雨洪资源在吉林西部湿地生态恢复与保护中的利用

佟剑杰,魏景忠，王洪淼

(吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130021)

雨洪资源在吉林西部湿地生态恢复与保护中的利用

佟剑杰,魏景忠，王洪淼

(吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130021)

本文以吉林西部湿地为研究背景，以雨洪资源利用的控制原则、利用模式的探索以及雨洪资源利用后生态环境效益变化为出发点，着重介绍了雨洪资源利用对于改善吉林西部生态环境中发挥的重要作用，为今后我国雨洪资源综合利用提供了借鉴和参考依据。

雨洪资源；吉林西部；资源化；湿地

20世纪50～60年代，吉林西部洮儿河、霍林河、嫩江洪水资源丰富，洮儿河分洪道、霍林河河道、嫩江古河道及月亮泡、查干湖周边等均存在大面积湿地[1]。然而，随着人类活动的影响和气候的变化，西部地区降水与地表水径流减少，许多湖泡干涸，湿地面积大幅萎缩，水土流失加剧，土壤沙化、盐碱化加重，生态环境十分脆弱。水资源短缺严重制约着西部生态环境的修复，雨洪资源作为一种非常规化水源越来越被重视，合理开发与利用成为解决西部地区水资源短缺的一个有效手段[2-3]。

1 吉林西部供水工程引洪控制原则

考虑工程引洪对下游水文情势和其他用水户的影响，工程引水口以下已没有调蓄工程，不改变洪水的时空分布，嫩江及松花江引洪以哈尔滨断面为主要控制断面，其流量变化作为主要控制条件。松花江流域面积广、气候情况也有差异，干流哈尔滨以上流域面积39.05×104km2，嫩江大赉站面积22.17×104km2，松花江扶余站面积7.18×104km2。哈尔滨以上洪水来源主要是嫩江和松花江(三岔河口以上)，一般嫩江洪水河槽调蓄作用大，传播时间长，如嫩江先发生暴雨，易与汇流速度快的松花江(三岔河口以上)或拉林河遭遇。

1.1 引水时段确定

供水范围内属松花江流域，根据《松花江流域防洪规划水文分析报告》，流域洪水主要由暴雨产生，年最大洪水多发生在7—9月，少数发生在5月、6月或者10月。工程从河道、江道取水，按照地区气候条件和泵站、输水渠道运行情况，取水时间应在解冻后至封冻前。本工程主要利用洪水资源，综合考虑洪水发生时间及工程运行条件，在灌溉用水高峰期的5月和6月不引水，确定常态引水时段基本为每年的7—10月，引洪水时段为每年的7—10月。

1.2 引洪判别条件

根据工程规划阶段审批意见，结合不同引洪方案比选成果，嫩江及松花江引洪按取水断面和哈尔滨断面同时达到2 a一遇的最大月平均流量作为初始引水控制条件，即嫩江白沙滩断面流量1230 m3/s、大赉断面流量1145 m3/s，松花江哈达山断面流量650 m3/s，哈尔滨断面流量2330 m3/s。洮儿河及霍林河洪水利用按取水断面达到2 a一遇的最大15 d洪量作为初始引水控制条件，即洮儿河龙华吐断面流量130 m3/s。

霍林河是嫩江右岸最下游的支流，两岸大部分为农牧区，多波状沙丘，河流穿行于沙苇塘或沼泽之中，局部河段呈潜流、干涸状态。霍林河进入吉林省后河道输水损失很大，只有大洪水年份才能流入到查干湖。

鉴于霍林河洪水大多补给地下水，其下游常年处于无尾河的状态，综合霍林河下游生态要求和引水经济性，依据水资源综合规划，仅考虑在大洪水年补充向海湿地核心区部分水量，以霍林河同发坝断面下泄流量≥30 m3/s，作为霍林河常态补水的计算条件，以保证胜利水库坝址处下泄流量≥5 m3/s，作为胜利水库拦蓄部分洪水的判别条件。

(1)松花江(三岔河口以上)和嫩江

通过分析松花江流域洪水传播时间，大赉水文站和扶余水文站洪水传播到下岱吉水文站的时间均为4 d，两站洪水再传播到三岔河口的时间均为2 d左右，说明两水文站的洪水传播到河口的时间基本相同。组合哈达山断面和大赉断面的来水过程，并对比同时段的哈尔滨断面过程线，综合考虑区间来水量及用水消耗，以哈尔滨断面控制流量≥2330 m3/s为前提条件，确定哈达山断面和大赉断面组合流量控制为2050 m3/s。

