永定河山區(qū)河流生態(tài)水量現(xiàn)狀及虧缺原因分析

王立明,李文君

永定河山區(qū)河流生態(tài)水量現(xiàn)狀及虧缺原因分析

王立明1,李文君2

（1.海河水利委員會(huì)水資源保護(hù)科學(xué)研究所，天津300170；2.海河水利委員會(huì)水資源保護(hù)局，天津300170）

以永定河山區(qū)河流為研究對(duì)象，根據(jù)河流生態(tài)功能定位，確定了山區(qū)河流生態(tài)需水量，分析了生態(tài)水量現(xiàn)狀滿足程度及虧缺的原因，提出相應(yīng)的生態(tài)水量保障措施。

生態(tài)修復(fù)；生態(tài)需水量；評(píng)價(jià)；山區(qū)；永定河

1 引言

永定河是海河流域重要河流之一，貫穿京津冀地區(qū)核心區(qū)，是京津冀地區(qū)重要水源涵養(yǎng)區(qū)、生態(tài)屏障和生態(tài)廊道，目前存在水資源過(guò)度開發(fā)、水污染嚴(yán)重、河道斷流干涸、生態(tài)系統(tǒng)退化等突出問(wèn)題，嚴(yán)重制約了京津冀地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的健康發(fā)展?！毒┙蚣絽f(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》明確提出，要推進(jìn)永定河等“六河五湖”生態(tài)治理與修復(fù)，打造綠色生態(tài)河流廊道，是京津冀協(xié)同發(fā)展在生態(tài)領(lǐng)域率先實(shí)現(xiàn)突破的著力點(diǎn)，對(duì)改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要的引領(lǐng)示范作用。

保障生態(tài)需水量是恢復(fù)河流生態(tài)功能、維持河流生態(tài)健康、打造河流生態(tài)廊道的關(guān)鍵因素。永定河流域山區(qū)面積為4.51×104km2，占流域面積的95.8%，是主要的產(chǎn)匯流區(qū)。合理確定山區(qū)河流生態(tài)需水量，分析生態(tài)水量現(xiàn)狀及虧缺的原因，提出相應(yīng)的保障措施，對(duì)于永定河生態(tài)治理與修復(fù)具有重要意義。

2 生態(tài)需水量計(jì)算

河流生態(tài)需水量是為維持河流生態(tài)環(huán)境功能而需要保留在河道內(nèi)的水量。其中，維持河流生態(tài)環(huán)境功能不喪失所需要的最小水量為基本生態(tài)環(huán)境需水量，保障河流生態(tài)環(huán)境功能正常發(fā)揮所需要的水量為目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量。

國(guó)務(wù)院批復(fù)的《海河流域綜合規(guī)劃（2012—2030年）》，從水量、水質(zhì)和生境3個(gè)要素上明確了永定河生態(tài)功能定位，山區(qū)段應(yīng)維持良好生境功能，平原段應(yīng)恢復(fù)水體連通和景觀環(huán)境功能，濱海段維持一定入海水量。本文以生態(tài)功能定位為基礎(chǔ)，按照山區(qū)河流保障基流的思路，計(jì)算了生態(tài)需水量。

2.1 控制節(jié)點(diǎn)和計(jì)算方法

永定河流域上游桑干河、洋河兩大支流在河北省懷來(lái)縣朱官屯匯合后稱永定河，永定河下行10余km入官?gòu)d水庫(kù)，經(jīng)官?gòu)d山峽段于北京市三家店進(jìn)入平原區(qū)。

本文選取永定河流域山區(qū)具有代表性的水文控制斷面、重要水利工程控制斷面、省界控制斷面作為生態(tài)需水量計(jì)算節(jié)點(diǎn)，采用1956—2010年徑流資料，結(jié)合永定河水文特性及水資源狀況，采用Tennant法計(jì)算了山區(qū)河流重要節(jié)點(diǎn)基本生態(tài)需水量。永定河生態(tài)需水量控制站選取情況，見表1。

