黑龍江省花園水庫功能優(yōu)化方案的研究

梁貞堂，吳明官

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

?

科技成果

黑龍江省花園水庫功能優(yōu)化方案的研究

梁貞堂，吳明官

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

花園水庫是已列入全國(guó)172項(xiàng)重大節(jié)水供水工程的近期擬建工程，原設(shè)計(jì)功能以灌溉為主，兼顧下游防洪。根據(jù)新的治水方針、發(fā)展理念和水資源管理制度，花園水庫設(shè)計(jì)功能應(yīng)當(dāng)增加城鎮(zhèn)供水、濕地補(bǔ)水功能；灌區(qū)工程按“排降蓄灌”模式和“綠色”理念重新設(shè)計(jì)，達(dá)到節(jié)水目的。

花園水庫；功能；濕地補(bǔ)水；城鎮(zhèn)供水；灌溉工程；優(yōu)化方案

花園水庫是已列入“全國(guó)172項(xiàng)重大節(jié)水供水工程”的近期擬建工程，位于龍江縣雅魯河支流濟(jì)沁河的下游，壩址以上流域面積3068km2，占總流域面積的75%，多年平均年徑流量4.35億m3。該工程的《項(xiàng)目建議書》已得到國(guó)家發(fā)改委的批復(fù)，是以農(nóng)田灌溉為主，兼顧下游防洪，結(jié)合灌溉棄水發(fā)電等綜合利用的大(2)型水利樞紐工程。水庫設(shè)計(jì)灌溉面積8.07萬hm2，其中：水田2.8萬hm2，旱田5.27萬hm2；分布在濟(jì)沁河及其河口以下的雅魯河兩岸。2013年，龍江縣種植農(nóng)作物面積32.7萬hm2[1]；可見，規(guī)劃的灌溉面積僅占全縣耕地面積的24.7%。

隨著“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”治水方針、“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”發(fā)展理念、“推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革”發(fā)展方式和“建設(shè)節(jié)水型社會(huì)”水資源管理制度的提出，花園水庫的功能應(yīng)當(dāng)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化；為此，進(jìn)行了花園水庫功能優(yōu)化方案的研究。

1 優(yōu)化方案的理論指導(dǎo)

在不增加灌溉面積和河流中灌溉用水量的前提下，盡量增加水庫的功能，并按下列理論指導(dǎo)優(yōu)化水庫功能的方案。

1)將“水安全”理論融入水庫的功能優(yōu)化中。水安全[2]是指水資源、水環(huán)境、水生態(tài)和水災(zāi)害的安全；將這一理念融入水庫下游的功能優(yōu)化中，重點(diǎn)解決用水方對(duì)水量、水質(zhì)的要求；突出解決城鎮(zhèn)供水、農(nóng)業(yè)節(jié)水、濕地補(bǔ)水和環(huán)境用水。

2)將水資源統(tǒng)籌理論融入水庫的功能優(yōu)化中。水資源的統(tǒng)籌理論[3]表現(xiàn)在合理利用地下水、溝渠水和湖泊水。花園水庫功能區(qū)位于雅魯河下游平原地區(qū)，地勢(shì)平坦，比降較緩；地下水埋深較淺，且水量豐富；溝渠泡眾多，形成一定規(guī)模；因此，各用水單元合理利用地下水，優(yōu)先利用溝渠泡水，可減少雅魯河用水流量，減小泵站規(guī)模、工程占地，達(dá)到節(jié)省投資的目的。另外，充分利用區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有湖庫泡的調(diào)蓄能力，又可以達(dá)到生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水和洪水資源化等多重目的。

