关于生态流量保障管控与调度目标的思考

罗 昊，黄 亮，张 强，许 衡

(1.珠江水资源保护科学研究所，广东 广州 510611；2.水利部珠江水利委员会，广东 广州 510611)

保障河湖生态流量是统筹水资源开发与保护，推进水生态文明建设的基本要求，对维护国家水安全、生态安全、战略安全具有重要意义[1- 2]。2018年以来，水利部开展了系统的河湖生态流量研究，并于2019年实施了重点河湖基本生态流量管控与调度等工作，以生态基流作为主要的考核指标。本文结合生态流量管控与调度工作实际，主要思考了生态流量保障中的管控目标、设计保证率及来水条件、调度目标等关键问题，为科学合理开展河湖生态流量保障工作提供借鉴。

1 生态流量保障管控目标

1.1 生态流量基本概念

结合已有研究成果[1,3- 4]，生态流量可分为基本生态流量和目标生态流量。其中，基本生态流量系维持河流、湖泊、沼泽给定的生态环境保护目标所对应的生态环境功能不丧失，需要保留在河道内的最小水量(流量、水位、水深)及其过程[5]。生态环境功能“不丧失”，是指确保生态环境保护目标不至于发生不可逆变化的水文过程。生态基流为基本生态流量过程中最枯时期的最小值，是确保河湖最基本生态功能不至于发生不可逆变化的底线流量。当前阶段生态流量管控以保障生态基流为主要目标。

1.2 生态流量保障管控原则与目标

以往生态流量保障研究与管理实践中，经常以“天然优先”为管控原则，即保持河流天然的流量过程与水文节律。认为维持河流的天然流量过程及扰动模式，是维持河流生态系统稳定的关键因子[6]。但受气候变化等影响，天然水文过程存在变异现象，如黄河多旱易洪，天然径流持续干旱的平均水平年为3年左右[7]，周期性年际枯水时期长达15～20年[8]，曾多次出现断流现象，不利于河流生态系统的稳定发展。在特枯水年遇河流天然来水小于生态基流指标时，水利工程一般按来水流量控制下泄，可能出现突破生态基流底线的情况[9]。与此同时，我国水资源时空分布不均，部分江河流域水资源开发利用程度较高[10- 11]，水利工程运用与人民生活息息相关，导致难以恢复天然的流量过程，去除复杂的人类活动影响[12]。

当前我国河湖生态保护面临巨大压力，在新时期以“生态优先”为管控原则，考虑尽量满足生态需求，并进行有限的干预修复，更符合生态文明要求，也有利于河湖最基本生态功能的保障和修复。生态基流是保障河湖最基本生态功能的底线要求，据此建议生态流量保障管控目标以“生态优先”为原则，尽全力保障生态基流。实际工作中，在河湖具有工程调控能力的条件下，应合理开展生态流量调度保障，使生态基流的满足程度达到100%。

2 生态流量设计保证率内涵

2.1 设计保证率内涵与分类

设计保证率是在多年期间正常工作所能得到保证的概率程度，其本质是概率问题。在规划设计中，各项任务一般都需选定某一设计保证率作为标准，并据此决定工程的规模。设计保证率的确定是在当前付出和预期风险间作出的选择[13]，体现了国家在特定时期内的技术和经济政策[14]。

设计保证率的计量方式主要有年保证率和历时保证率。年保证率以多年期间正常工作年数占总年数的百分比表示，无论破坏程度和历时如何，凡不能维持正常工作的年份，均同样计入破坏年数之中，农业灌溉、城乡供水和具有调节能力的蓄水式电站等多采用年保证率。历时保证率以多年期间正常工作的历时(日、旬或月)占总历时的百分比表示，航运用水、径流式电站及其他不进行径流调节的用水部门常采用。

2.2 生态流量设计保证率内涵与确定

生态流量保障工作实际中[15]，需根据流域水资源条件、工程调控能力、生态保护重要性等因素，科学合理确定生态流量设计保证率，并据此制定生态流量调度保障方案。生态流量设计保证率主要表征了河湖实际流量(水量、水位)是否达到生态系统需求这一事件的可靠程度，是生态流量得到保障这一情况发生的累积概率或频率，宜采用年保证率的形式，以经水资源配置与调度保障后，多年期间生态流量满足程度为100%年数占总年数的百分比表示。在进行保证率计算时，评价的水文系列时段长度可取日平均值、旬平均值或月平均值。

根据生态流量研究与保障工作技术要求(以下简称“技术要求”)，原则上，生态基流设计保证率不低于90%～95%，基本生态流量(水量)全年值的设计保证率不低于75%～90%。对于水资源丰沛、工程调控能力强的主要控制断面，设计保证率可从高要求；对于水资源紧缺、调控能力较弱的主要控制断面，设计保证率可适当从低要求。

