流域水资源生态配置与调度研究综述

缪萍萍

（海河水利委员会水资源保护科学研究所，天津 300170）

流域水资源生态配置与调度研究综述

缪萍萍

（海河水利委员会水资源保护科学研究所，天津 300170）

水资源是人与自然共同依赖的关键资源，水资源配置与调度在水利工作中具有重要地位。传统的水资源配置与调度注重区域间和行业间的水量分配，存在挤占生态用水的现象。流域水资源生态配置与调度是以流域重要生态保护目标为核心，通过工程措施和非工程措施，统一调配各种水源，协调社会经济与生态环境之间的水矛盾，促进流域生态健康和可持续发展。在开展流域水资源生态调度时，要科学计算生态需水以及可供水量，制定合理的水利工程生态调度规则，同时注重发挥各种非工程措施的作用。

水资源；生态环境；配置；调度；流域

水是生命之源、生产之要、生态之基，是人与自然共同依赖的关键资源。水资源配置和调度在水利工作中具有重要地位，在水利规划、工程运行、水资源管理等方面发挥着重要的支撑作用。传统的水资源配置主要考虑区域间、行业间的水量分配，改变了水的天然循环规律[1]，改变了人类社会与生态环境共享水资源的格局，引发了河道断流、湿地萎缩、生态退化等水生态问题[2]。1971年，Bishop[3]提出基于水资源、生态环境、经济社会协调发展的流域水资源管理理念。2003年，董哲仁[4]提出人与自然和谐相处的生态水工学。水资源生态配置与调度逐渐发展成为水文学、水资源学、生态学、运筹学等多学科交叉的新领域[5]。流域水资源生态配置与调度是以流域重要生态保护目标为核心，通过工程措施和非工程措施，统一调配各种水源，协调社会经济与生态环境之间的水矛盾，促进流域生态健康和可持续发展[6]。流域水资源生态配置与调度需要解决四大问题：一是全面考虑流域内各个生态保护目标，提出适宜的生态需水；二是联合调度控制性骨干工程，制定合理的生态调度方案；三是建立健全流域生态调度体制机制，发挥非工程措施作用；四是积极探索分布式水文模型，算清水账摸清家底。

1 全面考虑生态要素和保护目标

传统的水资源配置与调度优先考虑生活和生产用水，生态需水方面往往只考虑保留河道生态基流，普遍存在挤占生态需水的现象[7]。充分考虑各类生态要素，准确计算生态需水量，是流域水资源生态配置和调度的前提。一般认为，河道内生态需水包括河流、河口、湖泊生态补水，河道外生态需水包括维持植被、湿地以及水生态系统不退化所需要的水量。定额法是进行需水预测普遍采用的方法，但要对流域经济社会发展特点和生态环境形势有科学的预判[8]。左其亭等[9]对生态需水进行了归纳，划分为需要配置的部分和不需要配置的部分，其中需要配置的部分又进一步划分为直接配置和间接配置两类，在合理分类的基础上确定流域生态水量。张洪波等[10]从生态系统整体性的角度提出生态水量的确定方法，建立生态保护目标与水文要素之间的响应关系，即生态水文概念模型，将生态保护目标的水文需求通过水力学方法演算为生态水量。马真臻等[11]在识别黄河下游河段生态保护目标的实践中，建立了地形地貌、鸟类、鱼类、大型无脊椎动物、植被等与水文要素的概念模型，确定了各个保护目标的水力学条件，并由此演算出花园口、利津断面的生态水量。

2 科学调度控制性水利工程

生态调度是水利工程运行调度的新阶段，其目标是满足流域生态需水和河流健康[12]。流域控制性水利工程的生态调度应当注重短期利益与长期利益的权衡、上游利益与下游利益的权衡、生态目标与非生态目标的权衡，上述三组利益间的权衡增加了流域水资源生态配置和调度决策的复杂性。张琦等[13]梳理了辽河流域的农业供水工程，从改善流域水生态状况的角度增加了水库生态调度任务，确定了水库群联合生态调度方案。胡和平等[14]认为生态流量过程线是实施水库生态调度的基础，针对下游河道生态问题，演算出其相应的生态流量过程，水库生态调度的任务即满足该生态流量过程，解决或缓解下游生态问题，维持河流健康。康玲等[15]建立了水库生态调度的最优化模型，提出采用逐步优化算法进行求解，得到实用性、操作性较强的水库调度方案。随着计算机技术的发展，机器学习或人工智能算法也在水库生态调度方面进行了应用，周李智等[16]采用数据预处理与筛选技术修复水文系列中的奇异值，提高了小水电群生态径流的合理性，采用基于动态邻域结构的PSO算法建立并求解了水库群生态调度模型。吕巍等[17]分析了乌江主要生态断面的最小生态水量、适宜生态水量和理想生态水量，构建了梯级水电站多目标生态调度模型，采用智能优化算法进行了求解。李志辉等[18]针对水利工程建设影响生物多样性的现象，提出在水库建设和调度的过程中要准确掌握影响区域内的生物现象，在此基础上开展生态调度。

