引汉济渭工程水库生态调度方案研究

李瑛 金弈 董磊华

摘 要：引汉济渭工程是解决关中地区缺水问题的战略性调水工程，与南水北调中线工程的水源区部分重叠，开展生态调度研究保障河流生态环境用水，对维护工程水源区的生态环境可持续发展具有重要意义。在保证国家南水北调工程安全运行的前提下，分析引汉济渭工程水源区洪水资源利用可行性，在此基础上提出工程兼顾供水保证率目标的生态调度方案。研究认为，将三河口水库前期汛限水位抬高至643 m，且在保证三河口水库下游生态流量2.71 m3/s时，引汉济渭工程受水区多年平均实际供水量为10.04亿m3，供水保证率80.8%，可以显著提高下游河道生态基流满足程度，在典型枯水年、平水年和丰水年均可以使三河口下游河道生态基流满足程度达到97.5%，显著提升了工程的生态效益。

关键词：生态流量;洪水资源利用;生态调度;供水保证率;引汉济渭工程

中图分类号：TV697   文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.07.017

Abstract：Hanjiang-to-Weihe River Valley Water Diversion Project is a strategic water diversion project to solve the problem of water shortage in Guanzhong area. The water source area of South-to-North Water Diversion Project and Hanjiang-to-Weihe River Valley Water Diversion Project is overlapped. It is of great significance to carry out ecological operation research to ensure the ecological flow of the river and maintain the sustainable development of the ecological environment in the water source area of the project. On the premise of ensuring the safe operation of South-to-North Water Diversion Project， it was analyzed the feasibility of flood resources utilization in the water source area of Hanjiang-to-Weihe River Valley Water Diversion Project and put forward the ecological operation scheme of the project taking into account the target of water supply guarantee rate， so as to provide technical support for the maximum excavation of the available water quantity in the water source area and the full play of the comprehensive benefits of water supply and ecology of the project. The research shows that raising the flood control level of Sanhekou Reservoir to 643 m in the early stage and ensuring the ecological flow of the downstream river of Sanhekou Reservoir at 2.71 m3/s， average annual water supply of Hanjiang-to-Weihe River Valley Water Diversion Project is 1.004 billion m3 and the water supply assurance rate is 80.8%， which can significantly improve the satisfaction degree of the ecological base flow in the downstream river. In the typical low flow year， normal flow year and high flow year， the satisfaction degree of the ecological base flow of the downstream river of Sanhekou Reservoir can reach over 97%， which significantly improves the ecological benefits of the project.

Key words： ecological flow; utilization of flood resources; ecological operation; water supply guarantee ratio; Hanjiang-to-Weihe River Valley Water Diversion Project

1 前 言

引漢济渭工程是从陕南地区水资源相对丰富的长江支流汉江流域调水进入缺水严重的渭河关中地区，缓解渭河流域关中地区水资源短缺问题，改善渭河流域生态环境而兴建的重大基础建设项目[1]。根据《长江流域综合规划（2012—2030年）》和国家发改委对陕西省引汉济渭工程各阶段的批复文件，引汉济渭工程规划近期多年平均调水10亿m3。

引汉济渭工程总体开发方案为以陕南汉江干流及其支流子午河为水源，以干流的黄金峡水库及其支流的三河口水库为调蓄水库，以黄金峡泵站、三河口泵站、秦岭输水隧洞（黄三段、越岭段）为调水工程，共同完成调水至关中受水区的工程开发任务[2]。

中华人民共和国环境保护部《关于陕西省引汉济渭工程环境影响报告书的批复》（环审[2013]326号）中要求制定工程蓄水和运行调度环保方案，提出满足生态与环境要求的流量下泄过程线，确保下泄生态环境用水，水库蓄水和运行期间，黄金峡水利枢纽分别采用底孔和生态泄水闸泄放生态流量不小于38 m3/s，三河口水利枢纽分别采用直径800 mm旁通管、引水渠和运行期生态放水管泄放生态流量不小于2.71 m3/s。按照环境影响报告书批复要求及引汉济渭工程的实际需要，结合引汉济渭工程黄金峡和三河口水库调度方式，综合考虑入库洪水、水库安全运行、下泄洪水超下游地区防洪标准、下泄洪水减少导致下游生态环境用水变化等不确定性因素，探讨引汉济渭工程的生态调度方案。

