永定河山区河流生态水量现状及亏缺原因分析

王立明,李文君

永定河山区河流生态水量现状及亏缺原因分析

王立明1,李文君2

（1.海河水利委员会水资源保护科学研究所，天津300170；2.海河水利委员会水资源保护局，天津300170）

以永定河山区河流为研究对象，根据河流生态功能定位，确定了山区河流生态需水量，分析了生态水量现状满足程度及亏缺的原因，提出相应的生态水量保障措施。

生态修复；生态需水量；评价；山区；永定河

1 引言

永定河是海河流域重要河流之一，贯穿京津冀地区核心区，是京津冀地区重要水源涵养区、生态屏障和生态廊道，目前存在水资源过度开发、水污染严重、河道断流干涸、生态系统退化等突出问题，严重制约了京津冀地区经济社会的健康发展。《京津冀协同发展规划纲要》明确提出，要推进永定河等“六河五湖”生态治理与修复，打造绿色生态河流廊道，是京津冀协同发展在生态领域率先实现突破的着力点，对改善区域生态环境具有重要的引领示范作用。

保障生态需水量是恢复河流生态功能、维持河流生态健康、打造河流生态廊道的关键因素。永定河流域山区面积为4.51×104km2，占流域面积的95.8%，是主要的产汇流区。合理确定山区河流生态需水量，分析生态水量现状及亏缺的原因，提出相应的保障措施，对于永定河生态治理与修复具有重要意义。

2 生态需水量计算

河流生态需水量是为维持河流生态环境功能而需要保留在河道内的水量。其中，维持河流生态环境功能不丧失所需要的最小水量为基本生态环境需水量，保障河流生态环境功能正常发挥所需要的水量为目标生态环境需水量。

国务院批复的《海河流域综合规划（2012—2030年）》，从水量、水质和生境3个要素上明确了永定河生态功能定位，山区段应维持良好生境功能，平原段应恢复水体连通和景观环境功能，滨海段维持一定入海水量。本文以生态功能定位为基础，按照山区河流保障基流的思路，计算了生态需水量。

2.1 控制节点和计算方法

永定河流域上游桑干河、洋河两大支流在河北省怀来县朱官屯汇合后称永定河，永定河下行10余km入官厅水库，经官厅山峡段于北京市三家店进入平原区。

本文选取永定河流域山区具有代表性的水文控制断面、重要水利工程控制断面、省界控制断面作为生态需水量计算节点，采用1956—2010年径流资料，结合永定河水文特性及水资源状况，采用Tennant法计算了山区河流重要节点基本生态需水量。永定河生态需水量控制站选取情况，见表1。

表1 永定河生态需水量控制站

Tennant法依据历史水文资料建立流量（径流量）与河流生态环境状况之间关系，通过设定不同生态环境状况等级，利用历史水文资料确定年内不同时段的生态需水量。河道内不同生态环境状况与流量对应情况，见表2[1]。

表2 河道内不同生态环境状况与流量对应情况

2.2 生态需水量计算成果

永定河流域山区降水量主要集中在汛期6—9月，该时段降雨量占全年降水量的76%[2]，为年内丰水时段；非汛期10月至次年5月为年内枯水时段。选取汛期多年平均天然径流量的20%、非汛期多年平均天然径流量的10%作为基本生态需水量。

本文采用重要节点的1956—2010年系列月天然径流量资料绘制频率曲线，计算多年平均径流量和生态需水量年内不同时段值和全年值。石匣里断面天然径流量变化趋势、1956—2010年径流量频率曲线如图1—2所示，响水堡断面天然径流量变化趋势、1956—2010年径流量频率曲线如图3—4所示，官厅水库断面天然径流量变化趋势、1956—2010年径流量频率曲线如图5—6所示。

