渭河干流生态调度途径及其保障机制研究

袁 峥，梁林江，李晓春

(陕西省江河水库管理局，陕西 西安 710018)

1 流域概况

渭河是黄河第一大支流，发源于甘肃渭源县鸟鼠山，流经甘肃、宁夏、陕西三省，在陕西潼关注入黄河。渭河干流全长818 km，陕西省境内河长为502 km，全流域总面积13.5万km2，陕西省境内 6.71万 km2。渭河两岸支流众多，渭河流域陕西段共有三级以上支流73条，南岸的数量较多，但较大支流集中在北岸，水系呈扇状分布。截止2010年底，陕西省渭河流域共建成水库441座，总库容21.79亿 m3，现状供水能力12.85亿 m3，引、提水工程 6 366座，现状供水能力24.59亿 m3;水资源开发利用程度达到47.2%，属用水高度紧张区。由于地表水不足，大量开采地下水，现已形成多处地下水降落漏斗和超采区。陕西省渭河流域水资源的开发利用程度已经远远超过了流域的水资源承载能力，用水供需矛盾突出。

2 生态调度途径和方案分析

2.1 生态调度途径分析

2.1.1 产业节水

对于陕西省渭河流域来说，农业用水占总用水量的比重较大，是社会稳定和粮食安全的重要保障。产业节水主要考虑农业节水，农业用水根据灌溉的充分程度可以分为最低需求和适宜需求两种情景:最低需求是指只在作物需水关键期保证其用水(即“保命水”)，其余时间主要依靠天然降水补给，不再取水灌溉;适宜需求是指除满足作物需水关键期的用水外，在作物生长的其他阶段通过灌溉满足其生长需水，达到作物丰产增收的目的。为了体现节水对减少用水、增加河道径流的作用，将产业节水按照节水对象及节水力度可以分为三个层次:(1)一般节水方案:采用基于统计规律的需水预测方法，按照现状节水模式的发展来预测未来不同水平年陕西省渭河流域需水量;(2)强化节水方案:在现状节水模式基础上考虑加大产业结构调整和节约用水力度，控制需求过快增长，农业采用适宜需求预测需水量;(3)最低需水方案:在强化节水方案基础上，农业采用最低需求预测需水量。

2.1.2 再生水利用

由于缺乏足够的资金和有效的政策支持，陕西省渭河流域各地市污水利用设施不足，管网配套建设落后，现状年再生水利用率不足10%，再生水利用具有很大的挖掘潜力和发展空间。提高再生水利用可以减少河道取水量，从而改善径流状况。

2.1.3 控制引水发电

由于河道外引水发电直接影响了河道内的流量变化过程，过度引水甚至直接造成河段脱水断流。对于陕西省渭河流域，从宝鸡峡水利枢纽引水发电，到魏家堡下游入河，对于渭河干流林家村至魏家堡河段的流量过程造成了较大的影响。由于发电用水与灌溉供水存在一定的结合关系，为比较发电引水对渭河干流水资源量及流量过程的影响，考虑两种方案:(1)结合灌溉发电:11月至次年6月用水期，发电完全服从灌溉要求，除灌溉引水外不考虑单独的发电引水;(2)正常发电:考虑水电站的发电需求，满足一定保证率下的发电引水，即基本按照现状运行调度方式发电引水。

2.1.4 水库工程调控

渭河干流仅宝鸡峡枢纽具有一定调节能力，因此支流对干流生态补水具有较为重要的意义。现状条件下可向干流补水的支流主要是北岸千河、南岸石头河、黑河。千河产流条件优越，工程控制能力强，位处渭河干流中上游，对下游多个断面有调节作用，已建成有段家峡、冯家山、王家崖等大、中型水库工程以及一些小型蓄、引、提工程，承担冯家山灌区用水和宝鸡市城镇供水的任务，还可以向羊毛湾水库补水，汛期弃水也比较小。通过调整灌区用水方式、调度模式可以在关键期实施干流补水，缓解干流关键期缺水问题。石头河和黑河具有较好的水量条件和工程能力，但石头河水库和黑河金盆水库是西安市城市供水骨干水源工程，实现生态补水目标需要与现有供水目标进行协调。在未来实施引汉济渭以及库峪、高冠峪等城市后备水源后，通过调整供水方式，可以进一步增强调控能力为干流补水。

2.1.5 地下水库调蓄

结合陕西省渭河流域地下水现状及供用水特点，考虑干流生态缺水期一定程度可以通过加大地下水利用，减少地表水利用从而提高河道径流量，考虑两种方案:(1)地表水优先利用:符合一般的地下水利用规则，考虑压采限采地下水以保护地下水源，优先使用地表水源;(2)地下水分期开采:对于生态环境需水，汛期优先使用地表水源，提高地表洪水资源的利用效率，非汛期优先使用地下水源，降低生态环境用水与生产用水之间的矛盾。

