基于生態優先的韓江高陂水利樞紐水量調度分析與探討

劉海洋

(廣東省水利水電技術中心，廣東 廣州 510635)

韓江高陂水利樞紐位于韓江流域中下游大埔縣高陂鎮附近(見圖1)，壩址以上集水面積為26 590 km2，樞紐于2021年1月下閘蓄水，興利庫容為9 390萬m3，主要任務是以防洪、供水為主，兼顧發電、航運等綜合利用[1]。韓江高陂水利樞紐即將建成，通過樞紐的調蓄作用，還可提高韓江下游地區的供水保證率，緩解水資源供需矛盾，惠及約750萬人，同時改善韓江干流的航運條件和河道生態環境。同時，韓江下游流域外供水工程的實施，韓江榕江練江水系連通工程提出在韓江流量大于300 m3/s時進行生態補水，下游用水需求發生了較大變化，水量調度將面臨嚴峻考驗。

圖1 韓江高陂水利樞紐位置示意

2020年11月韓江潮州段進入全國首批17個示范河湖建設名單，提出構建防洪保安全、優良水資源、健康水生態、宜居水環境、先進水文化“五大體系”，對韓江水生態提出了更高要求。

1 韓江流域基本概況

粵東地區最大的韓江流域，位于粵東、閩西南地區，流域范圍包括廣東、福建、江西3省。韓江干流長為470 km，流域面積為30 112 km2，其中汀江為11 802 km2，梅江為13 929 km2，韓江干流(三河壩—潮安)為 3 346 km2，韓江三角洲(潮安以下)為1 035 km2，韓江高陂水利樞紐壩址—潮安站區間為2 487 km2。

韓江流域水資源總量豐富，但年內分配不均，上游缺少控制性水利樞紐，下游沿海地區地勢平坦，蓄水條件不足，難以調節枯水期水量。近年來，韓江流域出現了較為嚴重的旱情，2009年秋冬，根據潮安站實測資料，全年有44 d滿足不了下游現狀供水要求，供水形勢十分嚴峻，生產生活用水在不同程度上擠占了河道內生態環境用水。韓江高陂水利樞紐于2015年開工建設，建成后將調節枯水徑流能力，盡可能滿足韓江下游及三角洲的需水要求。

1.1 流域內其他主要工程

永定(棉花灘)水庫于2002年建成蓄水，是以發電、防洪為主的電站，水庫興利庫容為11.22億m3，是不完全年調節水庫。由于不承擔調蓄下游水資源調配的任務，下游無水庫反調節，發電調度與供水需水時間不同步對下游供水有一定影響。

潮州供水樞紐于2005年下閘蓄水，調節庫容為2 900萬m3，主要任務是調節東、西、北溪的水量分配，遠期配合永定(棉花灘)、高陂水利樞紐聯合運用，合理調配水資源。

韓江下游五閘(梅溪橋閘、下埔橋閘、外砂橋閘、蓮陽橋閘和東里橋閘)的主要作用是維持正常蓄水位，起到擋咸蓄淡的作用，同時保證各取水口的取水水位。五閘內可調節庫容僅為3 700萬m3，對特枯年份，在潮州供水樞紐降至死水位為8.5 m時，仍不能滿足下游用水要求的情況下，河口五閘內可調節庫容作為特枯年份的應急供水庫容。

1.2 流域外引調水工程

流域外引調水工程包括揭陽引韓工程、引韓濟饒工程、潮陽市引韓供水工程和南澳供水工程，合計引調生產生活水量達7.65億m3(見表1)。韓江榕江練江水系連通工程實施后，利用豐水期余水對榕江支流楓江進行生態補水，生態補水規模為30 m3/s，計算多年平均取水量為6.373億m3。

表1 流域外引調水工程2030年P=90%的引調水量 萬m3

2 韓江下游生態流量分析

生態流量是生態調度的重要依據。潮安站控制流域面積為韓江流域面積的96.6%，本次以韓江下游潮安站為參證斷面，對韓江下游生態流量進行分析。采用潮安站資料系列，分別以排頻法、近10 a最枯月平均流量法、蒙大拿法、歷時曲線法等多種方法進行分析計算(成果見表2)。