3)將灌區(qū)工程的“排降蓄灌”模式融入水庫的功能優(yōu)化中。文獻(xiàn)[4]對(duì)灌區(qū)的“排降蓄灌”模式進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)：“排”建設(shè)排水工程，以排除地表積水；“降”建設(shè)降水工程，以降低地下水位；“蓄”建設(shè)地上地下蓄水工程，以增加水量；“灌”建設(shè)灌溉工程，以實(shí)現(xiàn)水資源的利用。“排降蓄灌”是平原灌區(qū)最優(yōu)的建設(shè)模式，可以將雨水、地下水、河水和土壤水統(tǒng)一配置，解決澇、旱、漬等土壤災(zāi)害現(xiàn)象，達(dá)到農(nóng)作物高產(chǎn)目的。

4)將灌溉工程“綠色”理念融入水庫的功能優(yōu)化中。文獻(xiàn)[5]研究了灌溉工程的“綠色”理念：輸水渠道采用灌排兩用渠道；配水渠道采用水力最佳斷面渠道；兩類渠道用泵站聯(lián)結(jié)。根據(jù)這一理念，可實(shí)現(xiàn)渠道的占地面積最小，渠系建筑物最少，管理成本最省的優(yōu)化目標(biāo)。

5)將當(dāng)?shù)亟涤陼r(shí)空特點(diǎn)融入水庫的功能優(yōu)化中。文獻(xiàn)[6]分析了松嫩平原的降雨時(shí)空分布特點(diǎn)：多年平均降雨量(1956—2000年)459.6mm；6—9月4個(gè)月的多年平均降雨量占全年的80%以上；7—8月2個(gè)月的降雨量更為集中，占全年的40—60%；可見：雨熱同步，年內(nèi)分配不均，多年平均降雨滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物需水。因此，水稻生產(chǎn)的每年5月上旬的泡田期，先利用當(dāng)?shù)睾恿鞯乃⒑炫莸乃偷叵滤M(jìn)行泡田，不足部分由花園水庫和雅魯河水供給；水稻的生育期，先利用灌排(結(jié)合)溝渠中的排水、湖庫泡的水及當(dāng)?shù)睾恿鞯乃蛔悴糠钟苫▓@水庫和雅魯河水補(bǔ)給。其它旱田作物，優(yōu)先解決苗期需水，注重解決灌漿期缺水。

2 優(yōu)化方案功能的調(diào)整

文獻(xiàn)[9]認(rèn)為：七一運(yùn)河工程在濟(jì)沁河口以上，花園水庫功能區(qū)不應(yīng)包括此工程。根據(jù)優(yōu)化方案的理論指導(dǎo)，研究認(rèn)為：花園水庫功能區(qū)應(yīng)當(dāng)包括七一運(yùn)河工程，在設(shè)計(jì)灌區(qū)工程模不變的前提下，增加城鎮(zhèn)供水功能、濕地補(bǔ)水功能和生態(tài)環(huán)境用水功能；水田灌區(qū)按“排降蓄灌”模式重新研究，旱田灌區(qū)按“綠色理念”進(jìn)行研究。主要增加的工程：擴(kuò)建七一運(yùn)河、哈拉海濕地補(bǔ)水和擴(kuò)建北山水庫工程；如圖1所示。

圖1 花園水庫下游新增工程示意圖

2.1 擴(kuò)建七一運(yùn)河

七一運(yùn)河工程始建于1958年，1994年整修擴(kuò)建；原設(shè)計(jì)功能：解決龍江縣北部3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的干旱、哈拉海濕地的補(bǔ)水，建有干渠58km，支渠83km，建有進(jìn)水閘1座；渠首工程為無壩取水工程，位于濟(jì)沁河口上游3km處的雅魯河干流上。因渠首取水保證率低，目前已中斷通水；干渠從渠首到魯河鄉(xiāng)15km還可存在，其它干、支渠被復(fù)墾為耕地。因此，必須研究七一運(yùn)河的擴(kuò)建，以滿足濕地補(bǔ)水、縣城供水的需要。