引汉济渭工程与南水北调中线工程的水源区部分重叠，受制于南水北调中线工程，其大部分引水量主要在汛期。充分利用洪水资源，通过生态调度保障河流生态环境用水，对于维护工程水源区的生态环境可持续发展具有重要意义[3]。在保证国家南水北调工程安全运行的前提下，笔者分析引汉济渭工程水源区洪水资源利用的可行性，在此基础上提出工程兼顾供水保证率目标的生态调度方案，为最大程度挖掘利用引汉济渭工程水源区的可用水量，充分发挥工程供水、生态等综合效益提供技术支撑。

2 洪水资源利用方式研究

在既定的工程规模条件下，研究供水工程的洪水资源化潜力，具有重要的现实意义。如何协调防洪与兴利之间的矛盾，在保证防洪功能的前提下，充分挖掘调蓄水库的供水潜力，是实现洪水资源化的重要途径。通过对三河口水库断面上游的洪水特征进行统计，分析三河口水库洪水资源利用的可行性，得出如下结论：

（1）根据流域实测暴雨和洪水资料统计特征分析，三河口水库流域以暴雨洪水为主，汛期洪水发生率高，大多集中在主汛期7—9月。因此，三河口水库流域具备汛期分期条件。

（2）根据长系列汛期日降雨资料，采用分形理论法，将三河口水库流域汛期分为前汛期（6月1—30日）和主汛期（7月1日—9月30日）。

（3）按前汛期防洪调度不降低水库防洪标准的原则，通过调洪计算，得出三河口水库前汛期汛限水位最高可抬高至正常蓄水位（643 m）的结论。

（4）通过抬高前汛期汛限水位，最大可在汛前增加有效兴利库容1 500万m3，可利用该部分库容调蓄水库汛期部分洪水资源，以提高供水量及供水保证率。

（5）根据实测径流资料对643 m的前汛期汛限水位方案进行调节计算，可得引汉济渭工程洪水资源化潜力为3 400万m3。

（6）三河口洪水资源开发利用应注重前汛期水库兴利调度，制订详细的兴利调度计划，以充分发挥分期兴利库容的“减弃水，增供水”的作用。

3 生态调度方案研究

基于调洪演算所得到的汛期分期洪水，适当抬高前汛期的汛限水位，综合考虑入库洪水、水库安全运行和下泄洪水减少对下游生态环境用水影响等不确定性因素，基于生态优先（优先保证三河口水库下游生态流量）和供水优先（优先保证城镇生活、工业供水）两种调度方式，模拟了三河口水库调度过程，核算引汉济渭工程10亿m3调水规模下，较基准方案（受允许可调水量限制的黄金峡、三河口水库两库联合调节调水10亿m3、供水满足程度为79%）的变化，得到不同方案经洪水资源化利用后可增加的供水量，评估不同调水方案的供水满足程度。

运用Tennant法分析三河口水库下游河道生态需水量，分别选取多年平均流量的10%（2.71 m3/s）和20%作为生态低流量和生态高流量方案，同时考虑生态优先和供水优先两种调度方式，共组合拟定6个生态调度方案[4]，见表1。

将上述各方案参数输入调度模型，进行长系列兴利调节计算，获取各方案供水过程及水库蓄泄变化，并与设计基准方案进行比较。根据供水满足程度的计算公式，最终得到各个方案对比指标汇总结果，见表2。

由表2可以看出：

（1）供水優先的方案Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ，供受水区水量增加较多，较基准方案分别增加0.28亿、0.29亿、0.26亿m3，供水保证率也有所提高，但生态供水满足程度受到较大影响，仅为40%左右。其中方案Ⅳ（生态低流量需水）通过将前汛期的汛限水位提高至643 m，同时考虑下游生态低流量需水，可增加总供水量2 900万m3，受水区供水满足程度为81.9%，供水满足程度最高，生态供水满足程度在3个方案中也较高。方案Ⅳ实际供水量最高，为供水优先调度方式下洪水资源化利用效果最佳的方案。