当白沙滩断面来水流量>1230 m3/s，且哈达山和大赉断面组合流量>2050 m3/s时，白沙滩断面开始引水，引水后组合下泄流量≥2050 m3/s；当大赉断面来水流量>1145 m3/s，且哈达山和大赉断面组合流量>2050 m3/s时，大赉断面开始引水，引水后组合下泄流量≥2050 m3/s；当哈达山断面来水流量>650 m3/s，且哈达山和大赉断面组合流量>2050 m3/s时，哈达山断面开始引水，引水后组合下泄流量≥2050 m3/s。

(2)洮儿河和霍林河

洮儿河洪水利用中，预留洮儿河灌区和永兴灌区用水、河道生态基流等共70 m3/s，起始引洪控制流量为130 m3/s，可以满足灌区及生态用水。当洮儿河来水>130 m3/s 时，按向海湿地、牛心套保湿地等供水重要程度进行引洪，各断面引水后下泄流量≥130 m3/s。

胜利水库位于霍林河南股河道内，为满足水库坝址处断面到下游霍林河南北股交汇处的河道内生态用水，在保证下泄流量≥5 m3/s的条件下，拦蓄部分洪水。

2 雨洪资源利用的探索

针对吉林省西部地区资源性缺水和工程性缺水并存的实际，依托西部自然河湖水系和已建河湖连通骨干工程，采取工程与自然相融合的原生态设计理念，充分利用现有河道、沟渠，结合新建渠道，辅以桥、涵、闸等工程措施，在西部地区建设河湖连通工程体系，留足接口和平台，为农、林、牧、渔、苇、旅游、城镇化建设等事业发展创造有利条件和发展空间。构建吉林西部供水范围内布局合理、功能完备、工程优化、保障有力的河湖水系连通格局，使地区水资源统筹调配能力、供水安全保障能力、防洪除涝减灾能力、水环境生态保护能力和应急保障能力得到明显提高。具体思路如下：

2.1 利用现有水利工程

项目区地表水资源严重匮乏，为保证生产生活用水，水资源利用主要是开采地下水。利用过境的嫩江、松花江(三岔河口以上)、洮儿河水源，先后建设了前郭、白沙滩、洮儿河三个大型灌区和新生、塔虎城、南莫等中型灌区，为了保护向海湿地，修建了引洮分洪入向工程。近10 a来，西部地区水利工程建设加快了步伐，引嫩入白、大安灌区和哈达山水利枢纽，三个大型水利基础设施工程开工建设，土地整理、膜下滴灌等农田水利工程也大规模开发建设，基本形成了防洪、灌溉、供水、湿地保护的总体格局。

2.2 利用待建工程

吉林西部正在建设的松原灌区、大安灌区以及将要建设的松城灌区龙海片等灌区工程为周边湖泡湿地供水提供了工程条件。合理充分利用灌区干支渠灌溉期富余的能力向周边湖泡湿地供水避免了重复建设。

2.3 新建工程

现有水利工程和待建工程多为骨干工程，在此基础上需要配以建设一定数量规模较小的输水渠、水闸以及涵洞等水工建筑物引洪入泡沼。

3 引洪效益分析

3.1 调节计算成果

吉林西部供水工程连通203个湖泡、水库，其中包括已建的哈达山水利枢纽、引嫩入白等调蓄水库(湖泡)7个和本次工程连通并供水的湖泡、水库数量为196个。按照调节原则及工程规模，通过长系列计算分析，得出设计水平年2030年各湖泡(水库)蓄水情况及苇田、湿地供水成果。

2030年，吉林西部供水工程203个湖泡正常蓄水位相应的面积达到17.25×104hm2，正常蓄水位相应的库容为35.6×108m3，其中，本次连通并供水的196个湖泡(水库)正常蓄水位相应的面积为12.77×104hm2，正常蓄水位相应的库容为17.7×108m3。已利用的7个湖泡(水库)正常蓄水位相应的面积为4.48×104hm2，正常蓄水位相应的库容为17.9×108m3。