3 合理安排节水护水非工程措施

高效利用有限的水资源，保障生态需水，可以采用的非工程措施包括节水措施与激励政策机制、生态调度管理机制、水生态补偿机制、水权交易机制等方面的措施。农业生产过程中的输水损失、储水损失、无效蒸腾等是造成水资源消耗的关键环节，具有较大的节水潜力。陈克强等[19]认为除了渠道防渗、管道输水等工程措施外，推广节水灌溉技术和制度、实施灌区水资源优化配置和调度、改革农业水价形成机制等非工程措施对提高农业水利用效率十分有效。王雁林等[20]指出传统的水资源配置与调度方式是造成陕西渭河流域生态恶化的重要原因，要解决这些问题，需要严格控制人口过快增长、加强流域水源区的涵养和保护，在节水、治污的同时增加非常规水资源的使用量。尹正杰等[21]分析了目前长江流域水库群生态调度存在的问题，认为在技术上生态调度已有一些成果，但在管理上还需健全生态调度管理体制机制，建议设立流域层面的生态调度管理机构，负责制定生态调度规程，提出敏感区域生态监测需求，发布生态调度信息等事务；在出现重大生态需水亏缺时，流域生态调度机构可以直接干预流域内的水库调度，保障生态用水。任世芳和马义娟[22]将生态基流引入水生态补偿中，认为受损的生态系统是水生态补偿的首要客体，为了引导生态补偿真正用于生态恢复，应根据生态基流确定补偿额度，补偿的方式可以是货币形式或者生态水量的形式。陆文聪等[23]研究了水权交易中的效率问题，对比了无交易机制条件下和政府主导水权交易机制下的水资源配置和利用效率，认为水权交易能提高参与者的收益，促进水资源优化配置。

4 深入刻画流域水循环过程

准确计算水资源可利用量，是实施流域水资源生态配置和调度的前提。通常水资源评价需要将取水还原到实测系列中再作分析，但是人类剧烈活动、下垫面剧烈变化等因素对水资源形成产生较大影响，导致水文一致性丧失，动摇了基于历史长系列分析方法的理论基础。王忠静等[24]指出下垫面变化剧烈条件下传统水文序列分析中可能存在的“还原失真”和“还原失效”的问题，认为应当采用分布式水文模型从机理上解决上述问题，并在永定河山区采用基于坡面流的分布式水文模型对不同下垫面条件下官厅水库以上流域多年平均地表水资源量进行了评价。李亚平等[25]考虑到生态需水受季节、气候等多因素影响，从生态系统和水资源系统相互作用入手，采用分布式水文模型分析了各种生态措施对生态需水的影响，计算了不同保护目标下不同保证率的流域生态需水。郝彩莲等[26]利用中国水利水电科学研究院开发的WEP模型，结合生态需水情况，模拟了双峰寺水库的调度对下游武烈河水文过程的影响，指出现阶段双峰寺水库调度问题，提出基于下游生态需水的修正调度方案。陈刚等[27]采用MIKE Basin工具[28-30]，将流域生态需水和区域经济社会发展以及产业布局调整相结合，研究了滇池流域多水源水质水量联合调度的水资源配置方案，提出相应的水系连通工程方案，构建了“清水入湖、中水回用、清污分流”的水循环模式。在西北干旱地区，石敏俊等[31]基于农业调查，构建了石羊河流域GBEM模型，将农业用水量作为约束条件，研究了生态重建目标下石羊河流域水资源优化配置和调度方案。

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1004-7328（2017）05-0008-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.05.003

2017—05—20

缪萍萍（1986—），女，硕士，工程师，主要从事水资源保护、水量调度工作。