（2）生态优先的方案Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ中，方案Ⅰ、Ⅲ供受水区水量较基准方案略有增加，方案Ⅴ较基准方案降低，但生态供水满足程度均有较大提升。其中方案Ⅲ（汛限水位643 m、生态低流量需水）通过将前汛期的汛限水位提高至643 m，同时考虑下游生态低流量需水，可增加总供水量400万m3，受水区供水满足程度80.8%，供水满足程度在3个方案中最高，生态供水满足程度为6个方案中最高。方案Ⅲ为生态优先调度方案下洪水资源化利用效果最佳的方案，同时是所有方案中推荐的最优方案。

（3）方案Ⅴ与方案Ⅵ为生态高流量需水方案，这两个方案均出现较不利指标值。方案Ⅴ（生态优先）供受水区水量最低，供水满足程度最低;方案Ⅵ（供水优先）生态满足程度最低。因此，不推荐将生态流量提高至生态高流量方案。

综合考虑供水及生态用水保障程度，推荐采用洪水资源化方案Ⅲ，即前期汛限水位为643 m、生态低流量需水、生态优先供水方案，该方案下多年平均供水量为10.04亿m3，受水区多年长系列供水保证率为80.8%，生态供水量为0.84亿m3，多年长系列生态流量满足程度为97.5%（生态高约束）和100%（生态低约束）。

4 生态效果比选研究

通过方案Ⅲ与基准方案（引汉济渭既定调水方案）对比分析，评价了方案Ⅲ对三河口水库下游生态的影响，同时分析了该方案对引汉济渭工程受水区供水满足程度的影响，得出以下基本结论。

（1）分析比较推荐方案和基准方案下三河口水库下游逐旬的生态供水量及过程，推荐方案三河口水库下游年均生态供水量和基准方案相比显著增高，增高幅度达34.9%。从长系列过程来看，推荐方案三河口水库下游河道长系列生态供水满足程度为97.5%，和基准方案的68.5%相比显著提高。同时，研究发现推荐方案50%典型平水年和10%典型丰水年的生态供水满足程度均达100%，即使在95%典型枯水年，推荐方案的生态供水保证率也达97.2%。由此说明，三河口水库洪水资源化利用推荐生态调度方案对提升水库下游河道生态环境作用十分显著。

（2）推荐方案下，引汉济渭工程多年平均年供水量为10.04亿m3，和基准方案相比增加了400万m3，增幅仅为0.4%。不过从供水时间过程来看，推荐方案供水量大于基准方案的旬数为35旬，改善了供需过程。总体来看，推荐方案和基准方案相比对引汉济渭工程供水量的提升有一定效果，但从总供水增量来看增幅有限。

5 结 语

（1）根据长系列汛期日降雨资料并结合流域产汇流条件，采用分形理论法，将引汉济渭工程的三河口水库流域汛期分为前汛期和主汛期两个阶段。同时，根据前汛期防洪调度不降低水库防洪标准的原则，通过调洪计算，得出三河口水库前汛期汛限水位最高可抬高至正常蓄水位643 m。

（2）研究认為，将三河口水库前期汛限水位抬高至643 m，且在保证三河口水库下游生态流量2.71 m3/s时，引汉济渭工程受水区多年平均实际供水量为10.04亿m3，供水保证率为80.8%，可以显著提高下游河道生态基流满足程度。在典型枯水年、平水年和丰水年均可以使得三河口下游河道生态基流满足程度达到97.5%，显著提升工程的生态效益。

（3）考虑到未来三河口上游流域来水的不确定性，洪水资源化生态调度方案将给三河口水库前汛期带来一定潜在防洪风险。研究认为，在加强和提升三河口水库上游洪水预报能力（尤其是前汛期）的基础上采用推荐的生态调度方案是更稳妥、更科学的选择。

参考文献：

[1] 王伟，钟永华，雷晓辉，等.引汉济渭工程水源区与受水区丰枯遭遇分析[J].南水北调与水利科技，2012，10（5）：23-36.

[2] 徐国鑫.引汉济渭工程水源区和受水区丰枯遭遇规律分析[J].陕西水利，2017（4）：25-27.

[3] 黄强，赵梦龙，李瑛.水库生态调度研究新进展[J].水力发电学报，2017，36（3）：1-11.

[4] 谭奇林，金弈，董磊华，等.引汉济渭工程洪水资源利用专题研究[R].北京：中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，2019：50-88.

【责任编辑 张华岩】