大連市水量調度優化配置方案研究

孫志毅

(大連市水務事務服務中心，遼寧 大連 116001)

大連市是我國嚴重缺水的城市。大連市由于水資源總量較少，使得水利工程調度頻次增大，此外由于區域水資源時空分布不均以及水資源開發利用度較高等多個影響因素，區域水資源供需矛盾日益嚴重，水生態環境有所惡化，部分河流甚至出現斷流的現象，河流生態健康受到不同程度的影響[1]。隨著工業、農業以及生活用水之間矛盾的逐步加劇，河流生態用水逐步被壓縮，使得城鄉用水矛盾不斷加劇，“三農”問題的難度也不斷加大，對大連地區各流域生態環境質量產生重大影響[2]。對于生態環境需水的研究最早開始于20世紀40年代，但直到90年代生態需水研究才逐步成為社會關注的熱點問題[3]。從70年代開始我國逐步展開河道最小生態需水量的研究，主要針對河道最小生態流量進行方法的探討[6- 11]，提出生態水利理論及相關技術[12- 15]，并構建模型對區域水資源可持續利用進行分析。建立基于多目標的水資源配置模型，從水量和水質進行生態環境和經濟發展相協調的水量優化配置研究，從而解決水資源供需之間的矛盾。總而言之，通過生態需水量對生態調度方式進行分析，提出了許多計算理論和方法，并對水庫生態調度的理論和方式進行了初步分析，但針對生態流量保障的水量調度方案研究還較少，為此本文從不同保證率下生態缺水量角度出發，對大連市生態流量調度技術方案進行研究，研究成果對最大限度的發揮水庫工程的效益，對指導水庫運行調度具有重要的參考價值。

1 生態流量分析計算

1.1 基本資料

研究涉及6條主要河流，即碧流河、復州河、英那河、大沙河、莊河和湖里河，除復州河資料直接取自關家屯水文站，其余5條河流資料均取自以往通過審查的規劃，為使資料達到一致性，全部采用1956—2018年系列，不足年份進行相關分析，進行插補延長。各水庫及水文站控制流量面積詳見表1。

表1 各水庫及水文站徑流量資料年限

1.2 各頻率徑流量(壩下區間)及月分配

根據水文序列區域相似性原理，將水庫(水文站)的集水面積和計算區域集水面積進行比擬分析，同時用徑流深(查《遼寧省水資源》“1956—2018年平均年徑流深等值線圖”)校核，進而同倍放大得到區間徑流量。根據各河流不同保證率徑流量，計算出與多年平均徑流量之間的關系，見表2。

表2 主要河流徑流量不同保證率與多年平均之間關系

從大連市主要河流各斷面不同保證率下的徑流量可看出，20%的徑流保證率下的流量均是多年平均徑流量的1.2倍以上，而75%的徑流保證率下徑流量是多年平均徑流量的0.4倍以上，但均小于多年平均值，而90%保證率其徑流量更小，表明大連地區各河流在豐水和枯水季節徑流的差異性較大。

1.3 生態流量計算

根據兩種情況，分別進行區域生態流量計算：①基于Tennant法對其月尺度生態基流進行計算；②對采用保證率為90%的月尺度最枯流量均值計算的生態基流值用于枯水年的水量調度。根據各水庫及水文站的長系列徑流量，計算出多年平均各月流量，即為該水庫或水文站的生態基流量，再根據面積比計算出水庫下游各斷面所需的生態基流量，同時計算各斷面90%保證率最枯月平均流量。各斷面生態流量如圖1所示。

以各河流入海口為例，碧流河按Tennant法計算生態流量為0.22～14.24m3/s，按90%保證率最枯月平均流量計算生態流量為0.37m3/s，大于Tennant法計算1—2月的生態流量。復州河按Tennant法計算生態流量為0.09～4.86m3/s，按90%保證率最枯月平均流量計算生態流量為0.35m3/s，大于Tennant法計算11—5月的生態流量。英那河按Tennant法計算生態流量為0.13～5.91m3/s，按90%保證率最枯月平均流量計算生態流量為0.43m3/s，大于Tennant法計算12—3月的生態流量。大沙河按Tennant法計算生態流量為0.11～2.87m3/s，按90%保證率最枯月平均流量計算生態流量為0.22m3/s，大于Tennant法計算12—2月的生態流量。莊河按Tennant法計算生態流量為0.11～3.20m3/s，按90%保證率最枯月平均流量計算生態流量為0.75m3/s，大于Tennant法計算10—5月的生態流量。湖里河按Tennant法計算生態流量為0.10～2.29m3/s，按90%保證率最枯月平均流量計算生態流量為0.53m3/s，大于Tennant法計算10—5月的生態流量。

2 大連市生態流量調度技術方案

2.1 調度技術方案

綜合考慮農業供給滿足度的前提下，對水庫用水調度下的棄水進行充分利用，并可補給河道生態需水量，此外水庫下游到入海口之間的區間來水量也可一定程度對其河道生態需水進行補給。在此基礎上，不足部分的生態流量由水庫泄水供給。

