等客觀因素，利用“過程匹配，典型歸類”的方法，根據(jù)海河流域的模擬結(jié)果，對(duì)海河流域農(nóng)業(yè)和生態(tài)的補(bǔ)水方案擬定4種補(bǔ)水類型。

第一類型為單補(bǔ)農(nóng)業(yè)型。該類型年份非灌溉季節(jié)工程余水量很少，灌溉季節(jié)余水量也不很多。總體來看，灌溉季節(jié)余水量小于侯選灌區(qū)的缺水量，為此只為農(nóng)業(yè)補(bǔ)水。符合該類型的年份，大部分年份可向漳滏河灌區(qū)、石津灌區(qū)兩個(gè)大型灌區(qū)補(bǔ)水，有的年份可以同時(shí)向磁縣躍峰灌區(qū)或沙河、唐河灌區(qū)補(bǔ)水。年補(bǔ)水量一般為6億～8.31億m3。

第二類型為農(nóng)業(yè)、生態(tài)雙補(bǔ)型。該類型年份灌溉季節(jié)與非灌溉季節(jié)余水量基本均勻分布，但各季節(jié)余水量都不太大。灌溉季節(jié)只能為漳滏河和石津兩個(gè)灌區(qū)補(bǔ)水；對(duì)于非灌溉季節(jié)的余水可以考慮向永年洼和南大港濕地以及白洋淀補(bǔ)水，部分年份還可以向衛(wèi)河、漳河、滹沱河、潴龍河及唐河補(bǔ)水，還有部分年份在為濕地補(bǔ)水后則沒有余力向河道補(bǔ)水。該類型的農(nóng)業(yè)和生態(tài)補(bǔ)水方案向農(nóng)業(yè)年補(bǔ)水量約5.5億m3，向生態(tài)補(bǔ)水4.32億～5.69億m3。

第三類型為農(nóng)業(yè)、生態(tài)和地下水源地多補(bǔ)型。該種類型的特征是灌溉季節(jié)缺水量較少，灌溉季節(jié)和非灌溉季節(jié)余水量較多。利用灌溉季節(jié)的余水量為漳滏河灌區(qū)或石津灌區(qū)補(bǔ)水，年補(bǔ)水約2.63億或4.65億m3。非灌溉季節(jié)余水量在為白洋淀、永年洼和南大港等濕地補(bǔ)水后，還有向漳河、滹沱河、潴龍河以及永定河補(bǔ)水的能力，同時(shí)可向地下水源地補(bǔ)充少量水源。該類型年份，可向農(nóng)業(yè)補(bǔ)水2.63億或4.65億m3，向生態(tài)及水源地補(bǔ)水9.44億～12.76億m3。

另外，還有一種類型的余水年份，因海河流域豐水，盡管調(diào)水工程有余水，也不需要向農(nóng)業(yè)和生態(tài)補(bǔ)水，如1963年。

補(bǔ)水方案所利用的輸水線路主要包括石津干渠、民有干渠、漳南干渠、沙河干渠、唐河干渠、贊善干渠以及王大引水干渠、引黃濟(jì)冀干渠等。

6 結(jié)論

根據(jù)南水北調(diào)的水源情況、當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)和生態(tài)的缺水狀況及分布情況，可將補(bǔ)水年份歸納為4種類型，即單補(bǔ)農(nóng)業(yè)型、農(nóng)業(yè)和生態(tài)雙補(bǔ)型、農(nóng)業(yè)、生態(tài)和地下水源多補(bǔ)型、不需補(bǔ)水型。單補(bǔ)農(nóng)業(yè)型僅補(bǔ)灌區(qū)；農(nóng)業(yè)和生態(tài)雙補(bǔ)型，農(nóng)業(yè)僅補(bǔ)部分缺水嚴(yán)重的灌區(qū)，可適當(dāng)考慮向濕地和河道進(jìn)行補(bǔ)水；農(nóng)業(yè)、生態(tài)和地下水源多補(bǔ)型，農(nóng)業(yè)僅能補(bǔ)個(gè)別灌區(qū)，可適當(dāng)補(bǔ)給河道、濕地，同時(shí)可以考慮向地下水源地補(bǔ)充水量以備干旱時(shí)開采。另外，補(bǔ)水方案的順利實(shí)施還需要管理部門的協(xié)商配合，需要制定相應(yīng)的管理保障措施，明確補(bǔ)水的資金來源，合理調(diào)度好南水北調(diào)工程和當(dāng)?shù)氐乃Y源量。

[1]國家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)，水利部.南水北調(diào)工程總體規(guī)劃[R].北京：國家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)，水利部，2002.

[2]張建中，陳民，楊至安，等.海河流域水資源綜合規(guī)劃（送審稿）[R].天津：水利部海河水利委員會(huì)，2008.

[3]中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司.海河流域綜合規(guī)劃修編專業(yè)規(guī)劃之三，海河流域灌溉規(guī)劃（征求意見稿）[R].天津：中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，2009.

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