甘肃省疏勒河流域尾闾生态补水工程措施研究

?曾有孝 周毅

摘要：以向疏勒河尾闾——敦煌西湖国家级自然保护区输送生态水量为目的，以恢复和归束疏勒河河道为措施，通过调查疏勒河现有河道、已消失古河道现状，考虑疏勒河下游河道输水水量逐渐衰减的特性，分析确定了河道生态输水效率及输水流量。针对工程中存在的风蚀、风积作用影响河道成型稳定，部分河段地下水埋深淺、土质疏松，工程运行期形成结晶盐塞，壅塞河道，影响输水效率等问题，设计中主要采取了绕线、换填等措施。疏勒河河道恢复与归束工程于2013年陆续开工建设，2016年大部分河段基本建成，2016年（丰水年）在已建成的河段进行了试通水，达到了预期的输水效果。

关键词：生态补水;输水效率;输水流量;疏勒河

中图分类号：TV213.4;X171.1 文献标志码：A

甘肃敦煌西湖国家级自然保护区位于敦煌市西部，库姆塔格沙漠以东，东接南泉湿地自然保护区和阳关镇，南与阿克塞哈萨克族自治县接壤，西、北分别与新疆维吾尔自治区和敦煌雅丹国家地质公园毗邻，并与库姆塔格沙漠和罗布泊相连。敦煌西湖国家级自然保护区是疏勒河尾闾，历史上，疏勒河河水滋润着这片土地，随着社会经济的发展，疏勒河水资源开发利用率不断提高，向下游下泄水量锐减，造成河道断流，疏勒河河水失去了与敦煌西湖国家级自然保护区地表水的水力联系，致使保护区湿地面积萎缩，湿地内植被退化或者消失，生物多样性减少，生态环境问题日益突出，严重威胁敦煌绿洲的生存发展。为解决敦煌的生态问题，2011年国务院批准甘肃省实施《敦煌水资源合理利用与生态保护综合规划（2011-2020年）》（以下简称《规划》）。《规划》确立了“南护水源、中建绿洲、西拒风沙、北通疏勒”的总体思路和“内节外调统筹、西护北通并举，水源绿洲稳定、经济生态均衡”的总体布局。恢复疏勒河河道输水功能、增加向尾闾的下泄水量是《规划》确定的主要治理任务之一。本文以实施敦煌西湖国家级自然保护区生态补水为目标，结合疏勒河尾闾河道现状，提出了生态补水的工程措施。

1 流域概况

疏勒河发源于祁连山西段的讨勒南山与疏勒南山之间，全长540km，流域面积20197km²。河流自东南流向西北，汇高山积雪、冰川融水及山区降水，至花儿地折流向北人昌马盆地，过昌马峡后进入山前平原区，漫流于冲洪积扇上，于玉门市转向西行，经双塔水库，过瓜州盆地，至敦煌市北，党河由南汇入，再西流注入哈拉湖。历史上，疏勒河经玉门关一带的敦煌西湖国家级自然保护区，终流入罗布泊。疏勒河花儿地以上流域面积6415km²，河长234km，山巅终年积雪，并有现代冰川分布，是径流的主要补给区;花儿地至昌马堡两岸光山秃岭，植被较少，水土流失较为严重，是泥沙的主要汇集区;昌马堡下游为山前平原区，大量河水被用于疏勒河灌区农业灌溉，是河水主要消耗区。目前疏勒河干流在敦煌市与瓜州县分界处的北河口附近断流，部分河道消失。

2 西湖国家级自然保护区生态恢复需水量

敦煌西湖国家级自然保护区面积为6600km²，约占敦煌市总面积的21%，其中核心区面积为1980.0km²，缓冲区面积为1457.5km²，试验区面积为3162.5km²。保护区内湿地面积为1135km²，区内海拔820～2359m，地势南高北低，中间为冲积平原。根据《敦煌重点目标生态建设与环境保护规划》，自1973年起，敦煌西湖国家级自然保护区生态植被面积和绿洲稳定度总体呈下降趋势，1973年、1986年、1990年、2000年、2007年绿洲稳定度分别为0.54、0.45、0.45、0.33、0.39。要保持生态系统稳定，必须保证与其相适应的生态水量供给。以西湖国家级自然保护区2007年现状生态需水量为生态基准供水量，以1990年生态需水量为目标，两者间差值为敦煌西湖国家级自然保护区生态不再恶化并向增加绿洲稳定度方向发展所需的生态补水量。参照《黑河流域近期治理规划》中相同生态系统的生态需水平均定额[1-2]，计算得到敦煌西湖国家级自然保护区不同时期的生态需水量，见表1。经分析确定西湖国家级自然保护区需人工增补水量应稳定在3800万m³以上，其中通过疏勒河干流河道增补2200万m³，通过党河干流河道增补1700万m³。