2.3 生态流量设计保证率来水条件

由于河流天然来水具有年际变化，因而在生态流量调度保障的目标制定、实施与考核等过程中，需要确定生态流量设计保证率对应的来水条件，并根据不同的来水情况，合理制定生态流量管控和考核目标要求。按技术要求，原则上，来水条件优于设计保证率来水条件时，生态基流的满足程度应为100%；来水条件劣于设计保证率来水条件时，生态基流的满足程度可低于100%，但破坏深度不应大于允许破坏深度。

以往水资源调度通常依据预测来水的水文频率确定可调水量，水文频率是指水文变量(如最大洪峰流量、径流量等)大于或等于一定数值的可能性大小，反映了水文变量值出现的概率。生态流量保障需要评价月、旬或日平均流量的满足程度，而水文频率典型年来水条件的选择通常仅考虑年径流总量的大小，并没有考虑流量过程的时间分布不均等问题，导致难以和生态流量设计保证率来水条件直接对应。

当流域控制性工程以年调节和多年调节工程为主时，表示流域具有足够的径流调节能力，受年内来水流量变化影响有限，即年径流总量越大，生态流量保障程度越高。在此条件下，当水资源配置与调度保障方案正好按某一水文频率来水条件设计，能使生态流量得到充分保障时，则该水文频率对应的来水条件即为生态流量设计保证率来水条件。如经水资源配置与调度保障后，在95%水文频率来水条件下生态基流满足程度可达到100%时，则95%水文频率来水条件即为生态基流设计保证率95%对应的来水条件。

3 生态流量实测保证率分析

3.1 研究对象

韩江流域位于粤东、闽西南，流域面积30112km2，干流全长470km。上游以梅江为主流，与汀江汇合后称韩江，至潮州进入韩江三角洲，分东溪、西溪、北溪注入南海。流域内主要控制性工程为已建的棉花滩水库、潮州供水枢纽和在建的高陂水利枢纽工程。2016年，《韩江流域水量分配方案》获得水利部批复，后续开展了韩江流域水量调度方案修编等工作。2019年，韩江流域溪口、潮安断面被列入年度开展生态流量监管的主要控制断面。根据《韩江流域水量分配方案编制说明》，溪口断面生态基流为49.7m3/s，潮安断面为128m3/s。

3.2 计算方法

以汀江溪口、韩江潮安2个水文站1956—2016年共61年份的实测逐日平均流量数据作为分析基础，选择评价时长为日和旬，即采用日平均流量和旬平均流量评价年内生态基流的满足程度。以生态基流满足程度为100%的年份占总评价年份的比例作为生态基流的实测保证率。

3.3 结果分析

汀江溪口、韩江潮安断面1956—2016年生态基流满足程度如图1所示。可见，在大多数年份中，生态基流旬满足程度高于日满足程度；在天然来水偏枯的年份，生态基流满足程度较低；上游支流汀江溪口断面较下游干流韩江潮安断面生态基流满足程度年际变化更大。

生态基流实测保证率及天然来水频率统计资料见表1。以日均流量进行评价，溪口、潮安断面生态基流实测保证率分别为26.2%和60.7%，不达标年份天然来水频率分别大于2%和15%；以旬均流量进行评价，溪口、潮安断面生态基流实测保证率分别为68.9%和83.6%，不达标年份天然来水频率分别大于8%和21%。由此可见，韩江流域生态基流实测保证率较低，在天然来水偏丰和偏枯的情况下，均需结合水文预报适时开展生态流量调度保障。考虑年内生态基流破坏深度不大于20%，溪口、潮安断面实测保证率均有所提高，但仍需采取工程调度措施提高保障程度。

4 生态流量调度目标

生态流量调度包括河道内工程调度和河道外用水管控。在以“生态优先”为管控原则的前提下，结合生态流量设计保证率内涵与技术要求，以生态基流设计保证率不低于95%为管控要求，根据天然来水条件，具体制定生态流量调度目标。

图1 汀江溪口、韩江潮安断面1956—2016年生态基流满足程度变化

表1 生态基流实测保证率及天然来水频率统计 单位：%

当天然来水优于设计保证率来水条件(来水频率95%)时，应保障年内生态基流的满足程度为100%。当天然来水劣于设计保证率来水条件(来水频率95%)时，若工程调度能力充足，应保障生态基流不破坏；若工程调度能力不足，应充分发挥工程调蓄能力，并适时采取河道外用水管控、应急补水等措施，保障生态基流破坏深度不大于允许破坏深度。

5 结语

加强河湖生态流量保障事关我国水安全与生态文明建设大局。面对新时期我国河湖生态保护的新形势，以“生态优先”为管控原则更符合生态文明要求，也有利于河湖最基本生态功能的保障和修复。调度保障工作中，需结合生态流量设计保证率的内涵，调查流域生态流量实测保证率情况，并根据不同的天然来水条件合理确定调度目标。本研究可为我国江河流域开展科学合理的生态流量调度保障工作提供重要的理论基础和技术支撑，后续还需加强基于该目标下的调度方案设计、实践和监测评估，进一步验证研究成果的科学性和可行性。