图1 石匣里断面天然径流量变化趋势

图2 石匣里1956-2010年径流量频率曲线

图3 响水堡断面天然径流量变化趋势

图4 响水堡1956-2010年径流量频率曲线

图5 官厅水库断面天然径流量变化趋势

图6 官厅水库1956-2010年径流量频率曲线

永定河流域山区桑干河、洋河、永定河山峡段（官厅水库—三家店）采用Tennant法计算桑干河册田水库、石匣里，洋河响水堡，永定河官厅水库控制站生态需水量分别为0.79×108、1.33×108、0.89×108、2.44×108m3。Tennant法生态环境需水量计算成果，见表3。

表3 Tennant法生态环境需水量计算成果

3 生态水量现状

本文选取各主要控制站的2001—2015年实测水量，以实测水量平均值作为现状生态水量，与生态需水量比较后得出控制站生态水量现状亏缺量。永定河流域山区各控制站不同时段生态水量亏缺量，见表4—6。

表4 现状年全年永定河各控制站生态水量亏缺量

表5 现状年汛期永定河各控制站生态水量亏缺量

表6 现状年非汛期永定河各控制站生态水量亏缺量

永定河流域山区主要支流桑干河、洋河、永定河山峡段（官厅水库—三家店）生态水量处于较为严重的亏缺状态，全年生态水量亏缺在17.36%～67.98%，汛期生态水量亏缺在63.62%～90.49%，非汛期桑干河、洋河生态水量不亏缺，仅官厅水库控制站亏缺27.19%。非汛期永定河官厅水库上游桑干河、洋河生态水量不亏缺，与《21世纪初期首都水资源可持续利用规划》项目实施以来山西、河北省每年10月份左右向官厅水库集中输水有关。

4 生态水量亏缺原因分析

4.1 水资源禀赋差

永定河流域山区1956—2010年年均降水量为401.9 mm[2]，年均水资源总量为26.61×108m3，其中地表水资源量14.43×108m3、地下水资源量20.01×108m3、重复量7.83×108m3。受气候变化等因素的影响，永定河流域山区地表径流量呈逐渐减少的趋势，20世纪70年代以前平均降水量为443 mm，天然径流量为19.71×108m3；2001—2014年年降水量减少到391 mm，天然径流量减少到8.39×108m3，与1956—2010年的14.43×108m3相比下降41.9%。永定河流域山区不同年代降水量、径流量对比情况，见表7。

表7 永定河流域山区不同年代降水量、径流量对比

永定河流域山区水资源禀赋差，远低于海河流域多年平均年降水量535 mm，同时2001—2014年山区地表径流量呈逐渐减少的趋势，生产生活用水与河流生态用水之间的矛盾是导致河流生态水量亏缺的根本原因。

4.2 开发利用率高

永定河流域山区2001—2014年年均水资源总量为21.02×108m3，供水总量为20.32×108m3（含官厅水库向北京市供水量），水资源开发利用率高达97%。其中，地表水资源量为8.39×108m3，供水量为7.47×108m3，地表水开发利用率高达89%，远远超过40%的上限。

永定河流域山区年均总用水量为20.15×108m3，其中生活生产用水6×108m3、农业用水13.96×108m3，农业用水占用水总量的69.3%。据统计，永定河上游地区有大中型灌区32处，其中大(2)型灌区5处、中型灌区6处，设计灌溉面积18.45万hm2，有效灌溉面积15.48万hm2，每年农业总用水量约8.05×108m3(含地下水与地表水)[3]。

永定河流域山区经济社会的快速发展，对水资源的需求较大，2001—2014年地表水供水量为6.77×108m3，占地表水资源量的80.7%，大规模河道外用水是导致河流生态水量亏缺的直接原因。

4.3 人工调控能力强

为减少水土流失，20世纪60—70年代，上游地区开展了农林、水利、水土保持相结合和治坡、治沟相结合的流域综合治理工程，修建滞洪水库和支流水库，引洪淤灌，加强河道治理、植树造林、梯田建设等。目前，永定河流域山区有大型水库3座，分别为册田、友谊和官厅水库；中型水库20座，小型水库175座，塘坝539座。流域水库总库容达到56×108m3，是水资源总量2.67倍，水库及塘坝现状总供水能力为7.67× 108m3[4]。

