引漢濟渭工程水庫生態調度方案研究

李瑛 金弈 董磊華

摘 要：引漢濟渭工程是解決關中地區缺水問題的戰略性調水工程，與南水北調中線工程的水源區部分重疊，開展生態調度研究保障河流生態環境用水，對維護工程水源區的生態環境可持續發展具有重要意義。在保證國家南水北調工程安全運行的前提下，分析引漢濟渭工程水源區洪水資源利用可行性，在此基礎上提出工程兼顧供水保證率目標的生態調度方案。研究認為，將三河口水庫前期汛限水位抬高至643 m，且在保證三河口水庫下游生態流量2.71 m3/s時，引漢濟渭工程受水區多年平均實際供水量為10.04億m3，供水保證率80.8%，可以顯著提高下游河道生態基流滿足程度，在典型枯水年、平水年和豐水年均可以使三河口下游河道生態基流滿足程度達到97.5%，顯著提升了工程的生態效益。

關鍵詞：生態流量;洪水資源利用;生態調度;供水保證率;引漢濟渭工程

中圖分類號：TV697 ? 文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.07.017

Abstract：Hanjiang-to-Weihe River Valley Water Diversion Project is a strategic water diversion project to solve the problem of water shortage in Guanzhong area. The water source area of South-to-North Water Diversion Project and Hanjiang-to-Weihe River Valley Water Diversion Project is overlapped. It is of great significance to carry out ecological operation research to ensure the ecological flow of the river and maintain the sustainable development of the ecological environment in the water source area of the project. On the premise of ensuring the safe operation of South-to-North Water Diversion Project， it was analyzed the feasibility of flood resources utilization in the water source area of Hanjiang-to-Weihe River Valley Water Diversion Project and put forward the ecological operation scheme of the project taking into account the target of water supply guarantee rate， so as to provide technical support for the maximum excavation of the available water quantity in the water source area and the full play of the comprehensive benefits of water supply and ecology of the project. The research shows that raising the flood control level of Sanhekou Reservoir to 643 m in the early stage and ensuring the ecological flow of the downstream river of Sanhekou Reservoir at 2.71 m3/s， average annual water supply of Hanjiang-to-Weihe River Valley Water Diversion Project is 1.004 billion m3 and the water supply assurance rate is 80.8%， which can significantly improve the satisfaction degree of the ecological base flow in the downstream river. In the typical low flow year， normal flow year and high flow year， the satisfaction degree of the ecological base flow of the downstream river of Sanhekou Reservoir can reach over 97%， which significantly improves the ecological benefits of the project.

Key words： ecological flow; utilization of flood resources; ecological operation; water supply guarantee ratio; Hanjiang-to-Weihe River Valley Water Diversion Project

1 前 言

引漢濟渭工程是從陜南地區水資源相對豐富的長江支流漢江流域調水進入缺水嚴重的渭河關中地區，緩解渭河流域關中地區水資源短缺問題，改善渭河流域生態環境而興建的重大基礎建設項目[1]。根據《長江流域綜合規劃（2012—2030年）》和國家發改委對陜西省引漢濟渭工程各階段的批復文件，引漢濟渭工程規劃近期多年平均調水10億m3。

引漢濟渭工程總體開發方案為以陜南漢江干流及其支流子午河為水源，以干流的黃金峽水庫及其支流的三河口水庫為調蓄水庫，以黃金峽泵站、三河口泵站、秦嶺輸水隧洞（黃三段、越嶺段）為調水工程，共同完成調水至關中受水區的工程開發任務[2]。

中華人民共和國環境保護部《關于陜西省引漢濟渭工程環境影響報告書的批復》（環審[2013]326號）中要求制定工程蓄水和運行調度環保方案，提出滿足生態與環境要求的流量下泄過程線，確保下泄生態環境用水，水庫蓄水和運行期間，黃金峽水利樞紐分別采用底孔和生態泄水閘泄放生態流量不小于38 m3/s，三河口水利樞紐分別采用直徑800 mm旁通管、引水渠和運行期生態放水管泄放生態流量不小于2.71 m3/s。按照環境影響報告書批復要求及引漢濟渭工程的實際需要，結合引漢濟渭工程黃金峽和三河口水庫調度方式，綜合考慮入庫洪水、水庫安全運行、下泄洪水超下游地區防洪標準、下泄洪水減少導致下游生態環境用水變化等不確定性因素，探討引漢濟渭工程的生態調度方案。

