永定河泛區生態廊道多水源保障格局構建研究

劉江俠，王白陸，董 琳

(水利部海河水利委員會科技咨詢中心，天津 300170)

1 研究背景

永定河泛區作為永定河生態廊道[1-2]下游的重要紐帶區域，既是永定河下游的重要蓄滯洪區，也是廊坊生態水網構建的重要組成部分。為治理永定河泛區，諸多學者針對泛區洪水模擬和防洪治理進行了研究[3-4]。如1996年郭璞[5]等人對永定河泛區治理的思考，主要針對防洪工程措施。

隨著生態文明建設的推進，我國提出了多種思路和措施，進行了水資源配置研究[6-10]；2016年，國家發改委、水利部和國家林業局聯合印發的《永定河綜合治理與生態修復總體方案》[11]，明確了永定河泛區的生態需水量及治理工程；2019年2月，劉江俠等人[12]進行永定河生態廊道構建的水量調配研究，提出了滿足主要控制斷面生態水量的措施；杜勇等人[13-14]對永定河生態綜合治理與生態修復方案進行了研究；王立發[15]等人對永定河地下水庫水資源儲蓄能力做了相應研究；韓琪[16]等人對永定河泛區生態廊道寬度的界定進行了研究。上述措施和思路對永定河泛區生態水量保障的研究較少。

近年來受經濟社會發展[17]和下墊面[18]的影響，永定河泛區來水量逐漸減少，要恢復永定河泛區的生態功能，必須解決泛區的水源問題，同時如何調配水源來保障生態水量更是重中之重。為此，本文在深入分析永定河泛區主要水源的基礎上，建立不同水源入永定河泛區的模擬模型，對不同水源進行模擬分析，研究確定不同水源的調度方式，以實現構建永定河綠色廊道、保障永定河泛區生態水量的目標。

2 基本情況

永定河泛區位于永定河中下游，始于梁各莊，至屈家店樞紐結束。泛區內河道總長度為67km，左右大堤間的距離為6～7km，總面積為523km2，主要涉及北京市、河北省和天津市3個行政區。永定河主槽自梁各莊進入泛區后基本呈西東方向貫穿整個泛區，并通過屈家店樞紐與永定新河及北運河相接。泛區內永定河左岸有天堂河、龍河匯入。永定河泛區示意圖如圖1所示。

圖1 永定河泛區示意圖

3 生態需水目標

3.1 生態定位

按照國家治理永定河的目標[15]，平原段是恢復水體連通和景觀環境功能，以保障一定河道內生態水面為主要目標。按照維持水面的思路，永定河泛區從梁各莊到屈家店區間僅維持一定的水面即可。

3.2 生態環境需水量

永定河泛區段，在永定河實施治理以前常年干涸，已喪失自然河流特性。根據SL/Z 712—2014《河湖生態環境需水計算規范》(以下簡稱《規范》)[19]，計算維持水體連通功能主要考慮河流溪流及河道內濕地水面的蒸發滲漏損失量[20]。

依據《永定河綜合治理與生態修復總體規劃》，永定河泛區段自梁各莊至屈家店，生態治理主要是開挖主河槽，采取減滲措施，維持一定的水面，恢復到上游北京市現有的狀況。按照水面寬度10m計算基本生態需水量為0.13億m3；水面寬度30m計算目標生態需水量為0.39億m3。見表1。

表1 永定河泛區段生態需水量成果

4 不同水源入泛區模擬模型的構建

4.1 永定河泛區的主要水源

經實地調查永定河泛區的實際情況，可入永定河泛區的水源主要包括上游和區間河道即永定河、天堂河和龍河的直接入流以及廊坊市環城水系再生水的間接入流。受氣候變化和人類活動等影響，永定河固安站在實施永定河綜合治理與生態修復前沒有地表徑流；治理后，2019年無地表徑流，2020年過水304萬m3，天堂河和龍河有少量地表徑流入泛區。

4.2 模型的構建

4.2.1模型的計算原理

本文水資源調配模型是以“中國水利科學院在全國水資源綜合規劃中開發的基于規則的面向對象水資源配置模型(簡稱ROWAS模型[21-22])”為基礎，同時結合基于公共屬性的水資源配置方法[27]進行細化的。模型計算基于水量平衡：

Wrasin+Wbasin+Wdin-Wconv-Wspl-Wvl=0

(1)

Wconv=Wevp+Wdisp

(2)

Wspl=Wapply*R

(3)

