甘肅省疏勒河流域尾閭生態補水工程措施研究

?曾有孝 周毅

摘要：以向疏勒河尾閭——敦煌西湖國家級自然保護區輸送生態水量為目的，以恢復和歸束疏勒河河道為措施，通過調查疏勒河現有河道、已消失古河道現狀，考慮疏勒河下游河道輸水水量逐漸衰減的特性，分析確定了河道生態輸水效率及輸水流量。針對工程中存在的風蝕、風積作用影響河道成型穩定，部分河段地下水埋深淺、土質疏松，工程運行期形成結晶鹽塞，壅塞河道，影響輸水效率等問題，設計中主要采取了繞線、換填等措施。疏勒河河道恢復與歸束工程于2013年陸續開工建設，2016年大部分河段基本建成，2016年（豐水年）在已建成的河段進行了試通水，達到了預期的輸水效果。

關鍵詞：生態補水;輸水效率;輸水流量;疏勒河

中圖分類號：TV213.4;X171.1 文獻標志碼：A

甘肅敦煌西湖國家級自然保護區位于敦煌市西部，庫姆塔格沙漠以東，東接南泉濕地自然保護區和陽關鎮，南與阿克塞哈薩克族自治縣接壤，西、北分別與新疆維吾爾自治區和敦煌雅丹國家地質公園毗鄰，并與庫姆塔格沙漠和羅布泊相連。敦煌西湖國家級自然保護區是疏勒河尾閭，歷史上，疏勒河河水滋潤著這片土地，隨著社會經濟的發展，疏勒河水資源開發利用率不斷提高，向下游下泄水量銳減，造成河道斷流，疏勒河河水失去了與敦煌西湖國家級自然保護區地表水的水力聯系，致使保護區濕地面積萎縮，濕地內植被退化或者消失，生物多樣性減少，生態環境問題日益突出，嚴重威脅敦煌綠洲的生存發展。為解決敦煌的生態問題，2011年國務院批準甘肅省實施《敦煌水資源合理利用與生態保護綜合規劃（2011-2020年）》（以下簡稱《規劃》）。《規劃》確立了“南護水源、中建綠洲、西拒風沙、北通疏勒”的總體思路和“內節外調統籌、西護北通并舉，水源綠洲穩定、經濟生態均衡”的總體布局。恢復疏勒河河道輸水功能、增加向尾閭的下泄水量是《規劃》確定的主要治理任務之一。本文以實施敦煌西湖國家級自然保護區生態補水為目標，結合疏勒河尾閭河道現狀，提出了生態補水的工程措施。

1 流域概況

疏勒河發源于祁連山西段的討勒南山與疏勒南山之間，全長540km，流域面積20197km²。河流自東南流向西北，匯高山積雪、冰川融水及山區降水，至花兒地折流向北人昌馬盆地，過昌馬峽后進入山前平原區，漫流于沖洪積扇上，于玉門市轉向西行，經雙塔水庫，過瓜州盆地，至敦煌市北，黨河由南匯入，再西流注入哈拉湖。歷史上，疏勒河經玉門關一帶的敦煌西湖國家級自然保護區，終流入羅布泊。疏勒河花兒地以上流域面積6415km²，河長234km，山巔終年積雪，并有現代冰川分布，是徑流的主要補給區;花兒地至昌馬堡兩岸光山禿嶺，植被較少，水土流失較為嚴重，是泥沙的主要匯集區;昌馬堡下游為山前平原區，大量河水被用于疏勒河灌區農業灌溉，是河水主要消耗區。目前疏勒河干流在敦煌市與瓜州縣分界處的北河口附近斷流，部分河道消失。