2.1.6 本地水源工程

渭河流域在建大型水库包括亭口水库、东庄水库、永宁山水库和南沟门水库等。在本地水源工程方面，考虑两种方案:(1)不考虑新增水源工程，仅基于现状已建工程进行调度;(2)考虑新增水源工程，近期考虑亭口水库和南沟门水库建成且投入运行，远期进一步考虑东庄水库、永宁山水库建成运行，同时考虑其他区域整体的小型水源工程建设。

2.1.7 跨流域调水工程

跨流域调水现状年包括东雷引黄、引乾济石两个调水工程，规划水平年包括引红济石、引汉济渭工程。在跨流域调水工程方面，考虑两种方案:(1)不考虑新增跨流域调水工程:仅基于现状供水工程进行水量调度;(2)考虑新增跨流域调水工程:考虑引红济石和引汉济渭工程将于2020年通水，调水量分别为0.92亿 m3和5亿 m3。

2.2 模型构建及方案设置

根据上述思路和方法，在基于规则的水资源配置模型(ROWAS)的基础上构建渭河流域水量调控模型，该模型能够通过设定的规则实现流域水源到用户的配置计算和河道水量调度过程模拟，协调河道外生活、生产和生态用水与河道内生态、发电以及航运等用水。根据流域水利工程分布和水资源利用特点，将渭河流域概化为如图1所示的节点图。其中包括27个三级区套地级行政区的计算单元、48个工程节点及290多条水量传输线路。通过不同类型的节点反映流域生活、工业、农业用水，水库蓄水、放水，自然入流和支流汇流、流域外引水等信息，将对流域水资源的调控转化为对节点水量的调控。结合上述生态调度途径，主要从产业节水、发电引水控制及水库工程调控三方面考虑并形成组合方案，如表1所示，分析现状年2010年和2020年水平年不同水量调度途径对流域的水量平衡及生态目标的影响，径流序列采用1956～2010年渭河流域55年系列资料。

图1 水资源系统网络示意图

2.3 调控结果分析

考虑系统运行的情景设置，渭河流域各水平年水量供需平衡结果如表2所示。可以看出，农业灌溉采用最低用水模式，未来2020年陕西省渭河流域供用水基本能够达到平衡，缺水量由5.57亿 m3降低至0.06亿 m3。

考虑各个断面的生态需水，不同水平年各方案主要控制断面生态流量保障程度如表3所示。可以看出，2020年最低需水方案的满足程度明显高于强化节水方案，此外，考虑发电引流后，林家村至漆水河段的生态流量保证程度均有所降低。

表1 水量调度情景方案

考虑最低需水方案(R1(20))在无水库控泄、无发电引流时的工程调控效应，对宝鸡峡水利枢纽、冯家山水库、石头河水库设置最小控泄流量以满足干流生态需求。以水库对应干流生态断面流量过程与生态基流的差距对应设置宝鸡峡水利枢纽、冯家山及石头河水库的下泄流量目标，设置中考虑上下游断面间的水量传递效应，各水库的最小放流过程如表4所示。最低需水方案主要控制断面工程调控前后生态基流满足状况如表5所示。可以看出，采取调控措施后，主要断面生态基流的保障程度均有所提高，除此之外，最低需水方案调控前后林家村水文站长系列生态流量的断流个数分别为29个和14个，由此可见，水库调控有效地减少了枯季断流。

3 保障机制分析

采用最低需水模式后，未来陕西省渭河流域供用水基本能够达到平衡，但是干流最小生态流量目标尚不能达到要求，断面生态流量保障状况不均衡，从上游到下游最小生态流量保障状况呈逐渐增加趋势。咸阳以下断面基本能够满足，主要矛盾集中在林家村至魏家堡断面，尤其以林家村最为突出。针对渭河流域的水资源短缺，协调好经济社会用水和生态环境用水是做好水生态文明建设的重要基础，有必要采取有效的保障机制，解决目前渭河流域的生态环境问题。

3.1 完善相关政策法规

1)制定渭河流域水力发电用水指导意见，约束河道外引水发电需求。首先，由陕西省水利厅牵头研究制定“渭河流域水力发电用水指导性意见”，明确河道外引水发电的引水规模、引水水量以及管理程序等;其次，宝鸡峡管理局要严格按照水利厅调度预案和调度指令的要求，控制下泄流量;最后研究确定政府补贴制度，宝鸡峡和魏家宝渠首引水量减少，造成魏家堡和杨陵水电站发电收入的减少，可以按照当年的发电收益损失进行适当的补贴，补贴费用由省财政项目列支。