表2 采用多方法計算河道內生態流量

綜合《河湖生態需水評估導則(試行)》(SL/Z 479—2010)《水工程規劃設計生態指標體系與應用指導意見》《河湖生態環境需水計算規范》等及相關規劃考慮，韓江屬于南方河流，生態環境流量應不小于90%保證率最枯月平均流量和多年平均天然徑流量的10%兩者之間的大值。根據流量資料分析，潮安站多年平均流量為777.0 m3/s，多年平均天然徑流量的10%即為77.7 m3/s；按最小月流量排頻，90%保證率最枯月平均流量為128 m3/s。因此，取大值，潮安斷面生態環境流量為128 m3/s。

3 生態調度[2-5]

3.1 水庫調節特性

韓江流域僅福建永定(棉花灘)水庫和韓江高陂水利樞紐具有徑流調節功能，潮州供水樞紐調節庫容很小，在韓江流域供水布局里定位為調配東、西、北溪的水量。

永定(棉花灘)水庫控制汀江集水面積7 907 km2，正常蓄水位173 m，興利庫容占壩址多年平均徑流73.2億m3的15.3%，是不完全年調節水庫。

韓江高陂水利樞紐正常蓄水位38 m，興利庫容占壩址多年平均徑流224億m3的0.42%，僅具有日調節能力。

3.2 設計條件

1) 設計來水條件：永定(棉花灘)水庫興利庫容較大，但主要任務是發電、防洪，其調度方式對生態流量保障有一定的影響，本次通過以下3種來水條件進行考慮[1]。

來水系列①：永定(棉花灘)按設計調度圖調度；

來水系列②：永定(棉花灘)按實際發電調度；

來水系列③：永定(棉花灘)實際發電調度并考慮日最小下泄流量。

來水系列①考慮永定(棉花灘)按設計調度圖調度可以產生的作用；來水系列②考慮永定(棉花灘)水電站實際調度情況可能存在的問題和風險；來水系列③是考慮在日益嚴格的水資源管理制度下[9]，汀江閩粵交界斷面按日最小下泄流量控制時對供水調節的改善。

2) 各類用水的設計保證率及優先序：生活、工業用水保證率按P=97%，農業用水保證率按P=90%。首先滿足生活、工業用水，其次滿足農業灌溉用水。

3) 生態調度：高陂水利樞紐在枯水年枯水季通過調配，潮安控制斷面日平均流量不小于128 m3/s。

3.3 生態調度成果

經韓江高陂水利樞紐調節后，3種來水條件下各類用水的設計保證率基本能保障。在超出設計保證率的情況下，對各類用水進行削減，保障河道內生態流量。從表3可知：當永定(棉花灘)水庫按調度圖調度情況下，農業灌溉用水削減程度為20%，工業用水削減程度為14%，才能保障河道內生態用水。自永定(棉花灘)水庫建設運行以來，其實際調度對保障河道內生態用水更為有利。根據《韓江流域水量分配方案》，控制汀江閩粵交界斷面最小日均下泄流量為21.3 m3/s，若永定(棉花灘)水庫調節保證交界斷面下泄流量，河道外需水和河道內生態流量均能得到滿足。

表3 不同來水條件下的用水削減程度

4 分析與探討

4.1 韓江高陂水利樞紐的建成，對韓江下游生態調度具有一定的作用

根據韓江高陂調節庫容和下游及三角洲流域內外用(取)水，水資源綜合平衡后在基本滿足下游需水的同時，使潮安控制斷面于枯水年枯水季保持于河道日流量為128 m3/s，在枯水年枯水季P≤90%保持潮安控制斷面和其下游河道使水生態環境系統免于破壞，同時提高P>90%各級保證率日均流量，P=95%的日流量增加9 m3/s，P=97%日流量增加22 m3/s，P=99%日流量增加52 m3/s。在永定(棉花灘)實際調度下，經高陂樞紐調節后，可使潮安站控制斷面最枯月流量由119 m3/s提高到150 m3/s，大于P=90%的最枯月流量128 m3/s。