2.1.1 新建有壩渠首

在現(xiàn)有渠首處，將無壩渠首改建為有壩渠首。渠首工程以上雅魯河流域面積9450km2，多年平均年徑流量為13.34×108m3，上游沒有大型取水工程，枯水期徑流量滿足渠首需水要求。新建有壩渠首后，可增加取水流量，滿足湖庫泡補(bǔ)水、龍江縣北部、齊齊哈爾市郊西部干旱最嚴(yán)重地區(qū)用水問題。與花園水庫聯(lián)合調(diào)度后，可提高渠首的供水保證率，也可提高下游灌區(qū)的灌水保證率。

2.1.2 改擴(kuò)建干渠

將原58km干渠進(jìn)行改擴(kuò)建，魯河鄉(xiāng)以上走現(xiàn)有渠道，魯河鄉(xiāng)以下沿省級(jí)公路S302至北山水庫附近，折向東北進(jìn)入溝口水庫。

按80d向哈拉海濕地補(bǔ)水2×108m3設(shè)計(jì)渠道斷面；渠道流量為30m3/s。

2.2 哈拉海濕地補(bǔ)水

哈拉海濕地位于龍江縣東北部，北與甘南縣相接；省級(jí)自然保護(hù)區(qū)；總面積為165.64km2，其中：核心區(qū)面積為58.53km2，緩沖區(qū)面積為53.83km2，實(shí)驗(yàn)區(qū)面積為53.28km2。

近幾年來，濕地周邊的地下水位已經(jīng)下降了3—6m，濕地萎縮，周邊農(nóng)業(yè)連年受災(zāi)。

哈拉海濕地自然保護(hù)區(qū)現(xiàn)狀情況來看，當(dāng)遭遇枯水年時(shí)，哈拉海濕地缺水嚴(yán)重，因此，需要補(bǔ)水來解決哈拉海濕地生態(tài)平衡問題。花園水庫建成以后，通過七一運(yùn)河工程可以給哈拉海濕地補(bǔ)水。

2.3 擴(kuò)建北山水庫

北山水庫位于龍江縣城北部，距離縣城中心約3km，是一座小型水庫。增容擴(kuò)建后，每年暢流期4月下旬至10月底，從七一運(yùn)河取水，通過輸水管道把水先放入北山水庫，再通過1.5km輸水管道送水至凈水廠，作為龍江縣城的生產(chǎn)生活用水。

每年11月、12月至第2年的4月中旬，供水能力暫按5×104m3/d估算，冬季供水量需要850×104m3，即北山水庫調(diào)節(jié)庫容；因此，北山水庫增容到調(diào)節(jié)庫容950×104m3。擴(kuò)建后，完全能夠承擔(dān)龍江縣城生產(chǎn)生活供水任務(wù)。

2.4 水田灌區(qū)采用“雙水源”

水稻生產(chǎn)的泡田期是用水量最大的時(shí)期，也是河流水量最小的時(shí)期。根據(jù)龍江縣的降雨特性和雅魯河下游平原的特點(diǎn)，水田灌區(qū)應(yīng)當(dāng)采用“地下水資源”和“地表水資源”雙水源工程；泡田期優(yōu)先使用“地下水”，水稻生長(zhǎng)期優(yōu)先使用“地表水”。灌溉井井深控制在20m以內(nèi)，用離心泵抽水，單井控制灌溉面積10hm2；直接將水抽入配水渠道。地表水的輸水渠道盡量采用灌排兩用渠道，不護(hù)砌；配水渠道采用水力最佳斷面渠道，全部護(hù)砌；輸水渠道與配水渠道用低揚(yáng)程水泵街接。

2.5 旱田灌區(qū)采用灌排兩用渠道

旱田灌區(qū)按照“田水路林溝”統(tǒng)一規(guī)劃。在充分利用現(xiàn)有的河道、湖泊、田間道路、防護(hù)林的基礎(chǔ)上，建設(shè)灌溉排水兩用溝道；盡量避免單灌單排模式。

3 調(diào)度運(yùn)用模式

3.1 聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用方式

雅魯河與花園水庫通過與下游河湖庫泡聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用，可提高水的利用率。

