大连市水量调度优化配置方案研究

2020-07-01孙志毅

水利规划与设计 2020年7期

孙志毅

(大连市水务事务服务中心，辽宁大连 116001)

大连市是我国严重缺水的城市。大连市由于水资源总量较少，使得水利工程调度频次增大，此外由于区域水资源时空分布不均以及水资源开发利用度较高等多个影响因素，区域水资源供需矛盾日益严重，水生态环境有所恶化，部分河流甚至出现断流的现象，河流生态健康受到不同程度的影响[1]。随着工业、农业以及生活用水之间矛盾的逐步加剧，河流生态用水逐步被压缩，使得城乡用水矛盾不断加剧，“三农”问题的难度也不断加大，对大连地区各流域生态环境质量产生重大影响[2]。对于生态环境需水的研究最早开始于20世纪40年代，但直到90年代生态需水研究才逐步成为社会关注的热点问题[3]。从70年代开始我国逐步展开河道最小生态需水量的研究，主要针对河道最小生态流量进行方法的探讨[6- 11]，提出生态水利理论及相关技术[12- 15]，并构建模型对区域水资源可持续利用进行分析。建立基于多目标的水资源配置模型，从水量和水质进行生态环境和经济发展相协调的水量优化配置研究，从而解决水资源供需之间的矛盾。总而言之，通过生态需水量对生态调度方式进行分析，提出了许多计算理论和方法，并对水库生态调度的理论和方式进行了初步分析，但针对生态流量保障的水量调度方案研究还较少，为此本文从不同保证率下生态缺水量角度出发，对大连市生态流量调度技术方案进行研究，研究成果对最大限度的发挥水库工程的效益，对指导水库运行调度具有重要的参考价值。

1 生态流量分析计算

1.1 基本资料

研究涉及6条主要河流，即碧流河、复州河、英那河、大沙河、庄河和湖里河，除复州河资料直接取自关家屯水文站，其余5条河流资料均取自以往通过审查的规划，为使资料达到一致性，全部采用1956—2018年系列，不足年份进行相关分析，进行插补延长。各水库及水文站控制流量面积详见表1。

表1 各水库及水文站径流量资料年限

1.2 各频率径流量(坝下区间)及月分配

根据水文序列区域相似性原理，将水库(水文站)的集水面积和计算区域集水面积进行比拟分析，同时用径流深(查《辽宁省水资源》“1956—2018年平均年径流深等值线图”)校核，进而同倍放大得到区间径流量。根据各河流不同保证率径流量，计算出与多年平均径流量之间的关系，见表2。

表2 主要河流径流量不同保证率与多年平均之间关系

从大连市主要河流各断面不同保证率下的径流量可看出，20%的径流保证率下的流量均是多年平均径流量的1.2倍以上，而75%的径流保证率下径流量是多年平均径流量的0.4倍以上，但均小于多年平均值，而90%保证率其径流量更小，表明大连地区各河流在丰水和枯水季节径流的差异性较大。

1.3 生态流量计算

根据两种情况，分别进行区域生态流量计算：①基于Tennant法对其月尺度生态基流进行计算；②对采用保证率为90%的月尺度最枯流量均值计算的生态基流值用于枯水年的水量调度。根据各水库及水文站的长系列径流量，计算出多年平均各月流量，即为该水库或水文站的生态基流量，再根据面积比计算出水库下游各断面所需的生态基流量，同时计算各断面90%保证率最枯月平均流量。各断面生态流量如图1所示。

以各河流入海口为例，碧流河按Tennant法计算生态流量为0.22～14.24m3/s，按90%保证率最枯月平均流量计算生态流量为0.37m3/s，大于Tennant法计算1—2月的生态流量。复州河按Tennant法计算生态流量为0.09～4.86m3/s，按90%保证率最枯月平均流量计算生态流量为0.35m3/s，大于Tennant法计算11—5月的生态流量。英那河按Tennant法计算生态流量为0.13～5.91m3/s，按90%保证率最枯月平均流量计算生态流量为0.43m3/s，大于Tennant法计算12—3月的生态流量。大沙河按Tennant法计算生态流量为0.11～2.87m3/s，按90%保证率最枯月平均流量计算生态流量为0.22m3/s，大于Tennant法计算12—2月的生态流量。庄河按Tennant法计算生态流量为0.11～3.20m3/s，按90%保证率最枯月平均流量计算生态流量为0.75m3/s，大于Tennant法计算10—5月的生态流量。湖里河按Tennant法计算生态流量为0.10～2.29m3/s，按90%保证率最枯月平均流量计算生态流量为0.53m3/s，大于Tennant法计算10—5月的生态流量。

