黑河省际水量调度时段优化研究

薛 飞

（甘肃省张掖市水务局，甘肃张掖734000）

黑河流域水资源供需矛盾突出，迫切需要进一步加强水资源统一调度和管理。目前的调度存在手段单一等问题，主要依靠“全线闭口、集中下泄”的行政手段。如何挖掘调度潜力，即在对作物需水影响不大的情况下尽量延长调度时间，增加正义峡下泄量，不论对完成国务院确定的分水目标还是对中下游地区和谐建设都具有重要意义。

1 黑河流域概况

黑河是我国第二大内陆河，流经青海、甘肃、内蒙古3 个省（区），干流全长928 km。黑河干流莺落峡以上为上游，河道长313 km，为干流主要产流区，干流莺落峡站多年平均年径流量15.8 亿m3。莺落峡至正义峡之间为中游，为径流利用区，河道长204 km，是甘肃省的重要农业区。正义峡以下为下游，河道长411 km，为径流消耗区，是戈壁沙漠围绕天然绿洲的干旱地区[1]。

2 水量调度现状

2.1 中游灌区用水情况

以近期典型年2015 年为例，黑河中游各灌区从黑河干流和梨园河直引口门总引水12.50 亿m3，其中黑河干流11.20 亿m3，梨园河1.30 亿m3。甘州区、临泽县、高台县分别从黑河干流总引水量为5.55 亿m3、2.65 亿m3、3 亿m3，分 别 占49.55%、23.66%、26.79%。黑河干流中游沿岸灌区2015 年灌溉井9 055 眼，年取水量3.44 亿m3。

2.2 黑河水量调度模式

黑河干流水量统一调度主要依据水量调度方案（主要包括年度水量调度方案和月水量调度计划），通过方案和计划编制，明确黑河全年水量调度的目标任务。

年内调度分为非关键调度期和关键调度期调度，非关键调度期是指11 月11 日—次年6 月30日，此期间用水量较大，来水量较少。关键调度期是指7 月1 日—11 月10 日，来水量大，调控空间较大。9 月中游灌溉区作物大都进入成熟期，用水量较少，可实施集中下泄措施。

黑河干流水量统一调度措施主要有全线闭口措施、洪水调度措施、限制引水措施。全线闭口：所有引水口门全部关闭，集中向下游输水，确保闭口期输水效果。洪水调度：根据洪水期间河道渗漏损失小、正义峡下泄比例高的优势，在洪水期可实施调度，当预报莺落峡水文断面流量超过150 m3/s 或中游地区出现有效降水过程灌溉需水量较小时，可采取洪水调度措施。限制引水：根据调度、灌溉实际需求，严格控制中游地区引水量，其余流量全部下泄用于下游灌溉。

2.3 存在的主要问题

2.3.1 调度手段单一 实现黑河水资源的科学调度，需要行政、法律、经济、工程和技术5 项措施共同实施。目前黑河水量调度手段单一的局面仍未从根本上得到改观，依然主要依赖于行政手段，“全线闭口、集中下泄”措施已经发挥到极致，每年关键调度期超过一半时间在实施全线闭口，只能靠增加闭口天数来增加下泄水量。

2.3.2 由于分水曲线自身技术特点，导致丰水年份调水压力增加 《黑河干流水量分配方案》对莺落峡断面多年均值、10%、25%、75%和90%来水保证率情况下对应正义峡断面下泄水量作出了明确规定，当莺落峡来水量超过均值15.8 亿m3时，正义峡断面下泄水量大幅度增加[2]。分水曲线自身技术特点，加大了丰水年份的调度压力，若出现前枯后丰或前平后丰的水情，调度困难更大。

2.3.3 中游地区实施水量统一调度难度逐渐加剧从目前所采取的调度措施来讲，中游目前的调度潜力已全部挖掘，由于受中游灌区刚性需水的影响，丰水年份无法完成调度指标。加上目前中游生态文明建设的需要，中游地区实施水量统一调度的难度逐渐加剧。

3 需水分析

3.1 中游耗水量变化

莺落峡、正义峡不同年代实测径流差值能够大致反映区间地表水耗水量变化。分析发现，区间地表水耗水量自20 世纪80 年代到90 年代呈突然增加趋势，调水后遏制了这种势头，并有所减少。2000 年黑河水量统一调度以来，莺落峡站来水量较多年均值偏多，为18.87 亿m3，区间耗水量为7.83 亿m3，较20 世纪90 年代减少了0.39 亿m3[3]。主要原因在于实施黑河水量统一调度，黑河干流实施“全线闭口、集中下泄”措施，有效控制了中游地区的引水量。