利用七一運(yùn)河工程給哈拉海濕地補(bǔ)水。七一運(yùn)河渠首工程以上流域面積較大；因此，絕大部分時(shí)間雅魯河干流灌溉期來水量，滿足哈拉海濕地用水，通過七一運(yùn)河還可以給湖庫泡補(bǔ)水。利用該區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有湖庫泡的調(diào)蓄能力和合理利用地下水資源、當(dāng)?shù)厮Y源，可減小雅魯河調(diào)水工程的規(guī)模。

為了解決生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水與灌溉供水沖突的矛盾，灌溉臨界期不給湖庫泡補(bǔ)水，灌溉高峰期過后，七一運(yùn)河先滿足灌溉用水的需求，多余的水量給湖庫泡補(bǔ)水；灌溉期結(jié)束后，全力給湖庫泡補(bǔ)水，一直蓄到正常蓄水位為止。

3.2 多庫實(shí)際調(diào)度運(yùn)用

花園水庫和七一運(yùn)河工程建成后，聯(lián)合調(diào)度花園水庫、北山水庫、溝口水庫、哈拉海濕地、龍江湖和七一運(yùn)河等工程(以下簡(jiǎn)稱：三庫兩湖一渠)，達(dá)到高效利用水資源的目的。

3.2.1 灌溉期調(diào)度運(yùn)用

灌溉期為5—8月，此時(shí)關(guān)鍵的用水在灌溉泡田期。雅魯河沿岸灌區(qū)和哈拉海灌區(qū)，在推行“灌降排蓄”生態(tài)水利模式的基礎(chǔ)上，先利用地表水、地下水，不足部分再利用三庫兩湖中水。灌區(qū)內(nèi)地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的水位較高時(shí)，開啟灌區(qū)內(nèi)所有井群全力抽水灌溉。

每年進(jìn)入灌溉期后，除了汛期(7—8月)以外，其它時(shí)間，花園水庫灌區(qū)中各節(jié)制閘、進(jìn)水閘和排水泵站等溝渠內(nèi)水位，根據(jù)本灌區(qū)內(nèi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的降雨量大小，開啟各種閘門和排水泵站，盡可能控制在灌溉正常蓄水位以下至設(shè)計(jì)水位以上區(qū)間；即降雨量較大時(shí)，溝渠內(nèi)水位應(yīng)控制在設(shè)計(jì)水位附近；降雨量較小時(shí)，溝渠內(nèi)水位應(yīng)控制在正常蓄水位附近。

3.2.2 汛期調(diào)度運(yùn)用

每年進(jìn)入汛期(7—8月)后，三庫兩湖的庫水位嚴(yán)格控制在汛期限制水位附近，并且為了滿足灌區(qū)內(nèi)排澇和防洪的要求，花園水庫灌區(qū)中各節(jié)制閘、進(jìn)水閘和排水泵站等溝渠內(nèi)水位，首先下降至最低運(yùn)行水位，然后根據(jù)本灌區(qū)內(nèi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的降雨量大小，開啟各種閘門和排水泵站，盡可能控制在設(shè)計(jì)水位以下。

3.2.3 非灌溉期調(diào)度運(yùn)用

非灌溉期指每年9—10月至翌年4月，為了解決生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水與灌溉供水沖突的矛盾，每年8月下旬至10月末、第2年4月下旬為湖庫泡補(bǔ)水期，共82d。七一運(yùn)河盡量自流引水，一直到湖庫泡蓄滿為止。

4 哈拉海濕地利用

哈拉海濕地自然保護(hù)區(qū)正常蓄水位相應(yīng)的面積165.64km2，汛限水位相應(yīng)的面積112.36km2，死水位相應(yīng)的面積30 km2。該蓄滯洪區(qū)調(diào)節(jié)庫容約2.6613億m3，重復(fù)利用庫容約2.0721億m3。因此，給哈拉海濕地補(bǔ)水的同時(shí)，若合理利用本蓄滯洪區(qū)調(diào)節(jié)庫容和重復(fù)利用庫容，則將起到另外一座綜合利用大型水庫的作用。

