王快水庫向下游河道生態補水潛力分析

馮 佳，張亞軍

(1.河北省秦皇島水文水資源勘測局，河北 秦皇島 066000；2.河北省保定水文水資源勘測局，河北 保定 071000)

1 王快水庫概況

王快水庫建設在大清河流域的沙河上游，處于河北省保定市曲陽縣境內，位于鄭家莊村西。該水庫的控制流域總面積為3770km2，主要功能是防洪、灌溉和發電，屬于當地大型水利樞紐工程。王快水庫經過2005年的除險加固改造后，水庫防洪標準達到500年一遇，按照10000a一遇進行校核。目前王快水庫的總庫容為13.89億m3，調洪庫容為9.56億m3，死庫容為1.09億m3，興利庫容為5.91億m3[1]。

2 王快水庫向下游河道生態補水潛力分析

2.1 指標選擇標準

根據《室外給水設計規范》)(GB50013-2018)標準，將地表水作為供水水源，設計枯水流量年保證率指標應根據城市規模、工業用戶數量等參數確定，一般在90%-97%之間。同時根據《灌溉與排水工程設計規范》(GB50288-2018)，灌溉設計保證率指標需要根據當地水土資源條件、灌區規模、水文氣象狀況、作物組成結構及灌水方式等確定，在中溫潤地區，其設計保證率應在75%-95%之間。此外，根據《河湖生態環境需水計算規范》(SL/Z712-2014)，河道基本生態需水量指標是反映維持河湖生態環境保護目標、保證其生態功能不喪失的河道最小水量指標參數。即河道內的基本生態需水量應滿足生態環境需水量的下限值。河道目標生態環境需水量指標則是反映河湖生態環境目標對應生態功能可以正常發揮的指標參數，其明確規定了河道內需要保留的水量以及社會經濟活動消耗的水量控制值。一般采用河道生態需水量保證率系數來反映不同來水頻率的生態環境需水量，判斷其是否能夠滿足河道生態需水量要求。通常情況下，基本生態需水量、目標生態需水量保證率均不低于50%。結合上述標準規范及王快水庫的實際情況，本次研究選擇的河道生態補水保證率指標為75%[2]。

2.2 灌溉需水量分析

王快水庫從1955年到2015年的天然徑流數據變化情況如圖1所示。根據相關統計資料進行計算，天然徑流量的多年平均數值為4.9億m3，相較于2000年以前的平均水平下降了12.5%。受當地氣候條件變化以及河道下墊面變化的影響，王快水庫的水資源儲量也出現持續下降的趨勢。在1980年到2015年期間，水庫平均天然徑流量只有3.8億m3，是多年平均數值的77%。這說明王快水庫的天然徑流量變化幅度較大。

圖1 王快水庫從1955年到2015年的天然徑流數據變化情況

從水庫上游用水情況的統計數據來看，王快水庫上游用水主要為農業用水，其中阜平縣城用水以生活用水、工業用水為主。從近十五年的統計數據來看，其上游用水量的變化幅度較小，且出現小幅度下降。從現狀情況來看，上游25%和50%年用水量為0.435億m3，75%年用水量為0.425億m3，阜平縣城生活用水和工業用水的增加值為0.071億m3。農業用水按照零增長計算，規劃50%年用水量為0.506億m3，75%年用水量為0.496億m3。入庫徑流量計算結果如表1所示。

表1 水庫入庫徑流量計算結果 億m3

根據上述計算結果分析王快水庫需水量，其年均出庫水量為2.35億m3，包括應急供水量1.0億m3、灌溉供水量0.92億m3、水庫棄水量0.21億m3。另外，由于水庫供水范圍內的經濟產業園區建設時間較晚，已建成南水北調工程無法滿足園區供水，王快水庫出現新增供水量0.38億m3。在2014年到2015年期間，由于地下水超采治理工程的實施，王快水庫灌溉供水量增加0.34億m3。目前王快水庫的設計灌溉面積總數為86萬畝，要求灌溉保證率達到50%以上。根據節水改造工程、灌區連續配套工程等方面的建設規劃，50%年和75%年設計灌溉定額為3936m3/hm2和4680m3/hm2，預計改造工程建成后，灌溉用水的利用系數可以達到0.594。

2.3 水庫補水潛力計算

在補水調度方案設計過程中，可采取灌溉供水優先或生態補水優先方案。其中，灌溉供水優先要求滿足剛需用戶的供水量需求。對于王快水庫而言，主要為定州和曲陽等地工業經濟園區供水，供水量需求為0.38億m3，其余水量優先滿足農業灌溉用水。如果采用生態補水優先的設計方案，首先也要滿足定州和曲陽等地剛需用戶的供水量需求，其次考慮下游灌區的實際供水量情況以及地下水超采治理項目新增的0.34億m3置換水源，最后將剩余水量優先滿足河道生態補水需求。在計算過程中，蒸發量根據蓄水面積和政府吸水進行計算，滲流量按照月需水量1%進行計算。此外，以死水位作為調節起點，根據汛期限制水位和水庫正常水位進行控制。最終確定的供水優先順序為生活用水、工業用水、農業灌溉用水、生態用水。

2.4 補水調度方案選擇

從上述計算結果來看，若采取灌溉供水優先的設計方案，王快水庫的多年平均總調節水量為3.05億m3，水庫供水量為2.30億m3，包括生活和工業供水量0.38億m3，農業灌溉供水量1.92億m3和棄水量0.74億m3。此外，50%年總調節水量2.58億m3，無棄水量，75%年總調節水量4.05億m3，無棄水量。如果采取生態補水優先的設計方案，王快水庫的多年平均總調節水量為2.96億m3，總供水量為2.09億m3，包括生活和工業供水量0.38億m3，農業灌溉供水量1.26億m3，生態供水量0.45億m3和棄水量0.86億m3。此外，50%年總調節水量2.23億m3，最大生態供水量0.59億m3，無棄水量，75%年總調節水量1.86億m3，最大生態供水量0.22億m3，無棄水量。因此，目前王快水庫擁有較大的生態補水潛力。在降雨期間，可以利用雨水對下游得到基流進行補充，并根據水庫實際情況，計算出最小降雨量需求值，在無法滿足實際生態補水需求時，則需要采取水庫補水措施。通過合理制定補水調度方案，可以同時滿足生活、工業、灌溉用水需求，并保證下游河道的基本生態補水保證率，從而防止下游河道出現干涸的情況。

3 結 語

綜上所述，對王快水庫生態補水潛力進行計算和分析，可以為水庫調度運行方案的優化提供依據。通過明確水庫對下游河道生態補水潛力，制定合理的調度運行方案，能夠同時滿足不同方面的供水需求、補水需求，確保下游河道生態環境良好，實現可持續發展目標。