基于生态优先的韩江高陂水利枢纽水量调度分析与探讨

2021-06-29刘海洋

广东水利水电 2021年6期

刘海洋

(广东省水利水电技术中心，广东广州 510635)

韩江高陂水利枢纽位于韩江流域中下游大埔县高陂镇附近(见图1)，坝址以上集水面积为26 590 km2，枢纽于2021年1月下闸蓄水，兴利库容为9 390万m3，主要任务是以防洪、供水为主，兼顾发电、航运等综合利用[1]。韩江高陂水利枢纽即将建成，通过枢纽的调蓄作用，还可提高韩江下游地区的供水保证率，缓解水资源供需矛盾，惠及约750万人，同时改善韩江干流的航运条件和河道生态环境。同时，韩江下游流域外供水工程的实施，韩江榕江练江水系连通工程提出在韩江流量大于300 m3/s时进行生态补水，下游用水需求发生了较大变化，水量调度将面临严峻考验。

图1 韩江高陂水利枢纽位置示意

2020年11月韩江潮州段进入全国首批17个示范河湖建设名单，提出构建防洪保安全、优良水资源、健康水生态、宜居水环境、先进水文化“五大体系”，对韩江水生态提出了更高要求。

1 韩江流域基本概况

粤东地区最大的韩江流域，位于粤东、闽西南地区，流域范围包括广东、福建、江西3省。韩江干流长为470 km，流域面积为30 112 km2，其中汀江为11 802 km2，梅江为13 929 km2，韩江干流(三河坝—潮安)为 3 346 km2，韩江三角洲(潮安以下)为1 035 km2，韩江高陂水利枢纽坝址—潮安站区间为2 487 km2。

韩江流域水资源总量丰富，但年内分配不均，上游缺少控制性水利枢纽，下游沿海地区地势平坦，蓄水条件不足，难以调节枯水期水量。近年来，韩江流域出现了较为严重的旱情，2009年秋冬，根据潮安站实测资料，全年有44 d满足不了下游现状供水要求，供水形势十分严峻，生产生活用水在不同程度上挤占了河道内生态环境用水。韩江高陂水利枢纽于2015年开工建设，建成后将调节枯水径流能力，尽可能满足韩江下游及三角洲的需水要求。

1.1 流域内其他主要工程

永定(棉花滩)水库于2002年建成蓄水，是以发电、防洪为主的电站，水库兴利库容为11.22亿m3，是不完全年调节水库。由于不承担调蓄下游水资源调配的任务，下游无水库反调节，发电调度与供水需水时间不同步对下游供水有一定影响。

潮州供水枢纽于2005年下闸蓄水，调节库容为2 900万m3，主要任务是调节东、西、北溪的水量分配，远期配合永定(棉花滩)、高陂水利枢纽联合运用，合理调配水资源。

韩江下游五闸(梅溪桥闸、下埔桥闸、外砂桥闸、莲阳桥闸和东里桥闸)的主要作用是维持正常蓄水位，起到挡咸蓄淡的作用，同时保证各取水口的取水水位。五闸内可调节库容仅为3 700万m3，对特枯年份，在潮州供水枢纽降至死水位为8.5 m时，仍不能满足下游用水要求的情况下，河口五闸内可调节库容作为特枯年份的应急供水库容。

1.2 流域外引调水工程

流域外引调水工程包括揭阳引韩工程、引韩济饶工程、潮阳市引韩供水工程和南澳供水工程，合计引调生产生活水量达7.65亿m3(见表1)。韩江榕江练江水系连通工程实施后，利用丰水期余水对榕江支流枫江进行生态补水，生态补水规模为30 m3/s，计算多年平均取水量为6.373亿m3。

表1 流域外引调水工程2030年P=90%的引调水量万m3

2 韩江下游生态流量分析

生态流量是生态调度的重要依据。潮安站控制流域面积为韩江流域面积的96.6%，本次以韩江下游潮安站为参证断面，对韩江下游生态流量进行分析。采用潮安站资料系列，分别以排频法、近10 a最枯月平均流量法、蒙大拿法、历时曲线法等多种方法进行分析计算(成果见表2)。

表2 采用多方法计算河道内生态流量

综合《河湖生态需水评估导则(试行)》(SL/Z 479—2010)《水工程规划设计生态指标体系与应用指导意见》《河湖生态环境需水计算规范》等及相关规划考虑，韩江属于南方河流，生态环境流量应不小于90%保证率最枯月平均流量和多年平均天然径流量的10%两者之间的大值。根据流量资料分析，潮安站多年平均流量为777.0 m3/s，多年平均天然径流量的10%即为77.7 m3/s；按最小月流量排频，90%保证率最枯月平均流量为128 m3/s。因此，取大值，潮安断面生态环境流量为128 m3/s。

3 生态调度[2-5]

3.1 水库调节特性

韩江流域仅福建永定(棉花滩)水库和韩江高陂水利枢纽具有径流调节功能，潮州供水枢纽调节库容很小，在韩江流域供水布局里定位为调配东、西、北溪的水量。

永定(棉花滩)水库控制汀江集水面积7 907 km2，正常蓄水位173 m，兴利库容占坝址多年平均径流73.2亿m3的15.3%，是不完全年调节水库。

韩江高陂水利枢纽正常蓄水位38 m，兴利库容占坝址多年平均径流224亿m3的0.42%，仅具有日调节能力。

3.2 设计条件

1) 设计来水条件：永定(棉花滩)水库兴利库容较大，但主要任务是发电、防洪，其调度方式对生态流量保障有一定的影响，本次通过以下3种来水条件进行考虑[1]。

来水系列①：永定(棉花滩)按设计调度图调度；

来水系列②：永定(棉花滩)按实际发电调度；

来水系列③：永定(棉花滩)实际发电调度并考虑日最小下泄流量。

来水系列①考虑永定(棉花滩)按设计调度图调度可以产生的作用；来水系列②考虑永定(棉花滩)水电站实际调度情况可能存在的问题和风险；来水系列③是考虑在日益严格的水资源管理制度下[9]，汀江闽粤交界断面按日最小下泄流量控制时对供水调节的改善。