在保證城市供水保證率以及農業供水保證率不變的前提下，通過優化調度，增加少量供水，即可使下游生態環境得到較大改善，最終實現經濟社會、生態環境與水資源協同發展。

2.2 調度啟動條件及權限

根據控制生態流量計算成果對其生態流量的預警值進行設定，當生態流量設定的預警值高于監測斷面下泄流量時，按照水庫調度計算，依據保證率條件下不需水庫進行生態用水，湖里河的90%保證率無需水庫補水。所以，各河流需要生態補水的最大流量即為壩下斷面的補水量。

2.3 水量調度方案

各水庫壩下河道生態水量首選采用區間來水量進行下游段生態徑流的補給，其次采用水庫下泄水量進行生態用水的補給。在生態用水調度的過程中若水庫需要進行棄水或者為灌區進行農業用水補給，則對其生態需水量進行相應的減少。①采用Tennant法計算多年平均和20%保證率情況下生態基流值，如圖1所示，對其水庫補水量進行有效控制；②采用Tennant法計算75%和90%保證率情況下月最枯流量的最小值和最大值，對水庫的補充生態的水利進行控制，大連各水庫不同保證率各河流需要水庫補充生態流量最大值見表3。

圖1 大連市水庫補水斷面生態基流計算結果

續圖1 大連市水庫補水斷面生態基流計算結果

表3 不同保證率各河流需要水庫補充生態流量最大值 單位：m3/s

從表3中可以看出，各河流除壩下斷面外，多年平均和20%保證率均無需水庫補水，碧流河、英那河、大沙河的入海口斷面和湖里河的75%保證率也無需水庫補水，湖里河的90%保證率無需水庫補水。所以，各河流需要生態補水的最大流量即為壩下斷面的補水量

3 生態流量調度保障機制

3.1 協商機制

生態流量調度涉及上下游用水矛盾，為更好的協調上游用水需求和對下游水生態的保護，需要生態流量管理機構進行協調，并充分征求各方面意見，發揮統籌管水，統一調度的管理職能。

協商方式：生態流量管理機構制定調度方案后需組織相關水行政主管部門負責人和相關水庫、閘壩管理機構負責人召開協商會議，對調度方案的可行性進行研究討論，如有人對調度方案提出異議，則需對調度方案進行再論證，必要時進行修改。

如上游確有重要需求不能調水的應向生態流量管理機構遞交下階段用水計劃，并說明理由。生態流量調度管理機構進而研究尋找其他調水線路或從該水庫調水的同時從其他水源向該水庫補水。協商機制可以生態調度中各相關利益得到平衡，是生態調度正常運行的基本前提。

3.2 補償機制

“水十條”提出水環境補償采用跨界進行實施，對資金橫向補貼、對口幫扶、產業轉置等方式進行探索，搭建水環境補償跨界實施的平臺，實現生態補償制度在重點功能區的逐步覆蓋。

按照可持續、區域協調發展以及公平公正的原則進行生態調度補償機制的逐步實施，實現區域社會經濟、科技進步、人居和諧、生態環境保護等多個要素之間的全面發展，將生態用水調度在整個社會經濟-自認生態健康發展中進行整體規劃。生態調度用水補償要建立使得受益者利用得到保護，而破壞者進行支付的有效機制。制定生態環境保護和利益受到損害者得到補償、社會受益，政府進行生態補償的相關原則。將同一個行政區域內不同利益的沖突進行綜合協調，及不同流域之間調水和受水利益沖突進行綜合協調，使得流域整體與區間利益進行相一致。

流域機構應該在生態調度補償機制中發揮重要作用，通過水功能區劃確定相應目標，并結合流域立法對補償依據進行規范。通過評估生態調度對原工程發電、供水效益的影響，評估補償金額。按照財政轉移支付為主，以資源有償使用為輔，補償金額由中央財政和大連市政府共同承擔。補償對象為調水工程供水對象中受影響的人群，以投資、輔助流域水利工程建設為途徑，進行流域生態補償。

3.3 監測反饋機制

由于當前生態調度的認知水平有限，很難實現河流生態復雜系統下的定量評估，所以需要對監測和評估生態調度后的效果，在較為敏感和重要的生態流域搭建生態監測體系，對第一手監測數據進行采集。

通過設置生態監測點實現重要和敏感區域的生態保護，對上游生態調度效果結合生態指標進行評估，并對生態調度的調整方式進行意見反饋。通過反饋的生態調度評估成果，對生態調度需求和保護的目標逐步加深認識，通過不斷調整方案使得生態調度方式逐步趨于完善。

3.4 信息共享機制

生態流量調度方案的合理制定需要大量的基礎信息，包括：監測斷面的日常監測資料、調度工程近期的用水計劃、水文預報信息等。

這些信息分別由不同部門掌握，為了在最短時間內制定調度方案，需要對這些信息迅速整合。為此，信息共享機制的建立是必要的。

同時生態調度往往涉及到用水矛盾，信息的公開共享有利于一致意見的達成，對生態流量調度工作的開展有促進意義。

4 結論

(1)在進行生態用水調度時，應對各斷面水量和水質進行有效監測，并結合動態監測數據對下泄補給的生態基流進行動態調整；

(2)本文分析計算的生態流量為正常狀況下的值，如果出現非常情況下的水質污染，不應由水庫補充生態流量需水來解決，應由環保部門和各級政府協調解決，保障大連市主要河流的健康發展；

(3)在以后的研究中還需要結合實測徑流序列數據以及調度線，并以水庫特征水位和調度線為主要基準，實現生態流量補給的準確調度。