表1 永定河生態(tài)需水量控制站

Tennant法依據(jù)歷史水文資料建立流量（徑流量）與河流生態(tài)環(huán)境狀況之間關(guān)系，通過(guò)設(shè)定不同生態(tài)環(huán)境狀況等級(jí)，利用歷史水文資料確定年內(nèi)不同時(shí)段的生態(tài)需水量。河道內(nèi)不同生態(tài)環(huán)境狀況與流量對(duì)應(yīng)情況，見表2[1]。

表2 河道內(nèi)不同生態(tài)環(huán)境狀況與流量對(duì)應(yīng)情況

2.2 生態(tài)需水量計(jì)算成果

永定河流域山區(qū)降水量主要集中在汛期6—9月，該時(shí)段降雨量占全年降水量的76%[2]，為年內(nèi)豐水時(shí)段；非汛期10月至次年5月為年內(nèi)枯水時(shí)段。選取汛期多年平均天然徑流量的20%、非汛期多年平均天然徑流量的10%作為基本生態(tài)需水量。

本文采用重要節(jié)點(diǎn)的1956—2010年系列月天然徑流量資料繪制頻率曲線，計(jì)算多年平均徑流量和生態(tài)需水量年內(nèi)不同時(shí)段值和全年值。石匣里斷面天然徑流量變化趨勢(shì)、1956—2010年徑流量頻率曲線如圖1—2所示，響水堡斷面天然徑流量變化趨勢(shì)、1956—2010年徑流量頻率曲線如圖3—4所示，官?gòu)d水庫(kù)斷面天然徑流量變化趨勢(shì)、1956—2010年徑流量頻率曲線如圖5—6所示。

圖1 石匣里斷面天然徑流量變化趨勢(shì)

圖2 石匣里1956-2010年徑流量頻率曲線

圖3 響水堡斷面天然徑流量變化趨勢(shì)

圖4 響水堡1956-2010年徑流量頻率曲線

圖5 官?gòu)d水庫(kù)斷面天然徑流量變化趨勢(shì)

圖6 官?gòu)d水庫(kù)1956-2010年徑流量頻率曲線

永定河流域山區(qū)桑干河、洋河、永定河山峽段（官?gòu)d水庫(kù)—三家店）采用Tennant法計(jì)算桑干河冊(cè)田水庫(kù)、石匣里，洋河響水堡，永定河官?gòu)d水庫(kù)控制站生態(tài)需水量分別為0.79×108、1.33×108、0.89×108、2.44×108m3。Tennant法生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算成果，見表3。

表3 Tennant法生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算成果

3 生態(tài)水量現(xiàn)狀

本文選取各主要控制站的2001—2015年實(shí)測(cè)水量，以實(shí)測(cè)水量平均值作為現(xiàn)狀生態(tài)水量，與生態(tài)需水量比較后得出控制站生態(tài)水量現(xiàn)狀虧缺量。永定河流域山區(qū)各控制站不同時(shí)段生態(tài)水量虧缺量，見表4—6。

表4 現(xiàn)狀年全年永定河各控制站生態(tài)水量虧缺量

表5 現(xiàn)狀年汛期永定河各控制站生態(tài)水量虧缺量

表6 現(xiàn)狀年非汛期永定河各控制站生態(tài)水量虧缺量

永定河流域山區(qū)主要支流桑干河、洋河、永定河山峽段（官?gòu)d水庫(kù)—三家店）生態(tài)水量處于較為嚴(yán)重的虧缺狀態(tài)，全年生態(tài)水量虧缺在17.36%～67.98%，汛期生態(tài)水量虧缺在63.62%～90.49%，非汛期桑干河、洋河生態(tài)水量不虧缺，僅官?gòu)d水庫(kù)控制站虧缺27.19%。非汛期永定河官?gòu)d水庫(kù)上游桑干河、洋河生態(tài)水量不虧缺，與《21世紀(jì)初期首都水資源可持續(xù)利用規(guī)劃》項(xiàng)目實(shí)施以來(lái)山西、河北省每年10月份左右向官?gòu)d水庫(kù)集中輸水有關(guān)。