引漢濟渭工程與南水北調中線工程的水源區部分重疊，受制于南水北調中線工程，其大部分引水量主要在汛期。充分利用洪水資源，通過生態調度保障河流生態環境用水，對于維護工程水源區的生態環境可持續發展具有重要意義[3]。在保證國家南水北調工程安全運行的前提下，筆者分析引漢濟渭工程水源區洪水資源利用的可行性，在此基礎上提出工程兼顧供水保證率目標的生態調度方案，為最大程度挖掘利用引漢濟渭工程水源區的可用水量，充分發揮工程供水、生態等綜合效益提供技術支撐。

2 洪水資源利用方式研究

在既定的工程規模條件下，研究供水工程的洪水資源化潛力，具有重要的現實意義。如何協調防洪與興利之間的矛盾，在保證防洪功能的前提下，充分挖掘調蓄水庫的供水潛力，是實現洪水資源化的重要途徑。通過對三河口水庫斷面上游的洪水特征進行統計，分析三河口水庫洪水資源利用的可行性，得出如下結論：

（1）根據流域實測暴雨和洪水資料統計特征分析，三河口水庫流域以暴雨洪水為主，汛期洪水發生率高，大多集中在主汛期7—9月。因此，三河口水庫流域具備汛期分期條件。

（2）根據長系列汛期日降雨資料，采用分形理論法，將三河口水庫流域汛期分為前汛期（6月1—30日）和主汛期（7月1日—9月30日）。

（3）按前汛期防洪調度不降低水庫防洪標準的原則，通過調洪計算，得出三河口水庫前汛期汛限水位最高可抬高至正常蓄水位（643 m）的結論。

（4）通過抬高前汛期汛限水位，最大可在汛前增加有效興利庫容1 500萬m3，可利用該部分庫容調蓄水庫汛期部分洪水資源，以提高供水量及供水保證率。

（5）根據實測徑流資料對643 m的前汛期汛限水位方案進行調節計算，可得引漢濟渭工程洪水資源化潛力為3 400萬m3。

（6）三河口洪水資源開發利用應注重前汛期水庫興利調度，制訂詳細的興利調度計劃，以充分發揮分期興利庫容的“減棄水，增供水”的作用。

3 生態調度方案研究

基于調洪演算所得到的汛期分期洪水，適當抬高前汛期的汛限水位，綜合考慮入庫洪水、水庫安全運行和下泄洪水減少對下游生態環境用水影響等不確定性因素，基于生態優先（優先保證三河口水庫下游生態流量）和供水優先（優先保證城鎮生活、工業供水）兩種調度方式，模擬了三河口水庫調度過程，核算引漢濟渭工程10億m3調水規模下，較基準方案（受允許可調水量限制的黃金峽、三河口水庫兩庫聯合調節調水10億m3、供水滿足程度為79%）的變化，得到不同方案經洪水資源化利用后可增加的供水量，評估不同調水方案的供水滿足程度。

運用Tennant法分析三河口水庫下游河道生態需水量，分別選取多年平均流量的10%（2.71 m3/s）和20%作為生態低流量和生態高流量方案，同時考慮生態優先和供水優先兩種調度方式，共組合擬定6個生態調度方案[4]，見表1。

將上述各方案參數輸入調度模型，進行長系列興利調節計算，獲取各方案供水過程及水庫蓄泄變化，并與設計基準方案進行比較。根據供水滿足程度的計算公式，最終得到各個方案對比指標匯總結果，見表2。

由表2可以看出：

（1）供水優先的方案Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ，供受水區水量增加較多，較基準方案分別增加0.28億、0.29億、0.26億m3，供水保證率也有所提高，但生態供水滿足程度受到較大影響，僅為40%左右。其中方案Ⅳ（生態低流量需水）通過將前汛期的汛限水位提高至643 m，同時考慮下游生態低流量需水，可增加總供水量2 900萬m3，受水區供水滿足程度為81.9%，供水滿足程度最高，生態供水滿足程度在3個方案中也較高。方案Ⅳ實際供水量最高，為供水優先調度方式下洪水資源化利用效果最佳的方案。

