全椒县襄河生态流量计算与调度

杨 岚

（滁州水文水资源局，安徽 滁州 239000）

1 流域概况

1.1 河流主要支流及拦蓄工程

襄河主要有5 条支流汇入，左岸主要支流有石沛河、新龙河、土桥西河，右岸主要支流有赵店河、东王河。流域内建有大（2）水库1座（黄栗树水库），总库容2.3 033亿m3，控制集雨面积262 km2，占襄河流域面积的36.4%；中型水库两座：赵店水库和土桥水库，流域面积分别为32 km2、37 km2，总库容3 262.5 km3，另有32座小型水库，总控制集雨面积约156 km2，总库容3 699.6万m3。水库群建成，调节拦蓄了襄河大量的水量，不仅大大提高了襄河中下游的防洪标准，而且还起到了辅助襄河干流蓄洪的作用。

襄河上主要建有城北一级泵站（装机6台，装机流量21.04 m3/s，装机功率1240 kW，设计扬程2.8 m）、襄河排涝（装机8 台，装机流量2.1 m3/s，装机功率450 kW，设计扬程12 m）、龙江排涝（装机6台，装机流量17.0 m3/s，装机功率1080 kW，设计扬程3 m）、王村排涝（装机1台，装机流量0.32 m3/s，装机功率55 kW，设计扬程8 m）、郭村排涝（装机2台，装机流量1.24 m3/s，装机功率180 kW，设计扬程9.5 m）、何柳排涝（装机2 台，装机流量1.25 m3/s，装机功率185 kW，设计扬程10.8 m）、秦村排涝泵站（装机3台，装机流量2.5 m3/s，装机功率225 kW，设计扬程5 m）。

1.2 水资源状况

根据滁州市水资源公报，整理分析得出2007—2020年全椒县水资源量系列成果（见图1）。2007—2020年全椒县平均地表水资源量为6.48亿m3，地下水资源量为1.17亿m3，地表水与地下水重复量1.08亿m3，水资源总量为6.57 亿m3。可见全椒县主要为地表水资源，地下水资源贫乏。

图1 2007-2020年全椒县水资源量

1.3 流域水资源及开发利用现状

根据《2020年滁州市水资源公报》，2020年全椒县水资源概况为：全县平均降水量1 456.0 mm，降水折合水量22.829 亿m3，全县水资源总量11.126 亿m3，其中地表水资源量10.592 亿m3，地下水资源量1.579 亿m3，重复计算量1.045 亿m3，全县人均水资源量2 785.8 m3。

根据全椒县2007—2020 年14 年平均的水资源总量以及同期平均的当地水资源供水量的分析计算，全椒县水资源开发利用率为45%，地下水资源开发利用率为21%，当地水资源开发利用潜力有限。与安徽省江淮地区的许多县市相似，全椒县综合用水水平及城乡居民人均生活用水量指标较低，农业灌溉效率和工业用水循环利用水平也不高，用水水平与国内外先进水平相比还有较大差距。总体而言，虽然近些年来，随着产业布局和经济结构调整、技术进步与产业升级及用水管理和节水水平不断提高，全椒县水资源利用水平与效率在不断提高，但水资源利用方式还很粗放，节水减排工作任重而道远。2020年全椒县用水组成见图2。

图2 2020年全椒县用水组成

2 主要水生态问题

（1）拦蓄控制面积过大。水库、闸坝在防洪、灌溉、供水、发电等方面发挥了巨大的社会经济效益，但也在一定程度上对河流生态系统产生负面影响。长期以来，人们对河流水资源的开发利用主要考虑农业、工业和生活等方面的需求，而忽视了维持河流水生态系统平衡对河流水量、水质的需求，对河流生态系统的干扰程度不断提高，河道水量日益减少甚至断流，污染及生态环境退化日益严重。襄河上游为山丘区，河道坡降大，汇流历时短，洪峰流量大；下游河道坡降平缓，设计标准低，过流断面小，再加上滁河干流水位的顶托，洪水下泄缓慢；襄河上游地貌为低山高丘区地形，岗冲相间，山峦起伏，耕地率大致为30%～50%，流域植被良好，山坡多为人工针叶林，郁郁葱葱，流域中上游森林覆盖率30%以上，有少量基岩裸露。

（2）河道控制工程阻断。襄河流域有大中型水库3座，小型水库32座，各级支流8条。襄河主源汇薛家河、昌家湾河、蒋家河之水于黄栗树水库，其它中小型水库散布在8条各级支流上。部分河段由于非汛期流量较小，水深较小，难以满足水生动、植物生存条件，严重影响了河湖健康。