2 大连市生态流量调度技术方案

2.1 调度技术方案

综合考虑农业供给满足度的前提下，对水库用水调度下的弃水进行充分利用，并可补给河道生态需水量，此外水库下游到入海口之间的区间来水量也可一定程度对其河道生态需水进行补给。在此基础上，不足部分的生态流量由水库泄水供给。

在保证城市供水保证率以及农业供水保证率不变的前提下，通过优化调度，增加少量供水，即可使下游生态环境得到较大改善，最终实现经济社会、生态环境与水资源协同发展。

2.2 调度启动条件及权限

根据控制生态流量计算成果对其生态流量的预警值进行设定，当生态流量设定的预警值高于监测断面下泄流量时，按照水库调度计算，依据保证率条件下不需水库进行生态用水，湖里河的90%保证率无需水库补水。所以，各河流需要生态补水的最大流量即为坝下断面的补水量。

2.3 水量调度方案

各水库坝下河道生态水量首选采用区间来水量进行下游段生态径流的补给，其次采用水库下泄水量进行生态用水的补给。在生态用水调度的过程中若水库需要进行弃水或者为灌区进行农业用水补给，则对其生态需水量进行相应的减少。①采用Tennant法计算多年平均和20%保证率情况下生态基流值，如图1所示，对其水库补水量进行有效控制；②采用Tennant法计算75%和90%保证率情况下月最枯流量的最小值和最大值，对水库的补充生态的水利进行控制，大连各水库不同保证率各河流需要水库补充生态流量最大值见表3。

图1 大连市水库补水断面生态基流计算结果

续图1 大连市水库补水断面生态基流计算结果

表3 不同保证率各河流需要水库补充生态流量最大值单位：m3/s

从表3中可以看出，各河流除坝下断面外，多年平均和20%保证率均无需水库补水，碧流河、英那河、大沙河的入海口断面和湖里河的75%保证率也无需水库补水，湖里河的90%保证率无需水库补水。所以，各河流需要生态补水的最大流量即为坝下断面的补水量

3 生态流量调度保障机制

3.1 协商机制

生态流量调度涉及上下游用水矛盾，为更好的协调上游用水需求和对下游水生态的保护，需要生态流量管理机构进行协调，并充分征求各方面意见，发挥统筹管水，统一调度的管理职能。

协商方式：生态流量管理机构制定调度方案后需组织相关水行政主管部门负责人和相关水库、闸坝管理机构负责人召开协商会议，对调度方案的可行性进行研究讨论，如有人对调度方案提出异议，则需对调度方案进行再论证，必要时进行修改。

如上游确有重要需求不能调水的应向生态流量管理机构递交下阶段用水计划，并说明理由。生态流量调度管理机构进而研究寻找其他调水线路或从该水库调水的同时从其他水源向该水库补水。协商机制可以生态调度中各相关利益得到平衡，是生态调度正常运行的基本前提。

3.2 补偿机制

“水十条”提出水环境补偿采用跨界进行实施，对资金横向补贴、对口帮扶、产业转置等方式进行探索，搭建水环境补偿跨界实施的平台，实现生态补偿制度在重点功能区的逐步覆盖。

按照可持续、区域协调发展以及公平公正的原则进行生态调度补偿机制的逐步实施，实现区域社会经济、科技进步、人居和谐、生态环境保护等多个要素之间的全面发展，将生态用水调度在整个社会经济-自认生态健康发展中进行整体规划。生态调度用水补偿要建立使得受益者利用得到保护，而破坏者进行支付的有效机制。制定生态环境保护和利益受到损害者得到补偿、社会受益，政府进行生态补偿的相关原则。将同一个行政区域内不同利益的冲突进行综合协调，及不同流域之间调水和受水利益冲突进行综合协调，使得流域整体与区间利益进行相一致。

流域机构应该在生态调度补偿机制中发挥重要作用，通过水功能区划确定相应目标，并结合流域立法对补偿依据进行规范。通过评估生态调度对原工程发电、供水效益的影响，评估补偿金额。按照财政转移支付为主，以资源有偿使用为辅，补偿金额由中央财政和大连市政府共同承担。补偿对象为调水工程供水对象中受影响的人群，以投资、辅助流域水利工程建设为途径，进行流域生态补偿。