5 增加城鎮(zhèn)供水量

北山水庫增容擴(kuò)建后，每年暢流期在七一運(yùn)河取水，通過輸水管道把水放入北山水庫，再通過輸水管道送水至凈水廠，經(jīng)處理后供給龍江縣城居民生活用水，還利用水庫下游的天然河道為龍江湖補(bǔ)水后用于灌溉。冬季直接利用北山水庫調(diào)節(jié)庫容給城鎮(zhèn)供水，全年城鎮(zhèn)總供水量1460萬m3。

6 結(jié) 語

花園水庫功能通過調(diào)整后，增加了哈拉海濕地利用，增加了七一運(yùn)河渠首工程、七一運(yùn)河輸水干渠擴(kuò)建工程、北山水庫擴(kuò)建工程。通過解決哈拉海濕地補(bǔ)水問題(改善生態(tài)環(huán)境)的同時(shí)，可提供農(nóng)業(yè)灌溉用水和城鎮(zhèn)居民生活用水；并通過湖庫泡常年的高水位，為黑龍江省西部水資源匱乏地區(qū)補(bǔ)給地下水后，解決該地區(qū)的人畜飲水問題；又可以合理利用湖庫泡的調(diào)蓄能力，以達(dá)到洪澇水資源化、變害為利的目的。

[1]黑龍江省統(tǒng)計(jì)局.黑龍江省統(tǒng)計(jì)年鑒2014[M].北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社,2014：26-71.

[2]邱德華.區(qū)域水安全戰(zhàn)略的研究進(jìn)展[J].水科學(xué)進(jìn)展,2005(02):305-311.

[3]李少華,董增川,李玉榮.水資源統(tǒng)籌配置綜述與展望[J].水利經(jīng)濟(jì),2007(02):1-5.

[4]吳明官.三江平原生態(tài)水利模式研究[M].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)出版社出版,2013：15-26.

[5]梁貞堂.基于綠色發(fā)展理念融入水利工程設(shè)計(jì)中的探討[J].黑龍江水利科技,2016(05):67-70.

[6]韓玉梅.黑龍江省年降水量時(shí)空分布分析[J].黑龍江水利科技,2008(03):4-5.

[7]劉明崗,王青梅,吳明官.蓄水工程引調(diào)水限制線簡(jiǎn)便計(jì)算方法[J].黑龍江水利科技,2016(07):1-5.

[8]黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省龍江縣花園水庫工程建設(shè)方案專題研討報(bào)告[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2016.

[9]黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省龍江縣花園水庫工程項(xiàng)目建議書[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2014.

Study on Functional Optimization Scheme for Heilongjiang Provincial Huayuan Reservoir

LIANG Zhen-tang and WU Ming-guan

(Heilongjiang Province Water Conservancy & Hydropower Investigation,Design and Research Institute, Harbin 150080,China)

The Huayuan reservoir has been listed in the proposal projects of 172 major national water-saving and water supply projects in recent years, its original design functions is mainly for irrigation, taking into account flood control of the downstream. According to the new policy of water regulation,development ideas and water resources management system, the design of Huayuan reservoir should increase the functions of water supply for cities and towns and water replenishment for wetland, and the irrigation area project should re-design in line with the model of “drainage, decrease, storage and irrigation” and the idea of “green” for achieving the objective of saving water.

Huayuan reservoir;function;water replenishment for wetland;water supply for cities and towns;irrigation project;optimization scheme

1007-7596(2017)03-0001-04

2017-02-26

梁貞堂(1963-)，男，山東冠縣人，研究員級(jí)高級(jí)工程師，現(xiàn)任院黨委書記，從事農(nóng)田水利方面的研究；吳明官(1955-)，男，黑龍江哈爾濱人，教授級(jí)高級(jí)工程師。

TV697.1

B