（3）水资源过度开发。上述流域内大中型水库3座，其中1座省级重要饮用水源地（黄栗树水库），流域内农业种植面积大，灌溉需水量大；流域内各县、区、乡镇迅速发展，工业化用水量持续攀升等等，经济发展、人口和乡镇城市化与匮乏的水资源矛盾日益尖锐。致使流域内水资源处于过度开发状况。

（4）未建立河道生态水量调度制度。襄河长期处于过度开发状况，过去对河道管理处于放任状态，未能建立有效的监测与管理调度机制。近年来，随着人们保护生态环境和维护生物多样性意识的增强，人们认识到在水资源的开发利用中必须维持河道一定的流量，河流生态需水量研究，已成为当前的一个热点问题。

（5）水环境恶化。过度的开发利用，河道长期得不到水源补充，水位持续处于低水位，河道自净能力降低，襄河曾经一度被称为“臭水沟”，一年之中有3/4时间处于劣Ⅴ类水质。随着近年政府对水环境治理的重视、“一河一策”河长制落实，襄河水质发生巨大变化。

3 生态流量分析计算

根据实地勘测和资料收集情况，选取襄河可操作性强的3个控制断面，各断面信息见表1。

表1 各断面信息

根据区域内现有的水文资料情况，本次生态流量计算采用多年平均流量的10%（蒙大拿法）、90%保证率最枯月平均流量法和湿周法3种方法。

按照月平均流量系列，即年、汛期（5～9月）、非汛期（1～4 月，10～12 月）平均流量的10%、10%、10%计算，或90%保证率最枯月平均流量法分析估算。

对于无水文测站的断面，需要借用其他流域的计算结果，由于流量与流域面积关系密切，将黄栗树水库和全椒站的年、汛期、非汛期多年平均流量的10%和90%保证率最枯平均流量与流域面积建立相关关系，根据相关断面的流域面积，计算得各断面生态流量[1]。10%年平均流量公式为y=0.0 008x+0.0 482（式中y为流量，x为面积），10%汛期平均流量公式为y=0.0 014x-0.0 260，10%非汛期平均流量公式为y=0.00 036x+0.0 390。

参照《安徽省水资源调查评价》《安徽省水资源综合规划》、“淮河流域主要河流水量分配方案”等已有成果，分析确定最小生态流量。

3.1 计算方法

本次使用系列年资料截至2019年，2020年全椒县境内发生超历史洪水，洪水期间破圩泄洪，对于计算襄河生态流量意义不大，故不计入本次计算范畴。

3.1.1 蒙大拿法

蒙大拿法考虑我县水资源供需实际情况，选择第7 级别（栖息地、最小）作为计算标准即取河流生态用水流量占多年平均流量的百分比为汛期10%、非汛期10%、全年10%。

（1）黄栗树水库溢洪道断面。黄栗树水库溢洪道断面无流量资料，该处流域面积为262 km2，采用相关公式计算平均流量及生态流量，计算结果：多年平均流量为2.43 m3/s，汛期平均流量为4.15 m3/s，非汛期平均流量为0.77 m3/s；其中生态流量：汛期（10%）为0.42 m3/s、非汛期（10%）为0.08 m3/s、全年（10%）为0.24 m3/s。

（2）X032襄河公路桥上游60 m断面。X032襄河公路桥上游60 m断面无流量资料，该处流域面积为384 km2，采用相关公式计算生态流量，计算结果：多年平均流量为3.56 m3/s，汛期平均流量为6.09 m3/s，非汛期平均流量为1.12 m3/s；其中生态流量：汛期（10%）为0.61 m3/s、非汛期（10%）为0.11 m3/s、全年（10%）为0.36 m3/s。

（3）全椒水文站流量测验断面。全椒水文站于2016 年投入使用，资料系列短，不足以支撑本次计算结果，但由于襄河上下游关系较好，缺失年份可采用相关公式计算其生态流量。根据全椒水文站2016—2019 年流量实测资料计算分析，4 年平均流量为6.98 m3/s，汛期平均流量为7.64 m3/s，非汛期平均流量为5.17 m3/s。生态流量：汛期（10%）为0.76 m3/s、非汛期（10%）为0.52 m3/s、全年（10%）为0.70 m3/s。1980—2015年系列资料由上下游关系计算推得，该处流域面积为685 km2，采用相关公式计算生态流量，多年平均流量为6.79 m3/s，汛期平均流量为8.96 m3/s，非汛期平均流量为2.00 m3/s。生态流量：汛期（10%）为0.90 m3/s、非汛期（10%）为0.20 m3/s、全年（10%）为0.68 m3/s。综合分析，全椒水文站1980-2019 年流量资料分析，多年平均流量为6.89 m3/s，汛期平均流量为8.30 m3/s，非汛期平均流量为3.59 m3/s。生态流量：汛期（10%）为0.83 m3/s、非汛期（10%）为0.36 m3/s，全年（10%）为0.69 m3/s。