3.2 湖泡、湿地供水

依据现状年供水范围内湖泡、湿地分布图，分区绘制湖泡、湿地恢复分布图，并进行统计分析，与现状湿地重合部分作为改善湿地面积。吉林西部供水工程可恢复、改善湿地面积9.62×104hm2，其中恢复湿地面积5.81×104hm2，改善湿地面积3.81×104hm2，使区域内的湿地面积达到30.22×104hm2；增加水面面积4.27×104hm2，区域湖泡、水库面积达到18.69×104hm2；可恢复扩大供水范围内湖泡、湿地总面积至48.91×104hm2。项目区内湿地及水面面积成果表见表1。

表1 项目区内湿地及水面面积成果表 ×104 hm2

根据2030年调节计算成果，绘制年平均芦苇供水量和年平均湿地供水量柱状图，见图1和图2，从图中以看出，芦苇最大供水量出现在1991年，为2.19×108m3；芦苇最小供水量出现在1979年，为1.34×108m3，芦苇年平均供水量最小值和最大值的比值为0.61。湿地最大供水量出现在1998年，为3.27×108m3；湿地最小供水量出现在1982年，为0.17×108m3，湿地年平均供水量变化幅度较大，最小值和最大值比值为0.05。

图1 各年平均芦苇供水量柱状图

图2 各年平均湿地供水量柱状图

3.3 水产养殖

根据2030年调节计算成果，供水范围内多年平均养鱼面积4.73×104hm2，多年平均养蟹面积1.32×104hm2。绘制年平均养鱼水面面积和年平均养蟹水面面积，供水范围内年平均养鱼水面、养蟹水面柱状图，见图3、图4。

可以看出，养鱼平均水面面积振幅较大，最小值和最大值的比例系数为0.28，养蟹年平均水面面积最小值和最大值的比例系数为0.52。最小养殖年平均水面面积和最小年平均供水量出现在1980年左右。其中，养鱼最大水面出现在1961年，为7.29×104hm2，最小水面出现在1980年，为2.05×104hm2；养蟹最大水面出现在1957年，为1.57×104hm2，最小水面出现在1979年为0.8×104hm2。

图3 各年平均养鱼水面柱状图

图4 各年平均养蟹水面柱状图

3.4 地下水环境变化分析

吉林西部供水工程多年平均渗漏量为1.26×108m3，工程预计2021年全面运行使用，至2030年的10 a中，工程累计渗漏补给地下水量为12.60×108m3，地下水评价采用水均衡方法，即补给量与排泄量的差值为地下水的蓄变量，蓄变量为正值时，地下水补给量>排泄量，地下水位抬高，反之地下水位下降。本项目补给地下水的水量并不是全部留存在当地，转变为地下水蓄变量，部分补给水量在参与地下水循环的过程中，随地下水径流、蒸发及人工开采等排泄方式排出区外。因此，本项目渗漏补给地下水的12.6×108m3水量为地下水回补量理论上的极大值，比实际小。

根据地下水补水量平衡成果，本工程补水量最大能够达到缺水量的43.1%，最大恢复地下水亏缺区面积76.89×104hm2，能够在一定程度上解决项目区缺水的问题，改善区内地下水生态环境。

4 结 论

吉林西部供水工程是在综合考虑了区域水资源特点、水利工程现状，充分论证了引洪判别条件、比选确定了重点工程布局及工程规模后开展实施的。工程实施后将增加西部地区湖泡水面面积、芦苇湿地面积、养鱼和养蟹面积，增加地下水回补量，对于改善西部地区现有脆弱的生态环境有着重要的意义。同时，也为未来我国开展雨洪资源综合利用相关工程提供了借鉴。

[1] 于国强, 杜保佳, 刘吉平. 1986～2012年吉林省西部湿地生态系统脆弱性评价[J]. 湿地科学, 2016, 14(3):439-445.

[2] 王国平, 张玉霞, 高峰. 吉林省西部地区重要湿地及其生态环境功能[J]. 水土保持学报, 2001, 15(S2):121-124.

[3] 陈铭, 张树清, 傅晓阳,等. 吉林省西部湿地资源动态变化研究[J]. 干旱区资源与环境, 2006, 20(3):21-24.

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2096-0506(2017)11-0049-04

佟剑杰(1984-)，男，吉林磐石人，工程师，主要从事水利水电规划设计工作。E-mail：windhsj0701@163.com。