（2）生態優先的方案Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ中，方案Ⅰ、Ⅲ供受水區水量較基準方案略有增加，方案Ⅴ較基準方案降低，但生態供水滿足程度均有較大提升。其中方案Ⅲ（汛限水位643 m、生態低流量需水）通過將前汛期的汛限水位提高至643 m，同時考慮下游生態低流量需水，可增加總供水量400萬m3，受水區供水滿足程度80.8%，供水滿足程度在3個方案中最高，生態供水滿足程度為6個方案中最高。方案Ⅲ為生態優先調度方案下洪水資源化利用效果最佳的方案，同時是所有方案中推薦的最優方案。

（3）方案Ⅴ與方案Ⅵ為生態高流量需水方案，這兩個方案均出現較不利指標值。方案Ⅴ（生態優先）供受水區水量最低，供水滿足程度最低;方案Ⅵ（供水優先）生態滿足程度最低。因此，不推薦將生態流量提高至生態高流量方案。

綜合考慮供水及生態用水保障程度，推薦采用洪水資源化方案Ⅲ，即前期汛限水位為643 m、生態低流量需水、生態優先供水方案，該方案下多年平均供水量為10.04億m3，受水區多年長系列供水保證率為80.8%，生態供水量為0.84億m3，多年長系列生態流量滿足程度為97.5%（生態高約束）和100%（生態低約束）。

4 生態效果比選研究

通過方案Ⅲ與基準方案（引漢濟渭既定調水方案）對比分析，評價了方案Ⅲ對三河口水庫下游生態的影響，同時分析了該方案對引漢濟渭工程受水區供水滿足程度的影響，得出以下基本結論。

（1）分析比較推薦方案和基準方案下三河口水庫下游逐旬的生態供水量及過程，推薦方案三河口水庫下游年均生態供水量和基準方案相比顯著增高，增高幅度達34.9%。從長系列過程來看，推薦方案三河口水庫下游河道長系列生態供水滿足程度為97.5%，和基準方案的68.5%相比顯著提高。同時，研究發現推薦方案50%典型平水年和10%典型豐水年的生態供水滿足程度均達100%，即使在95%典型枯水年，推薦方案的生態供水保證率也達97.2%。由此說明，三河口水庫洪水資源化利用推薦生態調度方案對提升水庫下游河道生態環境作用十分顯著。

（2）推薦方案下，引漢濟渭工程多年平均年供水量為10.04億m3，和基準方案相比增加了400萬m3，增幅僅為0.4%。不過從供水時間過程來看，推薦方案供水量大于基準方案的旬數為35旬，改善了供需過程?？傮w來看，推薦方案和基準方案相比對引漢濟渭工程供水量的提升有一定效果，但從總供水增量來看增幅有限。

5 結 語

（1）根據長系列汛期日降雨資料并結合流域產匯流條件，采用分形理論法，將引漢濟渭工程的三河口水庫流域汛期分為前汛期和主汛期兩個階段。同時，根據前汛期防洪調度不降低水庫防洪標準的原則，通過調洪計算，得出三河口水庫前汛期汛限水位最高可抬高至正常蓄水位643 m。

（2）研究認為，將三河口水庫前期汛限水位抬高至643 m，且在保證三河口水庫下游生態流量2.71 m3/s時，引漢濟渭工程受水區多年平均實際供水量為10.04億m3，供水保證率為80.8%，可以顯著提高下游河道生態基流滿足程度。在典型枯水年、平水年和豐水年均可以使得三河口下游河道生態基流滿足程度達到97.5%，顯著提升工程的生態效益。

（3）考慮到未來三河口上游流域來水的不確定性，洪水資源化生態調度方案將給三河口水庫前汛期帶來一定潛在防洪風險。研究認為，在加強和提升三河口水庫上游洪水預報能力（尤其是前汛期）的基礎上采用推薦的生態調度方案是更穩妥、更科學的選擇。

參考文獻：

[1] 王偉，鐘永華，雷曉輝，等.引漢濟渭工程水源區與受水區豐枯遭遇分析[J].南水北調與水利科技，2012，10（5）：23-36.

[2] 徐國鑫.引漢濟渭工程水源區和受水區豐枯遭遇規律分析[J].陜西水利，2017（4）：25-27.

[3] 黃強，趙夢龍，李瑛.水庫生態調度研究新進展[J].水力發電學報，2017，36（3）：1-11.

[4] 譚奇林，金弈，董磊華，等.引漢濟渭工程洪水資源利用專題研究[R].北京：中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，2019：50-88.

【責任編輯 張華巖】