2) 各类用水的设计保证率及优先序：生活、工业用水保证率按P=97%，农业用水保证率按P=90%。首先满足生活、工业用水，其次满足农业灌溉用水。

3) 生态调度：高陂水利枢纽在枯水年枯水季通过调配，潮安控制断面日平均流量不小于128 m3/s。

3.3 生态调度成果

经韩江高陂水利枢纽调节后，3种来水条件下各类用水的设计保证率基本能保障。在超出设计保证率的情况下，对各类用水进行削减，保障河道内生态流量。从表3可知：当永定(棉花滩)水库按调度图调度情况下，农业灌溉用水削减程度为20%，工业用水削减程度为14%，才能保障河道内生态用水。自永定(棉花滩)水库建设运行以来，其实际调度对保障河道内生态用水更为有利。根据《韩江流域水量分配方案》，控制汀江闽粤交界断面最小日均下泄流量为21.3 m3/s，若永定(棉花滩)水库调节保证交界断面下泄流量，河道外需水和河道内生态流量均能得到满足。

表3 不同来水条件下的用水削减程度

4 分析与探讨

4.1 韩江高陂水利枢纽的建成，对韩江下游生态调度具有一定的作用

根据韩江高陂调节库容和下游及三角洲流域内外用(取)水，水资源综合平衡后在基本满足下游需水的同时，使潮安控制断面于枯水年枯水季保持于河道日流量为128 m3/s，在枯水年枯水季P≤90%保持潮安控制断面和其下游河道使水生态环境系统免于破坏，同时提高P>90%各级保证率日均流量，P=95%的日流量增加9 m3/s，P=97%日流量增加22 m3/s，P=99%日流量增加52 m3/s。在永定(棉花滩)实际调度下，经高陂枢纽调节后，可使潮安站控制断面最枯月流量由119 m3/s提高到150 m3/s，大于P=90%的最枯月流量128 m3/s。

4.2 韩江流域水资源开发利用，流域生态流量保障面临挑战

1) 韩江流域由于经济社会发展相对落后，因此，水资源开发利用相对较低。但由于年际和年内来水变化和变幅较大，枯水年、枯水季水资源供需矛盾较突出。

2) 流域内干流除已建永定(棉花滩)和在建的韩江高陂水利枢纽外，均为无调节的低水头径流水电梯级，不具备调蓄水资源的能力，但水电梯级基本渠化了干流，枯水年、枯水季河道水位得到很大改善和保障[11]。支流上大中型水库控制的流域面积小，仅为潮安站集水面积的10%左右，主要作用于所在支流，对干流水资源调蓄作用可以忽略。

3) 下游流域外粤东与汕头潮阳、南澳，潮州的饶平，揭阳的揭东及揭阳市区等因水环境污染严重或资源性缺水，要求从韩江取水量和范围不断扩大，加上广东加快粤东、西、北的发展，国家推动赣闽粤原中央苏区振兴发展，水资源供需矛盾将日益突出。

4) 韩江高陂因库区淹没的制约，正常蓄水位降低，供水兴利调节库容减少1.0亿m3，调蓄能力降低。

4.3 永定(棉花滩)水库调度的不确定性，给保障潮安站生态环境流量带来了风险

汀江永定(棉花滩)水库是福建省电力系统调峰电站，没有供水任务，月内出库流量变化大，变幅大，调节径流能力减弱。永定(棉花滩)水库调度的不确定性，给保障潮安站生态环境流量带来了风险。从生态调度成果可以看出，受永定(棉花滩)水库调度的影响，枯水段对生产生活用水的削减程度不一样，实际情况可能会导致生产用水不同程度地挤占河道内生态用水。

福建省若实施西水东济工程(拟调水35 m3/s)，则枯水年、枯水季下泄水资源减少，将加剧下游水资源供需矛盾和潮安断面生态流量目标的实现。因此，必须保证永定(棉花滩)水库下泄流量，即闽粤交界断面流量，才能保障潮安站断面的生态环境流量。

4.4 韩江流域外引调水工程实施后，加强水资源管理是保障河道生态安全的关键

韩江下游现状需水量约为15亿m3，预测水平年需水量加上韩江榕江练江水系连通工程生态补水量，年需水量将增加近1倍，基本上为流域外引调水；韩江高陂水利枢纽下游涉及梅州、潮州、揭阳和汕头等4个地市的用水，取水点分散；以上对韩江流域水资源管理和水量调度提出了更高要求。

水资源管理必须服从流域统一管理和调度[12]，完善和健全水资源监控体系，特别是流域外引调水工程取水计量设施，实行总量控制和分期控制，做好流域取水管控。当韩江流域遭遇枯水年时，宜根据受水区的来水情况，适量调整流域外引调水总量。流域外生态补水要在确保韩江流域内生活生产用水、流域外引调水得到保障和生态持续健康的前提下，通过优化调度适时适量进行生态补水，在动用韩江高陂水利枢纽库容调节的枯水时段，应谨慎启动生态补水；正常年份尽量控制潮州供水枢纽及下游五闸蓄水水位，保障正常取水和生态水位，特枯年水量应急调度才能分别启用调节库容。

加强地市间重要控制断面、水功能区和水质水量监测能力，加快应急监测和调度能力建设，全面提高流域水资源监控、预警和管理能力，确保韩江潮州段供水安全和生态流量稳定达标。