4.2 韓江流域水資源開發利用，流域生態流量保障面臨挑戰

1) 韓江流域由于經濟社會發展相對落后，因此，水資源開發利用相對較低。但由于年際和年內來水變化和變幅較大，枯水年、枯水季水資源供需矛盾較突出。

2) 流域內干流除已建永定(棉花灘)和在建的韓江高陂水利樞紐外，均為無調節的低水頭徑流水電梯級，不具備調蓄水資源的能力，但水電梯級基本渠化了干流，枯水年、枯水季河道水位得到很大改善和保障[11]。支流上大中型水庫控制的流域面積小，僅為潮安站集水面積的10%左右，主要作用于所在支流，對干流水資源調蓄作用可以忽略。

3) 下游流域外粵東與汕頭潮陽、南澳，潮州的饒平，揭陽的揭東及揭陽市區等因水環境污染嚴重或資源性缺水，要求從韓江取水量和范圍不斷擴大，加上廣東加快粵東、西、北的發展，國家推動贛閩粵原中央蘇區振興發展，水資源供需矛盾將日益突出。

4) 韓江高陂因庫區淹沒的制約，正常蓄水位降低，供水興利調節庫容減少1.0億m3，調蓄能力降低。

4.3 永定(棉花灘)水庫調度的不確定性，給保障潮安站生態環境流量帶來了風險

汀江永定(棉花灘)水庫是福建省電力系統調峰電站，沒有供水任務，月內出庫流量變化大，變幅大，調節徑流能力減弱。永定(棉花灘)水庫調度的不確定性，給保障潮安站生態環境流量帶來了風險。從生態調度成果可以看出，受永定(棉花灘)水庫調度的影響，枯水段對生產生活用水的削減程度不一樣，實際情況可能會導致生產用水不同程度地擠占河道內生態用水。

福建省若實施西水東濟工程(擬調水35 m3/s)，則枯水年、枯水季下泄水資源減少，將加劇下游水資源供需矛盾和潮安斷面生態流量目標的實現。因此，必須保證永定(棉花灘)水庫下泄流量，即閩粵交界斷面流量，才能保障潮安站斷面的生態環境流量。

4.4 韓江流域外引調水工程實施后，加強水資源管理是保障河道生態安全的關鍵

韓江下游現狀需水量約為15億m3，預測水平年需水量加上韓江榕江練江水系連通工程生態補水量，年需水量將增加近1倍，基本上為流域外引調水；韓江高陂水利樞紐下游涉及梅州、潮州、揭陽和汕頭等4個地市的用水，取水點分散；以上對韓江流域水資源管理和水量調度提出了更高要求。

水資源管理必須服從流域統一管理和調度[12]，完善和健全水資源監控體系，特別是流域外引調水工程取水計量設施，實行總量控制和分期控制，做好流域取水管控。當韓江流域遭遇枯水年時，宜根據受水區的來水情況，適量調整流域外引調水總量。流域外生態補水要在確保韓江流域內生活生產用水、流域外引調水得到保障和生態持續健康的前提下，通過優化調度適時適量進行生態補水，在動用韓江高陂水利樞紐庫容調節的枯水時段，應謹慎啟動生態補水；正常年份盡量控制潮州供水樞紐及下游五閘蓄水水位，保障正常取水和生態水位，特枯年水量應急調度才能分別啟用調節庫容。

加強地市間重要控制斷面、水功能區和水質水量監測能力，加快應急監測和調度能力建設，全面提高流域水資源監控、預警和管理能力，確保韓江潮州段供水安全和生態流量穩定達標。

5 結語

韓江高陂水利樞紐對韓江下游枯水期枯水段生態調節起到了一定的作用，福建省永定(棉花灘)水庫調度對韓江下游生態保障影響較大，若能保證閩粵交界斷面流量，韓江下游各類用水和生態流量基本能夠保障。在流域調節能力有限、供水急劇增加的情況下，加強水資源管理、優化枯水期水量調度是保障河道生態安全的關鍵。