黑龙江省花园水库功能优化方案的研究

梁贞堂，吴明官

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)



科技成果

黑龙江省花园水库功能优化方案的研究

梁贞堂，吴明官

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

花园水库是已列入全国172项重大节水供水工程的近期拟建工程，原设计功能以灌溉为主，兼顾下游防洪。根据新的治水方针、发展理念和水资源管理制度，花园水库设计功能应当增加城镇供水、湿地补水功能；灌区工程按“排降蓄灌”模式和“绿色”理念重新设计，达到节水目的。

花园水库；功能；湿地补水；城镇供水；灌溉工程；优化方案

花园水库是已列入“全国172项重大节水供水工程”的近期拟建工程，位于龙江县雅鲁河支流济沁河的下游，坝址以上流域面积3068km2，占总流域面积的75%，多年平均年径流量4.35亿m3。该工程的《项目建议书》已得到国家发改委的批复，是以农田灌溉为主，兼顾下游防洪，结合灌溉弃水发电等综合利用的大(2)型水利枢纽工程。水库设计灌溉面积8.07万hm2，其中：水田2.8万hm2，旱田5.27万hm2；分布在济沁河及其河口以下的雅鲁河两岸。2013年，龙江县种植农作物面积32.7万hm2[1]；可见，规划的灌溉面积仅占全县耕地面积的24.7%。

随着“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水方针、“创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念、“推进供给侧结构性改革”发展方式和“建设节水型社会”水资源管理制度的提出，花园水库的功能应当进行调整和优化；为此，进行了花园水库功能优化方案的研究。

1 优化方案的理论指导

在不增加灌溉面积和河流中灌溉用水量的前提下，尽量增加水库的功能，并按下列理论指导优化水库功能的方案。

1)将“水安全”理论融入水库的功能优化中。水安全[2]是指水资源、水环境、水生态和水灾害的安全；将这一理念融入水库下游的功能优化中，重点解决用水方对水量、水质的要求；突出解决城镇供水、农业节水、湿地补水和环境用水。

2)将水资源统筹理论融入水库的功能优化中。水资源的统筹理论[3]表现在合理利用地下水、沟渠水和湖泊水。花园水库功能区位于雅鲁河下游平原地区，地势平坦，比降较缓；地下水埋深较浅，且水量丰富；沟渠泡众多，形成一定规模；因此，各用水单元合理利用地下水，优先利用沟渠泡水，可减少雅鲁河用水流量，减小泵站规模、工程占地，达到节省投资的目的。另外，充分利用区域内现有湖库泡的调蓄能力，又可以达到生态环境补水和洪水资源化等多重目的。

3)将灌区工程的“排降蓄灌”模式融入水库的功能优化中。文献[4]对灌区的“排降蓄灌”模式进行了系统总结：“排”建设排水工程，以排除地表积水；“降”建设降水工程，以降低地下水位；“蓄”建设地上地下蓄水工程，以增加水量；“灌”建设灌溉工程，以实现水资源的利用。“排降蓄灌”是平原灌区最优的建设模式，可以将雨水、地下水、河水和土壤水统一配置，解决涝、旱、渍等土壤灾害现象，达到农作物高产目的。

4)将灌溉工程“绿色”理念融入水库的功能优化中。文献[5]研究了灌溉工程的“绿色”理念：输水渠道采用灌排两用渠道；配水渠道采用水力最佳断面渠道；两类渠道用泵站联结。根据这一理念，可实现渠道的占地面积最小，渠系建筑物最少，管理成本最省的优化目标。

5)将当地降雨时空特点融入水库的功能优化中。文献[6]分析了松嫩平原的降雨时空分布特点：多年平均降雨量(1956—2000年)459.6mm；6—9月4个月的多年平均降雨量占全年的80%以上；7—8月2个月的降雨量更为集中，占全年的40—60%；可见：雨热同步，年内分配不均，多年平均降雨满足当地农作物需水。因此，水稻生产的每年5月上旬的泡田期，先利用当地河流的水、湖库泡的水和地下水进行泡田，不足部分由花园水库和雅鲁河水供给；水稻的生育期，先利用灌排(结合)沟渠中的排水、湖库泡的水及当地河流的水，不足部分由花园水库和雅鲁河水补给。其它旱田作物，优先解决苗期需水，注重解决灌浆期缺水。

2 优化方案功能的调整

文献[9]认为：七一运河工程在济沁河口以上，花园水库功能区不应包括此工程。根据优化方案的理论指导，研究认为：花园水库功能区应当包括七一运河工程，在设计灌区工程模不变的前提下，增加城镇供水功能、湿地补水功能和生态环境用水功能；水田灌区按“排降蓄灌”模式重新研究，旱田灌区按“绿色理念”进行研究。主要增加的工程：扩建七一运河、哈拉海湿地补水和扩建北山水库工程；如图1所示。