4 生態(tài)水量虧缺原因分析

4.1 水資源稟賦差

永定河流域山區(qū)1956—2010年年均降水量為401.9 mm[2]，年均水資源總量為26.61×108m3，其中地表水資源量14.43×108m3、地下水資源量20.01×108m3、重復(fù)量7.83×108m3。受氣候變化等因素的影響，永定河流域山區(qū)地表徑流量呈逐漸減少的趨勢(shì)，20世紀(jì)70年代以前平均降水量為443 mm，天然徑流量為19.71×108m3；2001—2014年年降水量減少到391 mm，天然徑流量減少到8.39×108m3，與1956—2010年的14.43×108m3相比下降41.9%。永定河流域山區(qū)不同年代降水量、徑流量對(duì)比情況，見表7。

表7 永定河流域山區(qū)不同年代降水量、徑流量對(duì)比

永定河流域山區(qū)水資源稟賦差，遠(yuǎn)低于海河流域多年平均年降水量535 mm，同時(shí)2001—2014年山區(qū)地表徑流量呈逐漸減少的趨勢(shì)，生產(chǎn)生活用水與河流生態(tài)用水之間的矛盾是導(dǎo)致河流生態(tài)水量虧缺的根本原因。

4.2 開發(fā)利用率高

永定河流域山區(qū)2001—2014年年均水資源總量為21.02×108m3，供水總量為20.32×108m3（含官?gòu)d水庫(kù)向北京市供水量），水資源開發(fā)利用率高達(dá)97%。其中，地表水資源量為8.39×108m3，供水量為7.47×108m3，地表水開發(fā)利用率高達(dá)89%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)40%的上限。

永定河流域山區(qū)年均總用水量為20.15×108m3，其中生活生產(chǎn)用水6×108m3、農(nóng)業(yè)用水13.96×108m3，農(nóng)業(yè)用水占用水總量的69.3%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，永定河上游地區(qū)有大中型灌區(qū)32處，其中大(2)型灌區(qū)5處、中型灌區(qū)6處，設(shè)計(jì)灌溉面積18.45萬(wàn)hm2，有效灌溉面積15.48萬(wàn)hm2，每年農(nóng)業(yè)總用水量約8.05×108m3(含地下水與地表水)[3]。

永定河流域山區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)水資源的需求較大，2001—2014年地表水供水量為6.77×108m3，占地表水資源量的80.7%，大規(guī)模河道外用水是導(dǎo)致河流生態(tài)水量虧缺的直接原因。

4.3 人工調(diào)控能力強(qiáng)

為減少水土流失，20世紀(jì)60—70年代，上游地區(qū)開展了農(nóng)林、水利、水土保持相結(jié)合和治坡、治溝相結(jié)合的流域綜合治理工程，修建滯洪水庫(kù)和支流水庫(kù)，引洪淤灌，加強(qiáng)河道治理、植樹造林、梯田建設(shè)等。目前，永定河流域山區(qū)有大型水庫(kù)3座，分別為冊(cè)田、友誼和官?gòu)d水庫(kù)；中型水庫(kù)20座，小型水庫(kù)175座，塘壩539座。流域水庫(kù)總庫(kù)容達(dá)到56×108m3，是水資源總量2.67倍，水庫(kù)及塘壩現(xiàn)狀總供水能力為7.67× 108m3[4]。

流域年內(nèi)降水主要集中在6—9月，占全年降水量的76%，汛期各類水庫(kù)塘壩攔蓄洪水，由于缺乏生態(tài)水量統(tǒng)一調(diào)度，人為的調(diào)控是汛期生態(tài)水量虧缺的直接原因。