2 西湖國家級自然保護區生態恢復需水量

敦煌西湖國家級自然保護區面積為6600km²，約占敦煌市總面積的21%，其中核心區面積為1980.0km²，緩沖區面積為1457.5km²，試驗區面積為3162.5km²。保護區內濕地面積為1135km²，區內海拔820～2359m，地勢南高北低，中間為沖積平原。根據《敦煌重點目標生態建設與環境保護規劃》，自1973年起，敦煌西湖國家級自然保護區生態植被面積和綠洲穩定度總體呈下降趨勢，1973年、1986年、1990年、2000年、2007年綠洲穩定度分別為0.54、0.45、0.45、0.33、0.39。要保持生態系統穩定，必須保證與其相適應的生態水量供給。以西湖國家級自然保護區2007年現狀生態需水量為生態基準供水量，以1990年生態需水量為目標，兩者間差值為敦煌西湖國家級自然保護區生態不再惡化并向增加綠洲穩定度方向發展所需的生態補水量。參照《黑河流域近期治理規劃》中相同生態系統的生態需水平均定額[1-2]，計算得到敦煌西湖國家級自然保護區不同時期的生態需水量，見表1。經分析確定西湖國家級自然保護區需人工增補水量應穩定在3800萬m³以上，其中通過疏勒河干流河道增補2200萬m³，通過黨河干流河道增補1700萬m³。

3 工程措施

敦煌西湖國家級自然保護區生態恢復所需水量通過天然補給已經無法實現，需要人工干預補給。《規劃》確定的補水思路：加大疏勒河灌區和敦煌盆地節水力度，調整用水結構，壓減社會經濟用水，輔以適度的外流域調水（引哈濟黨工程），在滿足經濟社會發展和河道內外生態用水的情況下，補充一部分水量至敦煌西湖國家級自然保護區。主要的工程措施是通過實施河道恢復與歸束工程，恢復疏勒河及黨河河道的輸水功能，將生態水量下泄至西湖國家級自然保護區，成為保護區地表水生態水量的一部分。本文以疏勒河河道恢復為例，介紹生態補水工程措施，黨河河道恢復的工程條件和補水工程措施等與疏勒河類似。

3.1 疏勒河河道現狀及恢復治理范圍

目前，疏勒河干流在敦煌市與瓜州縣分界處的北河口附近斷流，斷流點距離敦煌西湖國家級自然保護區約102km。北河口地面高程1090m，西湖國家級自然保護區地面高程1014m，高差76m，天然縱坡0.076%。北河口以上河段基本成型;北河口以下至玉門關河段地形條件較為復雜，除少部分河段有成型的河槽外，大部分河段常年斷流，無成型河道，現狀河道起伏不平，多分叉，不規則，河床基本無植被，地表呈荒漠景觀，部分河段還存有大規模已干涸的鹽湖和季節性沼澤濕地，土體鹽漬化和地基溶陷問題嚴重。

通過大量實地調查選線，按照生態輸水所要求達到的水量目標，選擇北河口至玉門關段河道進行恢復和歸束，總長180km。

3.2 生態輸水時段確定

疏勒河雙塔水庫每年的灌溉期為3月5日至4月30日、6月5日至8月25日、10月15日至11月20日，總灌溉期約170d。為保證水庫下游農業灌溉安全，兼顧生態用水安全，確定雙塔水庫每年的灌溉間歇期為生態輸水期，即每年5月1日至6月4日（35d）和8月26日至10月14日（50d）將雙塔水庫下泄水量通過疏勒河向下游輸送，其中每年的8月26日至10月14日為生態強制輸水期。

3.3 河道輸水效率及生態輸水流量計算

河道輸水的水量損失主要包括滲漏和蒸發。滲漏損失依據《灌溉與排水工程設計規范》（GB50288-99），按照渠道輸水效率計算公式計算：式中：η為渠道水利用系數（河道輸水效率）;L為河道長度;σ為河道單位長度水量損失率;ε為受地下水頂托的滲水損失修正系數;Q_dj為河道凈流量;K為土壤透水性系數;m為土壤透水性指數。

根據工程地質勘察，河段的河床質組成以沙土居多，根據工程地質勘探河道取樣土體物理試驗結果，土壤透水性系數和透水性指數分別取3.4和0.5。受地下水頂托的滲水損失修正系數根據分段地下水埋深和輸水流量查規范確定。

分段計算不同流量情況下的河道輸水效率，通過繪制輸水流量與輸水效率曲線，查得該河段不同流量的輸水效率;蒸發損失按輸水期平均水面面積x水面蒸發量進行計算。下一斷面輸水量按照河段前一斷面輸水量乘以輸水效率減去蒸發損失進行計算，如在雙塔水庫出庫至柳墩鐵路橋段，出庫斷面設計輸水流量為35.0m³/s，查得該段河道的輸水效率為0.722，推算得到柳墩鐵路橋斷面的流量為25.3m³/s，水量為5596萬m³。同理推算得到輸水流量到達雙墩子斷面時折減為15.8m³/s，到達黨河匯入口斷面時折減為13.3m³/s，到達末端玉門關斷面時折減為10.0m³/s。雙塔水庫下泄的生態水量到達疏勒河各斷面的水量見表2。