3.2 中游灌溉需水量

经调查，甘州区、临泽县和高台县实际灌溉面积，分析3 个县（区）作物关键需水期降雨量、农业需水量，当灌溉水利用系数为0.49 时，平均综合耗水量为6 510 m3/hm2；当灌溉水利用系数为0.53 时，平均综合耗水量为6 285 m3/hm2。根据张掖市县级行政区2015 年、2020 年、2030 年水资源管理控制指标，2020 年农田灌溉水利用系数目标值0.61，平均综合耗水量约为5 850 m3/hm2。据此测算，2020 年黑河中游地区灌溉需水量约为12.34 亿m3。

3.3 中游作物需水期

中游作物需水在灌溉面积一定的前提下，与种植结构和灌溉制度密切相关。2000 年以前，甘州区、临泽县和高台县3 个县（区）农业生产以小麦、玉米套种的带田为主，水资源供需矛盾十分突出。自2000 年以后，中游限制灌溉规模，压减耗水量大的带田种植比例，制种玉米所占灌溉面积的比例迅速增加。玉米生长灌溉期为5 月15 日—9 月5 日左右，与生态调度以来的调度时段紧密对应。

3.4 下游生态需水分析

下游额济纳绿洲主要植被为乔木、灌木和草本植物，从生长规律来看，乔木、灌木一般在3 月下旬至4 月初芽萌动，草本植物的萌芽期在4 月初，植物发育早期对水分条件十分敏感，因此需要在4 月调水对林场、草场进行灌溉。研究表明：8 月胡杨、苦豆子、骆驼刺的耗水量最大，8 月和9 月草本植物芦苇的耗水量最大。

4 中游调度时段优化

4.1 中游调度时段分析

根据前述调度模式及实施情况分析，黑河水量调度近年来基本确定为春季调度、7 月份调度、8 月份调度和9 月、10 月调度，尤其是2010 年以来，春季调度基本从4 月上旬冰雪融化开始到5 月上旬（春灌开始）结束，时间约为45 d。7 月调度和8 月调度各为9 d 左右，7 月调度和8 月调度一方面是因为中游主要作物玉米正处于拔节期和成熟期，对灌溉水量要求不高；另一方面是此时期来水量占全年比重大，来水流量也大，此外下游生态需水关键期也在8 月，因此也需要该时段调水。9 月、10 月调度一直到10 月25 日（冬灌开始）结束，一方面是中游此阶段是作物成熟期；另一方面下游也需要一定的生态水量为额济纳胡杨节提供保障。经过多年的水量调度实践，加上中游自身通过种植结构调整和灌区灌溉制度制定，已形成水量调度期、作物需水期与下游生态需水期相互适应的格局[2]。

4.2 不同条件对水量调度的影响

洪水过程对调度影响：“全线闭口、集中下泄”期间莺落峡断面洪峰流量350 m3/s 左右时，水流行进速度快，沿程损失小，调度效果显著，下泄比例可达80%～90%；断面流量150 m3/s 以下时，下泄比例低，可调控余地小。降水过程对调度影响：在作物需水一定的情况下，当降水量少时必然需要更多的地表水补给，反之亦然，也就能为闭口措施提供有利条件。秋季3 个月连调：将8 月闭口时间和9 月、10 月闭口时间合并，水量集中下泄，输水效率高。秋季3 个月连调比原来的分开调度平均增泄水量0.13 亿m3。在有利条件下实施3 个月连调对正义峡断面下泄水量有很好的作用。

4.3 调度时段优化方案

黑河春季调度从融冰开始到5 月15 日左右，5月15 日开始需要春灌，该时段不能延长；秋季调度从9 月5 日左右到10 月25 日，由于10 月25 日必须冬灌，该时段也不能再闭口延长调度时长。根据对中游灌区种植结构变化分析和农作物灌溉制度分析以及下游生态需水过程分析可知，在可优化的调度时段上只有7 月、8 月调度有优化空间，可在作物需水空窗期7 月、8 月份强化水量调度。

根据历年水量调度方案，每年7 月7—17 日、8月6—15 日左右集中下泄。中游地区农业用水时间基本与黑河水量调度方案吻合。为满足中游灌区作物需水，可在7 月初、7 月底、8 月初、8 月底引水进行农业灌溉。7 月、8 月闭口时间可前后延长，保证正义峡水量不间断下泄[4]。25%来水保证率下，7 月7—24 日、8 月6—21 日可实施闭口，较现状调度方案延长闭口时间13 d。50%来水保证率下，7 月8—18日、8 月6—16 日可实施闭口，较现状调度方案延长闭口时间2 d。75%来水保证率下，7 月8—18 日、8月6—22 日可实施闭口，较现状调度方案延长闭口时间8 d。

通过分析降水、莺落峡断面来水过程尤其是洪水过程、秋季3 个月连调对正义峡断面下泄水量的影响，在降水与莺落峡断面来水同频或洪水过程时可选择7 月、8 月优化调度。