5 措施和建議

5.1 繼續(xù)深挖農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力

農(nóng)業(yè)用水量占永定河官?gòu)d水庫(kù)上游地區(qū)總用水量的69%，是未來(lái)節(jié)水的重點(diǎn)。為緩解北京水資源短缺狀況，2003年國(guó)家實(shí)施了《21世紀(jì)初期首都水資源可持續(xù)利用規(guī)劃》，在官?gòu)d水庫(kù)上游興建了一批農(nóng)業(yè)節(jié)水重點(diǎn)項(xiàng)目，涉及大中型灌區(qū)41處，增加農(nóng)業(yè)節(jié)水面積9.79×104hm2，農(nóng)業(yè)節(jié)水能力為2.18×108m3，如張家口市新增節(jié)水灌溉面積4.4×104hm2，灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)由0.4提高到0.6以上，減少了灌區(qū)引水量，年少引水達(dá)1.5×108m3[5]，官?gòu)d水庫(kù)入庫(kù)水量逐步增加，水質(zhì)也得到明顯改善。

繼續(xù)實(shí)施官?gòu)d水庫(kù)上游地區(qū)大中型灌區(qū)節(jié)水和種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，對(duì)現(xiàn)有灌區(qū)進(jìn)行節(jié)水改造，提高輸水效率；實(shí)施農(nóng)業(yè)高效節(jié)水，調(diào)整灌溉方式，降低灌溉定額；調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)，實(shí)施非農(nóng)作物替代，退耕還水，降低農(nóng)業(yè)用水總量。通過(guò)農(nóng)業(yè)節(jié)水措施，退還農(nóng)業(yè)擠占河道生態(tài)用水，是保障生態(tài)水量的根本措施。

5.2 實(shí)施引黃生態(tài)補(bǔ)水

永定河流域水資源供需矛盾突出，特枯年份僅靠當(dāng)?shù)靥烊粡搅骱娃r(nóng)業(yè)節(jié)水挖潛，河流生態(tài)用水仍難以保障，需要實(shí)施山西省萬(wàn)家寨引黃北干線向永定河供水，加強(qiáng)流域內(nèi)外水資源和水工程統(tǒng)一調(diào)度，增強(qiáng)生態(tài)用水調(diào)配和保障能力。

山西省萬(wàn)家寨引黃北干線西起引黃入晉總干線下土寨分水閘，向東經(jīng)朔州市至大同市墻框堡水庫(kù)，線路全長(zhǎng)164 km，規(guī)劃年引水能力為5.6×108m3，近期引水規(guī)模為2.96億m3[6]，2011年工程建成通水，可利用供水能力為2.64×108m3。連通山西省萬(wàn)家寨引黃北干線與桑干河，實(shí)現(xiàn)向桑干河供水，并適時(shí)向永定河生態(tài)補(bǔ)水，是解決生態(tài)水量虧缺的重要措施。

5.3 制定生態(tài)水量調(diào)度方案

隨著《21世紀(jì)初期首都水資源可持續(xù)利用規(guī)劃》的實(shí)施，國(guó)務(wù)院于2007年批復(fù)了《永定河干流水量分配方案》（國(guó)函〔2007〕135號(hào)）。為達(dá)到水量分配方案要求，從2003年開始，山西和河北兩省向北京官?gòu)d水庫(kù)集中輸水，到2015年山西和河北兩省向官?gòu)d水庫(kù)累計(jì)集中輸水5.35×108m3，其中山西省輸水3.47×108m3、河北省輸水1.88×108m3，官?gòu)d水庫(kù)實(shí)際收水3.37×108m3。集中輸水使官?gòu)d水庫(kù)入庫(kù)水量逐步增加，同時(shí)使得非汛期上游桑干河、洋河生態(tài)水量滿足要求。

以河流生態(tài)水量為目標(biāo)，統(tǒng)籌永定河官?gòu)d水庫(kù)上游地區(qū)的當(dāng)?shù)貜搅?、再生水、引黃水等多種水源，結(jié)合現(xiàn)有水資源調(diào)度和防洪調(diào)度，制定生態(tài)水量調(diào)度方案，實(shí)施流域水資源統(tǒng)一調(diào)度，是保障永定河生態(tài)水量的關(guān)鍵措施。

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X522；TV213.4

A

1004-7328（2017）02-0025-04

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.02.009

2016—12—12

王立明(1973—)，男，高級(jí)工程師，主要從事水資源保護(hù)規(guī)劃和研究工作。