王快水库向下游河道生态补水潜力分析

2020-07-06张亚军

黑龙江水利科技 2020年6期

冯佳，张亚军

(1.河北省秦皇岛水文水资源勘测局，河北秦皇岛 066000；2.河北省保定水文水资源勘测局，河北保定 071000)

1 王快水库概况

王快水库建设在大清河流域的沙河上游，处于河北省保定市曲阳县境内，位于郑家庄村西。该水库的控制流域总面积为3770km2，主要功能是防洪、灌溉和发电，属于当地大型水利枢纽工程。王快水库经过2005年的除险加固改造后，水库防洪标准达到500年一遇，按照10000a一遇进行校核。目前王快水库的总库容为13.89亿m3，调洪库容为9.56亿m3，死库容为1.09亿m3，兴利库容为5.91亿m3[1]。

2 王快水库向下游河道生态补水潜力分析

2.1 指标选择标准

根据《室外给水设计规范》)(GB50013-2018)标准，将地表水作为供水水源，设计枯水流量年保证率指标应根据城市规模、工业用户数量等参数确定，一般在90%-97%之间。同时根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-2018)，灌溉设计保证率指标需要根据当地水土资源条件、灌区规模、水文气象状况、作物组成结构及灌水方式等确定，在中温润地区，其设计保证率应在75%-95%之间。此外，根据《河湖生态环境需水计算规范》(SL/Z712-2014)，河道基本生态需水量指标是反映维持河湖生态环境保护目标、保证其生态功能不丧失的河道最小水量指标参数。即河道内的基本生态需水量应满足生态环境需水量的下限值。河道目标生态环境需水量指标则是反映河湖生态环境目标对应生态功能可以正常发挥的指标参数，其明确规定了河道内需要保留的水量以及社会经济活动消耗的水量控制值。一般采用河道生态需水量保证率系数来反映不同来水频率的生态环境需水量，判断其是否能够满足河道生态需水量要求。通常情况下，基本生态需水量、目标生态需水量保证率均不低于50%。结合上述标准规范及王快水库的实际情况，本次研究选择的河道生态补水保证率指标为75%[2]。

2.2 灌溉需水量分析

王快水库从1955年到2015年的天然径流数据变化情况如图1所示。根据相关统计资料进行计算，天然径流量的多年平均数值为4.9亿m3，相较于2000年以前的平均水平下降了12.5%。受当地气候条件变化以及河道下垫面变化的影响，王快水库的水资源储量也出现持续下降的趋势。在1980年到2015年期间，水库平均天然径流量只有3.8亿m3，是多年平均数值的77%。这说明王快水库的天然径流量变化幅度较大。

图1 王快水库从1955年到2015年的天然径流数据变化情况

从水库上游用水情况的统计数据来看，王快水库上游用水主要为农业用水，其中阜平县城用水以生活用水、工业用水为主。从近十五年的统计数据来看，其上游用水量的变化幅度较小，且出现小幅度下降。从现状情况来看，上游25%和50%年用水量为0.435亿m3，75%年用水量为0.425亿m3，阜平县城生活用水和工业用水的增加值为0.071亿m3。农业用水按照零增长计算，规划50%年用水量为0.506亿m3，75%年用水量为0.496亿m3。入库径流量计算结果如表1所示。

表1 水库入库径流量计算结果亿m3

根据上述计算结果分析王快水库需水量，其年均出库水量为2.35亿m3，包括应急供水量1.0亿m3、灌溉供水量0.92亿m3、水库弃水量0.21亿m3。另外，由于水库供水范围内的经济产业园区建设时间较晚，已建成南水北调工程无法满足园区供水，王快水库出现新增供水量0.38亿m3。在2014年到2015年期间，由于地下水超采治理工程的实施，王快水库灌溉供水量增加0.34亿m3。目前王快水库的设计灌溉面积总数为86万亩，要求灌溉保证率达到50%以上。根据节水改造工程、灌区连续配套工程等方面的建设规划，50%年和75%年设计灌溉定额为3936m3/hm2和4680m3/hm2，预计改造工程建成后，灌溉用水的利用系数可以达到0.594。

2.3 水库补水潜力计算

在补水调度方案设计过程中，可采取灌溉供水优先或生态补水优先方案。其中，灌溉供水优先要求满足刚需用户的供水量需求。对于王快水库而言，主要为定州和曲阳等地工业经济园区供水，供水量需求为0.38亿m3，其余水量优先满足农业灌溉用水。如果采用生态补水优先的设计方案，首先也要满足定州和曲阳等地刚需用户的供水量需求，其次考虑下游灌区的实际供水量情况以及地下水超采治理项目新增的0.34亿m3置换水源，最后将剩余水量优先满足河道生态补水需求。在计算过程中，蒸发量根据蓄水面积和政府吸水进行计算，渗流量按照月需水量1%进行计算。此外，以死水位作为调节起点，根据汛期限制水位和水库正常水位进行控制。最终确定的供水优先顺序为生活用水、工业用水、农业灌溉用水、生态用水。

2.4 补水调度方案选择

从上述计算结果来看，若采取灌溉供水优先的设计方案，王快水库的多年平均总调节水量为3.05亿m3，水库供水量为2.30亿m3，包括生活和工业供水量0.38亿m3，农业灌溉供水量1.92亿m3和弃水量0.74亿m3。此外，50%年总调节水量2.58亿m3，无弃水量，75%年总调节水量4.05亿m3，无弃水量。如果采取生态补水优先的设计方案，王快水库的多年平均总调节水量为2.96亿m3，总供水量为2.09亿m3，包括生活和工业供水量0.38亿m3，农业灌溉供水量1.26亿m3，生态供水量0.45亿m3和弃水量0.86亿m3。此外，50%年总调节水量2.23亿m3，最大生态供水量0.59亿m3，无弃水量，75%年总调节水量1.86亿m3，最大生态供水量0.22亿m3，无弃水量。因此，目前王快水库拥有较大的生态补水潜力。在降雨期间，可以利用雨水对下游得到基流进行补充，并根据水库实际情况，计算出最小降雨量需求值，在无法满足实际生态补水需求时，则需要采取水库补水措施。通过合理制定补水调度方案，可以同时满足生活、工业、灌溉用水需求，并保证下游河道的基本生态补水保证率，从而防止下游河道出现干涸的情况。