肥西縣卞小河基于生態流量保障的水量調度方案分析

欒 巍

（安徽省城建設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230051）

1 背景和必要性

1.1 水資源概況

安徽省肥西縣的水系可劃分為長江巢湖流域和淮河瓦埠湖流域。卞小河屬于派河流域一級支流，是一條全長約10.77km 的河流，流域面積37.31km2（其南岸支流童洼小河流域面積6.59km2，河長6.54km）。肥西縣多年平均年降水量1080mm，多年平均水資源總量為6.62 億m3，多年平均水資源可利用量為6.62億m3，其中地表水資源可利用量為6.15 億m3。

1.2 水量調度的必要性

肥西縣屬濕潤季風氣候區，降雨豐富，但時間和空間上的不均勻性，使全縣旱澇災害頻發。縣境以農業為主，水資源開發利用問題突出；同時，河流水環境污染嚴重，主要河流水體呈現富營養化，大部分水質屬Ⅴ類水體，水功能區達標率僅42.9%。

保障生態流量是河流湖泊得以存在的基礎，是維持一定環境容量、保障水質安全的需要，是水資源管理的重要內容[1]。在冬季枯水期（10 月至次年4 月）降水量較少，河道徑流量不足，生態流量難以得到保障，需進行水量調度。

2 水量調度方案分析

2.1 調度目標

到2025 年，通過水庫調節、水量減供限供等措施，實現肥西縣卞小河流量在枯水期（降水保證率P=95%）能夠達到其最小生態流量的要求，同時嚴格控制污染源對水體污染，保證河道最基本的生態功能。

2.2 調度原則

1）實行生態流量總體控制。通過枯水期卞小河徑流量計算，若河流總徑流量大于河流所需的總生態流量，盡可能進行河流間相互調節補給，減少外來水補給。

2）流量控制。主要是河流斷面流量和水庫出庫流量控制。

3）統籌考慮各個行業的用水需要。在兼顧生產和生態用水的前提下，對農業用水進行優先配置。

4）維持河流生態系統健康。

2.3 水量調度措施總體布局和體系

水量調配應兼顧兩個主控因素：水量與水質。在汛期水量充足，外部需水和入河污染量都很小的情況下，用水量指數作為預警和啟動的主要條件；在枯水期來水少，河道內污水量大的情況下，水質指數是進行水量調度預警與啟動的重要依據[2]。

在控制斷面來水達到分級警戒流量時，應適時發出不同級別的預警，并采取限污、節水、限水、調水（來自水庫、湖泊、干渠）等措施。參照國內水量調度有關理論和相關實踐，將肥西縣水量調度由輕到重分為三級。

2.3.1 一級調度

當控制斷面來水為1.1 倍最小需水流量或低于水質劣Ⅲ類水的情況下，應發出黃色警報。當控制斷面來水與最小需要水量相等時，或水質持續惡化時，應啟動一級調度：對預警斷面以上區域限污、節水；按照等跨破壞原則，調度區域內的配水比例，限制河道以外的生產用水（重點是用水大戶）；對主要排污口進行限排。

2.3.2 二級調度

當控制斷面來水為0.9 倍最小需水流量或低于水質劣Ⅳ類水的情況下，應發出橙色警報。當控制斷面來水量繼續減小、水質持續惡化，應啟動二級調度：對預警斷面以上的區域，采取更加嚴格的措施削減污染、節約用水、限制用水；增加地下水源的應急供水量，或實施水庫、干渠引水。

2.3.3 三級調度

當控制斷面來水為0.7 倍最小需水流量或低于水質劣Ⅴ類水的情況下，應發出紅色警報。在控制斷面來水達到紅色警戒值時，或者水質持續惡化時，應啟動三級調度：對預警斷面以上區域執行最為嚴厲的減污、節水、限水等措施；必要時，可對城鎮生活用水實施有限制、分時段、分區、分批用水，對第三產業進行停止供水。

2.4 枯水期水量調度措施

2.4.1 生態流量計算

河流生態環境需水一般由河道內生態環境需水和河道外生態環境需水組成。河道內生態環境需水是指為了維護河流的生態環境，河道中必須保持一定的水量；河道外生態環境需水是指在一個流域、一個區域范圍內，為了達到一定的城市建設要求而必須人為提供的水量。

2.4.1.1 河道外生態環境需水

河道外生態環境需水必須考慮到城市綠地、環衛、河流、森林等方面的需要。城市綠地需水、環境衛生需水、生態林需水，可采用“單位面積用水量”或者“間接法”來測算。河湖補水量可以利用“水量平衡法”進行推算。以流域面積及單位面積需水量為依據，對卞小河下游的生態需水量進行估算。卞小河到2025年河道外生態需水約為200 萬m3，童洼小河到2025年河道外生態需水約為40 萬m3，相應生態流量分別為0.13m3/s、0.025m3/s。2.4.1.2 河流內生態流量

1）濕周法計算

小河流由于缺乏河流實測流量資料，采用水文學方法中的流量歷時曲線等方法存在一定難度，常采用水力學的濕周法計算生態流量。卞小河含沙量不大，河道形狀基本上為寬淺型河流，因此先用濕周法對卞小河及其支流進行計算。在卞小河和童洼小河的上中下游各選取一條代表性斷面，采用濕周法，求取各河段各結點的生態徑流量；卞小河沿河濕地呈帶狀分布，經過治理后，其斷面形態大致可概化為梯形，采用同樣方法計算。濕周法計算成果見表1。