图1 花园水库下游新增工程示意图

2.1 扩建七一运河

七一运河工程始建于1958年，1994年整修扩建；原设计功能：解决龙江县北部3个乡镇的干旱、哈拉海湿地的补水，建有干渠58km，支渠83km，建有进水闸1座；渠首工程为无坝取水工程，位于济沁河口上游3km处的雅鲁河干流上。因渠首取水保证率低，目前已中断通水；干渠从渠首到鲁河乡15km还可存在，其它干、支渠被复垦为耕地。因此，必须研究七一运河的扩建，以满足湿地补水、县城供水的需要。

2.1.1 新建有坝渠首

在现有渠首处，将无坝渠首改建为有坝渠首。渠首工程以上雅鲁河流域面积9450km2，多年平均年径流量为13.34×108m3，上游没有大型取水工程，枯水期径流量满足渠首需水要求。新建有坝渠首后，可增加取水流量，满足湖库泡补水、龙江县北部、齐齐哈尔市郊西部干旱最严重地区用水问题。与花园水库联合调度后，可提高渠首的供水保证率，也可提高下游灌区的灌水保证率。

2.1.2 改扩建干渠

将原58km干渠进行改扩建，鲁河乡以上走现有渠道，鲁河乡以下沿省级公路S302至北山水库附近，折向东北进入沟口水库。

按80d向哈拉海湿地补水2×108m3设计渠道断面；渠道流量为30m3/s。

2.2 哈拉海湿地补水

哈拉海湿地位于龙江县东北部，北与甘南县相接；省级自然保护区；总面积为165.64km2，其中：核心区面积为58.53km2，缓冲区面积为53.83km2，实验区面积为53.28km2。

近几年来，湿地周边的地下水位已经下降了3—6m，湿地萎缩，周边农业连年受灾。

哈拉海湿地自然保护区现状情况来看，当遭遇枯水年时，哈拉海湿地缺水严重，因此，需要补水来解决哈拉海湿地生态平衡问题。花园水库建成以后，通过七一运河工程可以给哈拉海湿地补水。

2.3 扩建北山水库

北山水库位于龙江县城北部，距离县城中心约3km，是一座小型水库。增容扩建后，每年畅流期4月下旬至10月底，从七一运河取水，通过输水管道把水先放入北山水库，再通过1.5km输水管道送水至净水厂，作为龙江县城的生产生活用水。

每年11月、12月至第2年的4月中旬，供水能力暂按5×104m3/d估算，冬季供水量需要850×104m3，即北山水库调节库容；因此，北山水库增容到调节库容950×104m3。扩建后，完全能够承担龙江县城生产生活供水任务。

2.4 水田灌区采用“双水源”

水稻生产的泡田期是用水量最大的时期，也是河流水量最小的时期。根据龙江县的降雨特性和雅鲁河下游平原的特点，水田灌区应当采用“地下水资源”和“地表水资源”双水源工程；泡田期优先使用“地下水”，水稻生长期优先使用“地表水”。灌溉井井深控制在20m以内，用离心泵抽水，单井控制灌溉面积10hm2；直接将水抽入配水渠道。地表水的输水渠道尽量采用灌排两用渠道，不护砌；配水渠道采用水力最佳断面渠道，全部护砌；输水渠道与配水渠道用低扬程水泵街接。

2.5 旱田灌区采用灌排两用渠道

旱田灌区按照“田水路林沟”统一规划。在充分利用现有的河道、湖泊、田间道路、防护林的基础上，建设灌溉排水两用沟道；尽量避免单灌单排模式。

3 调度运用模式

3.1 联合调度运用方式

雅鲁河与花园水库通过与下游河湖库泡联合调度运用，可提高水的利用率。

利用七一运河工程给哈拉海湿地补水。七一运河渠首工程以上流域面积较大；因此，绝大部分时间雅鲁河干流灌溉期来水量，满足哈拉海湿地用水，通过七一运河还可以给湖库泡补水。利用该区域内现有湖库泡的调蓄能力和合理利用地下水资源、当地水资源，可减小雅鲁河调水工程的规模。

为了解决生态环境补水与灌溉供水冲突的矛盾，灌溉临界期不给湖库泡补水，灌溉高峰期过后，七一运河先满足灌溉用水的需求，多余的水量给湖库泡补水；灌溉期结束后，全力给湖库泡补水，一直蓄到正常蓄水位为止。

3.2 多库实际调度运用

花园水库和七一运河工程建成后，联合调度花园水库、北山水库、沟口水库、哈拉海湿地、龙江湖和七一运河等工程(以下简称：三库两湖一渠)，达到高效利用水资源的目的。

3.2.1 灌溉期调度运用

灌溉期为5—8月，此时关键的用水在灌溉泡田期。雅鲁河沿岸灌区和哈拉海灌区，在推行“灌降排蓄”生态水利模式的基础上，先利用地表水、地下水，不足部分再利用三库两湖中水。灌区内地下水自动监测站的水位较高时，开启灌区内所有井群全力抽水灌溉。