式中，Wrasin—單元入流水量，萬m3；Wbasin—地表天然入流量，萬m3；Wdin—外調水量，萬m3；Wevp—蒸騰蒸散發水量，萬m3；Wdisp—滲漏損失水量，萬m3；Wspl—耗水量，萬m3；Wapply—供水水量，萬m3；R—耗水率；Wvl—系統蓄變量，萬m3。

通過建立永定河上游、天堂河和龍河的水資源調配模擬模型，模擬不同水源入泛區的水量。依據模擬結果，通過合理調度來滿足永定河泛區的生態需水目標。

4.2.2模型構建

根據永定河和永定河泛區廊坊周邊上下游拓撲關系，考慮到區域的尺度和模擬對象的特點，對永定河梁各莊上游永定河大尺度區域，采用水資源三級區套地級行政區為計算單元。對于天堂河有更生閘作為控制，且有實測數據，直接根據實測數據，考慮上游耗水量的增加，測算天堂河入泛區的水量。龍河流域的水從東張務閘入永定河泛區；廊坊環城水系的再生水小部分入龍河，大部門經廊坊的五干渠入老龍河。考慮到龍河和環城水系的水之間的循環利用，同時可通過調度將入老龍河的環城水系的水通過勝利支渠經豐收閘入泛區，故在永定河區域模型的基礎上，將龍河、鳳河和廊坊市永定河泛區以北區域作為一個局部區域，以鄉鎮為供水單元進行水循環體系模擬計算。水資源調配概化網絡圖如圖2所示。

圖2 水源調配概化網絡圖

5 模型參數率定及水資源模擬

5.1 參數的率定

模型確定后，需以主要控制斷面的實測流量為依據，率定不同用戶和不同水源之間的供用水及上下游之間的關系合理性，以率定好的參數進行水資源模擬計算。天堂河入泛區有更生閘控制，直接采用更生閘的實測水量作為模型的邊界條件，僅率定永定河流域和龍河流域。永定河流域以官廳水庫站為控制斷面，龍河流域以北昌站為控制斷面；官廳水庫站和北昌站，以各控制斷面上游2001—2016年的耗水水平為基礎，以該控制站的實測水量為依據，對模型耗水率、蒸發滲漏損失量率等參數進行率定；通過不斷的調整參數，使得兩個斷面的模擬下泄水量與實際下泄水量的平均誤差控制在10%以內，模型模擬結果符合實際。模擬結果見表2。模擬結果顯示，模擬誤差在10%以內，模型可用于水資源模擬。

表2 2001—2016年現狀基準年主要控制斷面模擬計算成果 單位：億m3

5.2 生態廊道構建的水源格局

5.2.1模擬結果

利用率定好的模型，采用經水利部印發的全國第三次水資源調查評價細則[23]的代表系列1956—2016年，對入泛區的上游水量調配進行模擬，見表3。根據模擬結果可以看出，在2035年用水水平情況下，永定河、天堂河和龍河入泛區的水量遇75%枯水年及更枯的年份永定河泛區的基本生態用水難以滿足；一般年份及豐水年，基本生態能夠保障，但是距目標生態數量還有一定的差距；因此需要合理調度其他水源來保障永定河泛區的生態用水需求。

表3 2035年主要斷面徑流數據 單位：萬m3

5.2.2供水水源格局

考慮永定河泛區的實際情況，按照一般年份和75%年份達到目標生態水量、95%年份達到基本生態水量的目標考慮，需要采取合理調度和構建多水源才能實現。首先，通過合理調度廊坊環城水系入老龍河的再生水，即關閉南官村閘，將水通過廊坊市的五一渠雍水，通過勝利支渠經豐收渠入永定河泛區，多年平均可調度1534萬m3水量；第二，利用南水北調中線的富余水量，通過龍河上游的大伍龍閘，改善龍河生態的同時，經東張務閘入永定河泛區。據2019年的實測資料，南水北調向龍河生態補水約2000萬m3，規劃年可考慮調入1500萬m3的水量；第三，考慮控制永定河上游的耗水、減少河道的滲漏量，增加永定河入泛區水量。

6 結論

為構建永定河泛區生態廊道，按照正常年份和75%年份保障永定河泛區的目標生態水量、95%以上的枯水年份保障基本生態水量的目標的原則，需采取合理調度廊坊環城水系的再生水，充分利用南水北調富余水量，減少永定河上游的耗水量和河道滲漏量等措施。從而形成永定河、天堂河、龍河和南水北調多水源入泛區，同時環城水系的再生水作為補充的多水源供水格局，達到有效改善永定河泛區生態的目標。