表1 生態流量計算成果表（單位：m3/s）

2）Tennant 法計算

Tennant 法是根據徑流與生態環境條件的相關性，提出了一種基于水文地質條件下的河流生態需水計算方法。根據Tennant 法的規定，河流最小的生態徑流量應為多年徑流量的10%～30%。肥西縣地表徑流深度在300mm 左右，用流域集水區乘地表徑流深度，可以得到該河段多年來的總徑流量。本次分析分別計算出了每條河年均流量的10%、20%、30%的流量值。因卞小河流經肥西縣城，河道最小水深有景觀要求不宜過小，本次以30%的年天然徑流量作為河流生態環境需水量。計算得卞小河、童洼小河的生態流量分別為0.11m3/s、0.02m3/s。

3）合理性分析

用濕周方法計算卞小河和童洼小河上中下游不同河段生態流量相差較大，下游斷面的生態流量比上游和中游小；童洼小河在卞小河入河口處的生態流量大于卞小河，這是不符合實際情況的。Tennant法是基于該地年自然徑流量計算河流生態環境需水量的綜合方法，具有較高的穩定性，適用于缺少實測徑流數據或無具體保護目標時的最小生態流量。根據研究，河流生態流量為自然徑流的30%接近適宜標準。以此為基礎，卞小河、童洼小河河道內生態流量取值分別為0.11m3/s、0.02m3/s。

2.4.2 枯水期徑流量

肥西縣雨量充沛，豐水期水量可以滿足境內河流的生態流量，因此，本次主要針對枯水期（12 月至次年2 月）提出河流生態流量的保障措施。

肥西縣地表徑流主要有降水補給，徑流分配受降水制約，與降水年際分配相似，同時受下墊面影響，徑流深年際差異較大，最小年徑流深88mm，最大年徑流深722mm。本次根據肥西縣不同季節降水量分配比例，計算冬季枯水期的徑流量，詳見表2。

表2 同保證率下冬季枯水期徑流量（單位：mm）

卞小河、童洼小河缺乏實測河流徑流資料，本次河道徑流量通過枯水期平均徑流深、河流集水面積推算，各河流不同保證率下枯水期徑流量成果見表3、表4。

表3 偏枯水期（P=75%）徑流量表

表4 枯水期（P=95%）徑流量表

根據計算結果，在偏枯水期（P=75%），卞小河、童洼小河仍能夠保證河流最小生態流量；在枯水期（P=95%），童洼小河、卞小河皆不滿足最小生態流量的要求。

2.5 水量調度措施

肥西縣水量調度由輕到重分為三級，級別控制參數為河流徑流量與最小生態比值K。

無需調度：1.1 ＜K；一級調度：0.9 ＜K ≤1.1；二級調度：0.7 ＜K ≤0.9；三級調度：K ≤0.7。

現對不同典型年各保證率下河流水量調度級別進行計算和判斷，擬定水量調度方案。

2.5.1 偏枯水期（P=75%）水量調度措施

由表3 可知，當枯水期保證率為75%時，童洼小河無需調度，卞小河需一級調度。

卞小河水量一級調度措施：卞小河枯水期（P=75%）需補給流量為0.01m3/s。河流補給量可由上游謝高塘水庫進行調度，總調用水量為0.01m3/s。

卞小河水量調度非工程措施：①加強監測管理；②加強沿河排污口排污量與沿河取水控制；③嚴格控制水庫調水下泄量。

2.5.2 枯水期（P=95%）水量調度措施

由表4 可知，當枯水期保證率為95%，童洼小河需二級調度，卞小河需三級調度。

1）二級調度

童洼小河枯水期（P=95%）需補給流量0.008m3/s，河流補給量可由上游童洼水庫進行調度，總調用水量0.008m3/s。

童洼小河水量調度非工程措施：①加強監測管理；②加強沿河排污口排污量與沿河取水控制；③嚴格控制水庫調水下泄量。

2）三級調度

卞小河枯水期（P=95%）需補給流量0.055m3/s。河流補給可由上游謝高塘水庫、宣灣水庫聯合調度，總補給水量為0.055m3/s。

卞小河水量調度工程措施：增加河道斷面流量監測以及水質監測設施。非工程措施：①加強監測管理；②嚴格控制沿河排污量，減少流域內農業及第三產業供水量；③嚴格控制水庫調水下泄量。

3 水量調度的可行性分析

河流生態流量的調度不僅要考慮河流自身的生態流量，同時應考慮補給水源情況。以枯水期（P=95%）為例，童洼小河需補給流量0.008m3/s 才能達到無需調度條件。童洼水庫位于童洼小河上游，河流補給水源較豐富，水量調度可以保證，童洼小河水量調度方案是可行的；卞小河需補給0.055m3/s的流量才能達到無需調度條件。卞小河主干上游有2 座小型水庫，分別是謝高塘水庫和宣灣水庫。補給水源可由水庫進行聯合調度，確保補給水量；且枯水期農作物用水定額較低，水庫富余部分水量仍可以供水庫下游農業用水。

上述水庫水質條件較好，可達到河流對生態水質的要求。且均在河道上游，在水源條件滿足要求的前提下，可利用現有水庫閘門依其地形自流，節省投資、減少工程年運行費用。因此，上游水庫水作為本項目的補水水源是合理可行的[3]