每年进入灌溉期后，除了汛期(7—8月)以外，其它时间，花园水库灌区中各节制闸、进水闸和排水泵站等沟渠内水位，根据本灌区内自动监测的降雨量大小，开启各种闸门和排水泵站，尽可能控制在灌溉正常蓄水位以下至设计水位以上区间；即降雨量较大时，沟渠内水位应控制在设计水位附近；降雨量较小时，沟渠内水位应控制在正常蓄水位附近。

3.2.2 汛期调度运用

每年进入汛期(7—8月)后，三库两湖的库水位严格控制在汛期限制水位附近，并且为了满足灌区内排涝和防洪的要求，花园水库灌区中各节制闸、进水闸和排水泵站等沟渠内水位，首先下降至最低运行水位，然后根据本灌区内自动监测的降雨量大小，开启各种闸门和排水泵站，尽可能控制在设计水位以下。

3.2.3 非灌溉期调度运用

非灌溉期指每年9—10月至翌年4月，为了解决生态环境补水与灌溉供水冲突的矛盾，每年8月下旬至10月末、第2年4月下旬为湖库泡补水期，共82d。七一运河尽量自流引水，一直到湖库泡蓄满为止。

4 哈拉海湿地利用

哈拉海湿地自然保护区正常蓄水位相应的面积165.64km2，汛限水位相应的面积112.36km2，死水位相应的面积30 km2。该蓄滞洪区调节库容约2.6613亿m3，重复利用库容约2.0721亿m3。因此，给哈拉海湿地补水的同时，若合理利用本蓄滞洪区调节库容和重复利用库容，则将起到另外一座综合利用大型水库的作用。

5 增加城镇供水量

北山水库增容扩建后，每年畅流期在七一运河取水，通过输水管道把水放入北山水库，再通过输水管道送水至净水厂，经处理后供给龙江县城居民生活用水，还利用水库下游的天然河道为龙江湖补水后用于灌溉。冬季直接利用北山水库调节库容给城镇供水，全年城镇总供水量1460万m3。

6 结 语

花园水库功能通过调整后，增加了哈拉海湿地利用，增加了七一运河渠首工程、七一运河输水干渠扩建工程、北山水库扩建工程。通过解决哈拉海湿地补水问题(改善生态环境)的同时，可提供农业灌溉用水和城镇居民生活用水；并通过湖库泡常年的高水位，为黑龙江省西部水资源匮乏地区补给地下水后，解决该地区的人畜饮水问题；又可以合理利用湖库泡的调蓄能力，以达到洪涝水资源化、变害为利的目的。

[1]黑龙江省统计局.黑龙江省统计年鉴2014[M].北京：中国统计出版社,2014：26-71.

[2]邱德华.区域水安全战略的研究进展[J].水科学进展,2005(02):305-311.

[3]李少华,董增川,李玉荣.水资源统筹配置综述与展望[J].水利经济,2007(02):1-5.

[4]吴明官.三江平原生态水利模式研究[M].哈尔滨:东北林业大学出版社出版,2013：15-26.

[5]梁贞堂.基于绿色发展理念融入水利工程设计中的探讨[J].黑龙江水利科技,2016(05):67-70.

[6]韩玉梅.黑龙江省年降水量时空分布分析[J].黑龙江水利科技,2008(03):4-5.

[7]刘明岗,王青梅,吴明官.蓄水工程引调水限制线简便计算方法[J].黑龙江水利科技,2016(07):1-5.

[8]黑龙江省水利水电勘测设计研究院.黑龙江省龙江县花园水库工程建设方案专题研讨报告[R].哈尔滨：黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2016.

[9]黑龙江省水利水电勘测设计研究院.黑龙江省龙江县花园水库工程项目建议书[R].哈尔滨：黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2014.

Study on Functional Optimization Scheme for Heilongjiang Provincial Huayuan Reservoir

LIANG Zhen-tang and WU Ming-guan

(Heilongjiang Province Water Conservancy & Hydropower Investigation,Design and Research Institute, Harbin 150080,China)

The Huayuan reservoir has been listed in the proposal projects of 172 major national water-saving and water supply projects in recent years, its original design functions is mainly for irrigation, taking into account flood control of the downstream. According to the new policy of water regulation,development ideas and water resources management system, the design of Huayuan reservoir should increase the functions of water supply for cities and towns and water replenishment for wetland, and the irrigation area project should re-design in line with the model of “drainage, decrease, storage and irrigation” and the idea of “green” for achieving the objective of saving water.

Huayuan reservoir;function;water replenishment for wetland;water supply for cities and towns;irrigation project;optimization scheme

1007-7596(2017)03-0001-04

2017-02-26

梁贞堂(1963-)，男，山东冠县人，研究员级高级工程师，现任院党委书记，从事农田水利方面的研究；吴明官(1955-)，男，黑龙江哈尔滨人，教授级高级工程师。

TV697.1

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