3.4 補水工程方案

對地面高程高于河底高程的無河槽河段、有河槽但槽底高程高于河底高程或河槽寬度過窄不能滿足生態輸水要求的河段，按照各河段不同的輸水流量、實際河道地形地貌、地質條件、河道比降、工程造價等，分別采取開挖、疏浚、削坡等工程措施，形成新的人工河道，保證生態輸水流量順利通過。從河道縱坡方向看，遇到自然河底高程高于設計河底高程時將河底高程開挖清理至設計高程;自然河底高程低于河道設計高程時原則上不進行填筑處理，也不作為棄渣的地方，遇到局部較大坑、井時必須將其夯填至設計高程。柳墩鐵路橋至西湖鄉河道總長60.93km，河道平均縱坡1/890，治理寬度40m;西湖鄉至雙墩子斷面總長28.97km，河道平均縱坡1/1206，治理寬度30m;雙墩子至黨河匯入口段河道總長36.34km，河道平均縱坡1/1556，治理寬度30m;黨河匯入口至玉門關段河道總長60.932km，河道平均縱坡1/1310～1/8000。

河道恢復工程橫斷面采用梯形斷面，其中雙墩子至黨河匯入口段河堤內邊坡為1：3.0，外邊坡為1：2.5;黨河匯入口上游至青鹽池段河堤內邊坡為1：3.0，外邊坡為1：3.0;青鹽池至玉門關段河堤內邊坡為1：3.5，外邊坡為1：3.5。河道恢復工程縱橫斷面設計見圖1～圖3。

4 關鍵技術問題

內陸河原有河道多經過風沙地區，河道散亂，天然縱坡緩，長時間斷流后，地表地形再造，部分河道消失。主要地質問題是風蝕、風積作用影響河道成型穩定;野馬井子沼澤段地下水埋深淺，土質疏松;工程運行期會形成結晶鹽塞，壅塞河道，影響輸水效率。

針對存在的地質問題，設計中主要采取了繞線、換填等措施。雙墩子到黨河匯入口段線路長約35km，該段存在風沙掩埋問題和風蝕地貌段難以疏通的問題，本著對沿線生態有利和高程能夠滿足繼續向下游輸水的原則，線路向南偏移;黨河匯入口至玉門關段，線路長約65km，需要繞過哈拉諾爾湖，穿過鹽漬土和地形隆起區，同樣采取了盡量繞開哈拉諾爾湖，從南側繞行的線路，有效避開了大部分不良地段;對于河道部分結晶鹽塞段，采用了外運土料換填的方法。

5 工程實施初步效果

疏勒河河道恢復與歸束工程于2013年陸續開工建設，2016年大部分河段基本建成，2016年（豐水年）在已建成的河段進行了試通水。據初步監測，2016年黨河水庫下泄水量22000萬m³，水量到達黨河匯入疏勒河口;疏勒河雙塔水庫下泄水量25562萬m³，水量到達下游北河口斷面。因下游部分河段未完全恢復，故兩河下泄水量全部流入干涸多年的哈拉諾爾湖，形成24km²的水面，生態補水的效果初步顯現。河道歸束工程完建后，隨著生態水量逐年下泄，河道沿途及敦煌西湖國家級自然保護區周邊地表植被覆蓋率提高，生態環境將逐步改善。

6 結語

以恢復疏勒河河道輸水功能為目標，研究確定了河道治理范圍、生態輸水時段、河道輸水效率、輸水流量等關鍵數據，提出了生態補水的工程技術方案。從已建成河段的試通水情況看，達到了預期的輸水效果。工程全面建成后，將為實現《規劃》確定的治理目標，改善和恢復敦煌西湖國家級自然保護區生態環境發揮積極作用。

參考文獻：

[1]張一馳，于靜潔，喬茂云，等.黑河流域生態輸水對下游植被變化影響研究[J].水利學報，2011，42（7）：757-765.

[2]孫志強，孫志剛，鄧小東.額濟納綠洲的生態退化過程與生態保育對策分析[J].干旱區資源與環境，2011，25（9）：39-45.