2)尽快出台灌区管理与改革办法，实现灌区的可持续发展。林家村、魏家堡和杨凌水电站的水力发电主要用于弥补宝鸡峡管理局单位经费不足，切实加强灌区管理与改革，解决灌区水管单位当前面临的困境，也是协调经济社会用水和生态环境用水的有效途径。首先，加大水利基础设施政府投入力度，降低农业生产成本，提高农产品的国际竞争力;其次，加强灌区农业水价改革，根据陕西省水利工程供水价格管理办法，研究制定合理的灌区农灌水价;再次，进行灌区管理机制改革，精简人员，提高工作效率。

3)完善陕西省渭河水量调度办法。首先，补充完善枯水期进行生态水量调度的程序，明确相关设区的市、县(市、区)人民政府水行政主管部门和省属灌溉管理单位在水量调度中的责任与义务及奖惩措施;其次，制定陕西省渭河流域枯水期生态调度预案，明确近期、中期和远期的生态水量调度目标和调度途径;再次，本着公平、互利、和谐发展和“谁收益、谁付费”的原则，建立完善的生态补偿机制。

表2 水量供需平衡结果表 亿m3

表3 主要控制断面生态需水保证程度 %

表4 水库最小下泄水量控制要求 百万m3

3.2 加强水资源管理

1)加强水库联合调度，提高流域水资源的社会、经济与环境效益。陕西省渭河流域包括4座大型水库以及干流的宝鸡峡水利枢纽，另外还包括4座在建或拟建大型水库。基于渭河流域来水特点及水利工程分布情况，充分发挥渭河流域水库群的综合调度能力，是渭河干流生态补水的重要途径。

2)充分利用外调水，优化配置本地水和外调水，有效缓解渭河流域严重缺水局面。陕西渭河流域调水工程包括已有的东雷引黄和在建的引乾济石、引红济石和引汉济渭工程，2020年规划的调水量为7.3亿 m3，占当地地表水资源量的12%。应充分利用外调水，优化全省水资源配置，有效缓解关中地区严重缺水局面，保证基本生态环境流量目标的实现。

3)开展节水型社会建设，挖掘节水潜力，加大可再生水的利用。从宏观层面来说，调整区域产业结构，严格控制高耗水项目，鼓励发展低耗水的高新技术产业，以实现区域结构性节水;从微观层面来说，改进工艺、加强管理等手段，提高各产业部门的用水效率和节水能力，以实现各产业部门的用水总量最小化。

4)建设“陕西省渭河水量调度管理系统”项目，完善水量调度监测、监控等手段，建立数据上报和调度会商制度，强化水量调度监督管理和执行力。在渭河干流主要入河口、大中型水库、主要水利枢纽、大型取水口、主要排污口加强水量水质信息监控，并及时收集、整理和上报主要断面实时的水量水质情况，为生态环境水量调度提供较为准确的信息。建立由省水利厅以及相关涉区的市、县(市、区)人民政府水行政主管部门和省属灌溉管理单位参与的会商制度，商量调度方案。省江河局要加强监督检查力度，进一步完善监督检查手段，确保水利厅调度方案和调度指令落到实处。

表5 最低需水方案工程调控前后生态基流满足情况

3.3 开展科技支撑研究

1)研究水库预报与动态汛限水位响应关系。在确保水库安全的前提下，科学地设计和运行汛限水位，合理的利用水库的防洪库容和兴利库容的重叠库容，是提高洪水资源和水能资源利用率，发挥水库的综合效益，环节水资源供需矛盾的有效手段之一。

2)地下水与地表水联合调度。地下水具有天然的调蓄功能，对于维持枯水季的河道基流量发挥了重要的作用。地下水库调蓄可以对含水层有计划的补给与回采，丰蓄枯采，实现含水层的可持续利用，并有效改善生态环境。通过调配不同时期地下水的开采过程，实现地表水和地下水联合调度，降低生态环境用水与生产用水之间的矛盾。

4 结语

以渭河流域为典型，从流域整体水资源供需情况出发，研究了适用于渭河的生态环境用水的调度途径，建立调度模型并进行联合调节计算，提出不同水平年和来水条件下生态环境用水的调度方案。围绕陕西省渭河全线综合整治目标的实现，从政策、监控和管理三方面出发，提出了一套科学有效的综合保障机制，保障和促进渭河全线综合整治规划目标的实现，充分的体现了开发利用流域水资源的同时，很好的保护区域生态的理念。

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