3.1.2 90%保证率最枯月平均流量法

结合当前流量资料及襄河实际情况，使用90%保证率年最小月平均流量作为生态流量计算结果无实际意义，故本次将90%保证率最枯月平均流量法进行改进，充分保证河道生态流量。采用的流量为天然流量，此生态流量为维持河道基本形态、防止河道断流、避免河流水生生物群落遭到无法恢复的破坏所需的最小流量[2]。

襄河黄栗树水库下X032 襄河公路桥无流量站点，属于无资料地区，全椒水文站建站时间较短，系列资料不足，需要借用黄栗树站点的计算结果。由于流量与流域面积关系密切，将黄栗树水库站计算的90%保证率平均流量与流域面积建立相关关系，根据襄河相关断面流域面积，计算得襄河下游各断面生态流量，相关关系计算公式为：y=0.0 013x+0.0 615。

（1）黄栗树水库溢洪道断面。选取1980-2019年月平均流量进行统计分析，在90%保证率情况下，月平均流量为0.80 m3/s。

（2）X032 襄河公路桥上游60 m 断面。由于X032襄河公路桥上游60 m断面与黄栗树水库站溢洪道断面流量面积关系较好，根据面积流量关系得出X032 襄河公路桥上游60 m 断面流量，在90%保证率情况下，月平均流量为0.90 m3/s。

（3）全椒水文站流量测验断面。根据面积流量关系得出全椒水文站流量测验断面流量，在90%保证率情况下，最小月平均流量为1.10 m3/s。

3.1.3 湿周法

湿周流量关系曲线是河流断面几何形态、流量和水深的函数。根据曼宁公式和谢才公式（假设河流为明渠恒定均匀流），可得湿周流量关系为：

式中：Q为流量，m3/s；n为糙率；A为断面面积，m2；S为水面比降；P为湿周，m。

天然河道可以有相当不规则的几何形状，但它可以接近地用矩形、梯形、三角形以及抛物线形等断面来近似表达。根据不同河流断面形态，得出具体湿周流量关系曲线（见表2）。

表2 不同形状河流断面湿周流量关系[3]

为消除确定变化点时坐标轴比例的影响，本文将流量和湿周无量纲化，分别取相对值Q′、P′，即

根据实地勘测，对襄河3个断面进行了测量，各流量测验断面及流量湿周关系图见图3。

图3 各流量测验断面及流量湿周关系图

利用现有资料，用湿周法计算生态流量，计算结果：黄栗树水库溢洪道断面生态流量0.26 m3/s、X032襄河公路桥上游60 m断面生态流量0.33 m3/s，全椒水文站流量测验断面生态流量0.81 m3/s。

3.2 成果比较

3.2.1 3种方法成果比较

通过以上3 种方法，计算出各控制断面生态流量（见表3）。

表3 襄河各控制断面生态流量计算结果表

由表3 可以看出，蒙大拿法与湿周法计算的3个断面生态流量比较接近，90%保证率最枯月平均流量法计算的3个断面生态流量与另外两种方法的计算成果相差较大。

3.2.2 与其他相关报告成果比较

《大滁城供水规划报告》（安徽省水利水电勘测设计院2012年编）的计算成果见表4。

表4 各保证率条件下河道生态需水量计算成果

与《大滁城供水规划报告》中襄河黄栗树水库坝下至干流全城段90%保证率下生态基流0.69 m3/s比较，上述计算中蒙大拿法相较湿周法分汛期、非汛期调控河道生态流量，较为符合襄河现状河道管理的模式，且蒙大拿法计算的全椒水文站全年生态流量0.69 m3/s 与《大滁城供水规划报告》计算的襄河干流黄栗树水库坝下—干流全城段生态流量0.69 m3/s 成果相符，故本次生态流量采用蒙大拿法计算成果。

3.3 生态流量的确定

3 个断面的控制指标分别为：黄栗树水库溢洪道断面最小生态流量0.24 m3/s、旬控制水量20.74万m3；X032 襄河公路桥上游60 m 断面最小生态流量0.36 m3/s、旬控制水量31.10 万m3；全椒水文站流量测验断面最小生态流量0.69 m3/s、旬控制水量59.62万m3。