流域年内降水主要集中在6—9月，占全年降水量的76%，汛期各类水库塘坝拦蓄洪水，由于缺乏生态水量统一调度，人为的调控是汛期生态水量亏缺的直接原因。

5 措施和建议

5.1 继续深挖农业节水潜力

农业用水量占永定河官厅水库上游地区总用水量的69%，是未来节水的重点。为缓解北京水资源短缺状况，2003年国家实施了《21世纪初期首都水资源可持续利用规划》，在官厅水库上游兴建了一批农业节水重点项目，涉及大中型灌区41处，增加农业节水面积9.79×104hm2，农业节水能力为2.18×108m3，如张家口市新增节水灌溉面积4.4×104hm2，灌区灌溉水利用系数由0.4提高到0.6以上，减少了灌区引水量，年少引水达1.5×108m3[5]，官厅水库入库水量逐步增加，水质也得到明显改善。

继续实施官厅水库上游地区大中型灌区节水和种植结构调整，对现有灌区进行节水改造，提高输水效率；实施农业高效节水，调整灌溉方式，降低灌溉定额；调整作物种植结构，实施非农作物替代，退耕还水，降低农业用水总量。通过农业节水措施，退还农业挤占河道生态用水，是保障生态水量的根本措施。

5.2 实施引黄生态补水

永定河流域水资源供需矛盾突出，特枯年份仅靠当地天然径流和农业节水挖潜，河流生态用水仍难以保障，需要实施山西省万家寨引黄北干线向永定河供水，加强流域内外水资源和水工程统一调度，增强生态用水调配和保障能力。

山西省万家寨引黄北干线西起引黄入晋总干线下土寨分水闸，向东经朔州市至大同市墙框堡水库，线路全长164 km，规划年引水能力为5.6×108m3，近期引水规模为2.96亿m3[6]，2011年工程建成通水，可利用供水能力为2.64×108m3。连通山西省万家寨引黄北干线与桑干河，实现向桑干河供水，并适时向永定河生态补水，是解决生态水量亏缺的重要措施。

5.3 制定生态水量调度方案

随着《21世纪初期首都水资源可持续利用规划》的实施，国务院于2007年批复了《永定河干流水量分配方案》（国函〔2007〕135号）。为达到水量分配方案要求，从2003年开始，山西和河北两省向北京官厅水库集中输水，到2015年山西和河北两省向官厅水库累计集中输水5.35×108m3，其中山西省输水3.47×108m3、河北省输水1.88×108m3，官厅水库实际收水3.37×108m3。集中输水使官厅水库入库水量逐步增加，同时使得非汛期上游桑干河、洋河生态水量满足要求。

以河流生态水量为目标，统筹永定河官厅水库上游地区的当地径流、再生水、引黄水等多种水源，结合现有水资源调度和防洪调度，制定生态水量调度方案，实施流域水资源统一调度，是保障永定河生态水量的关键措施。

[1]徐志侠，董增川，周健康，等.生态需水计算的蒙大拿法及其应用[J].水利水电技术，2003，34(11)：15-17.

[2]程卫华.官厅水库水文特性统计分析[J].北京水务，2012（5）：29-32.

[3]陈月平.官厅水库水资源现状分析[J].北京水务，2007（6）：7-11.

[4]北京市永定河管理处.永定河水旱灾害[M].北京:中国水利水电出版社，2002.

[5]李巍，刘向华，冯谦诚.持续干旱条件下的水资源目标管理及对策[A].中国水利学会2008年学术年会论文集[C].北京：中国水利水电出版社，2009.

[6]何志萍.山西省万家寨引黄工程北干线水价分析研究[J].山西水利，2010，26（1）:35-36.

X522；TV213.4

A

1004-7328（2017）02-0025-04

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.02.009

2016—12—12

王立明(1973—)，男，高级工程师，主要从事水资源保护规划和研究工作。