生态流量主要依据实测流量计算，受水利工程影响较大。由于襄河境内水利工程较多，蓄水能力较强，可调节能力好，同时也是依据襄河生态建设的实际需要，建议按蒙大拿法计算的流量作为襄河的生态基流。

4 监测和调度

为了保障生态流量，实现襄河3 个控制断面流量能够达到其最小生态流量的要求，建议以河流主要水库、闸坝断面为关键节点，综合纳污、防洪、灌溉等功能需求，开展生态流量监测，强化水库、闸坝调度管理，合理制定水库、闸坝调度方案，维护河道生态功能。

4.1 控制指标

考虑当地水资源丰富程度、闸坝的调蓄能力以及目前水文监测能力，建议采用旬水量进行控制。考虑沿途工业、居民生活取水，需在上断面加大放水量。

4.2 监测方案

为满足生态流量控制管理，应布设必要的生态流量控制断面，新建流量自动测报系统，加强对生态流量的监控。

4.2.1 监测方案

结合各断面现有流量监测方式、流量测验仪器设备配备现状，提出流量监测方式、增加水位及流量测验仪器的建议方案（见表5）。

表5 各断面建议监测方案

4.2.2 建立生态流量信息平台

建立全椒县生态流量信息平台，与滁州市生态流量信息平台联网。建设生态流量信息实时监控系统，配置信息平台硬件设备，开发管理软件，配置网络与安全设备，完善计算机网络与安全保障体系；配置存储设备，完善和提高数据存储能力；配置服务器，提供数据库和应用系统运行硬件环境；配置商业软件，提供系统运行支撑环境；配备相关调度会商设备，满足水资源调度会商环境的需要。

4.3 调度方案

合理制定主要河流生态流量的调度方案，总体上按旬控制、按月通报。加强生态流量监测，建立生态流量实时监测预警机制，在干旱季节，当实时流量小于生态基流控制流量时，适当限制生产用水，开闸放水，满足旬生态水量需求。

建议将襄河生态流量控制指标纳入黄栗树水库、赵店水库、上石坝水库灌溉水量分配中。黄栗树水库有生态放水底洞，无需重建，赵店水库、上石坝水库可以利用灌溉渠放水，在渠道接近河道位置处建设引放水设施，建议安装在线监控，襄河周边小水库群可作为临时补给供应站。

（1）黄栗树水库溢洪道断面最小生态流量0.24 m3/s。2019 年遭遇自1978 年以来最严重的旱情，“引江入滁”抗旱调水工程现已建成，通过驷马山引江工程提引长江水到滁河取水口，再利用现有泵站逐级提水进全椒新龙河，为全椒县二水厂和滁州市三水厂供水，日供水约20万t。在枯水年份或月份，可分担黄栗树水库人饮工程供水的需求。故生态流量保持在0.24 m3/s是可行的。

（2）X032 襄河公路桥上游60 m 断面最小生态流量0.36 m3/s。在保证黄栗树水库站溢洪道断面的生态流量基础上。石沛河上游小（1）型上石坝（集水面积20 km2，总库容925 万m3）、小（2）型中石坝、乌鸦水库等以灌溉为主，结合防洪、养殖效益的小水库群，可以保证0.12 m3/s生态流量。

（3）全椒水文站流量测验断面最小生态流量0.69 m3/s。断面以上有新龙河、赵店河、东王河，其中新龙河上游及周边有长洼、兴云、耿桥等小水库可供蓄水调配，东王河上游及周边有朱洼、神山等小二型水库可联调联动，赵店河上游中型水库赵店水库可补充供水。干旱年份有两套方案可供补充区间内生态用水：①方案一，引滁河水经赵店水库入襄河，这部分调水同时可作为赵店河入襄河河口至新襄河闸闸上区间的生态用水，同时下游有土桥西河汇入襄河，可补充部分区间生态流量，基本满足区间0.33 m3/s 生态需求；②方案二，考虑利用全椒县污水处理厂的中水回用，全椒县污水处理厂出水口入襄河，距全椒水文站流量测验断面约5.0 km。污水处理厂经2018—2019年提升改造，目前已达到日处理10 万m3/d，利用中水回用，节省优质水为他用，可以满足0.33 m3/s 区间生态需水。综上所述，能够满足全椒水文站流量测验断面及下游至襄河入滁河口段枯水年份最小0.33 m3/s 流量生态补水的需求。

在放水过程中，要充分考虑沿途居民生活用水、工业用水、农业用水及输水损失等因素，当下一个断面达不到生态用水需求时，上游要加大放水量，满足下游生态用水需求。