3 工程措施

敦煌西湖国家级自然保护区生态恢复所需水量通过天然补给已经无法实现，需要人工干预补给。《规划》确定的补水思路：加大疏勒河灌区和敦煌盆地节水力度，调整用水结构，压减社会经济用水，辅以适度的外流域调水（引哈济党工程），在满足经济社会发展和河道内外生态用水的情况下，补充一部分水量至敦煌西湖国家级自然保护区。主要的工程措施是通过实施河道恢复与归束工程，恢复疏勒河及党河河道的输水功能，将生态水量下泄至西湖国家级自然保护区，成为保护区地表水生态水量的一部分。本文以疏勒河河道恢复为例，介绍生态补水工程措施，党河河道恢复的工程条件和补水工程措施等与疏勒河类似。

3.1 疏勒河河道现状及恢复治理范围

目前，疏勒河干流在敦煌市与瓜州县分界处的北河口附近断流，断流点距离敦煌西湖国家级自然保护区约102km。北河口地面高程1090m，西湖国家级自然保护区地面高程1014m，高差76m，天然纵坡0.076%。北河口以上河段基本成型;北河口以下至玉门关河段地形条件较为复杂，除少部分河段有成型的河槽外，大部分河段常年断流，无成型河道，现状河道起伏不平，多分叉，不规则，河床基本无植被，地表呈荒漠景观，部分河段还存有大规模已干涸的盐湖和季节性沼泽湿地，土体盐渍化和地基溶陷问题严重。

通过大量实地调查选线，按照生态输水所要求达到的水量目标，选择北河口至玉门关段河道进行恢复和归束，总长180km。

3.2 生态输水时段确定

疏勒河双塔水库每年的灌溉期为3月5日至4月30日、6月5日至8月25日、10月15日至11月20日，总灌溉期约170d。为保证水库下游农业灌溉安全，兼顾生态用水安全，确定双塔水库每年的灌溉间歇期为生态输水期，即每年5月1日至6月4日（35d）和8月26日至10月14日（50d）將双塔水库下泄水量通过疏勒河向下游输送，其中每年的8月26日至10月14日为生态强制输水期。

3.3 河道输水效率及生态输水流量计算

河道输水的水量损失主要包括渗漏和蒸发。渗漏损失依据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99），按照渠道输水效率计算公式计算：式中：η为渠道水利用系数（河道输水效率）;L为河道长度;σ为河道单位长度水量损失率;ε为受地下水顶托的渗水损失修正系数;Q_dj为河道净流量;K为土壤透水性系数;m为土壤透水性指数。

根据工程地质勘察，河段的河床质组成以沙土居多，根据工程地质勘探河道取样土体物理试验结果，土壤透水性系数和透水性指数分别取3.4和0.5。受地下水顶托的渗水损失修正系数根据分段地下水埋深和输水流量查规范确定。

分段计算不同流量情况下的河道输水效率，通过绘制输水流量与输水效率曲线，查得该河段不同流量的输水效率;蒸发损失按输水期平均水面面积x水面蒸发量进行计算。下一断面输水量按照河段前一断面输水量乘以输水效率减去蒸发损失进行计算，如在双塔水库出库至柳墩铁路桥段，出库断面设计输水流量为35.0m³/s，查得该段河道的输水效率为0.722，推算得到柳墩铁路桥断面的流量为25.3m³/s，水量为5596万m³。同理推算得到输水流量到达双墩子断面时折减为15.8m³/s，到达党河汇入口断面时折减为13.3m³/s，到达末端玉门关断面时折减为10.0m³/s。双塔水库下泄的生态水量到达疏勒河各断面的水量见表2。

3.4 补水工程方案

对地面高程高于河底高程的无河槽河段、有河槽但槽底高程高于河底高程或河槽宽度过窄不能满足生态输水要求的河段，按照各河段不同的输水流量、实际河道地形地貌、地质条件、河道比降、工程造价等，分别采取开挖、疏浚、削坡等工程措施，形成新的人工河道，保证生态输水流量顺利通过。从河道纵坡方向看，遇到自然河底高程高于设计河底高程时将河底高程开挖清理至设计高程;自然河底高程低于河道设计高程时原则上不进行填筑处理，也不作为弃渣的地方，遇到局部较大坑、井时必须将其夯填至设计高程。柳墩铁路桥至西湖乡河道总长60.93km，河道平均纵坡1/890，治理宽度40m;西湖乡至双墩子断面总长28.97km，河道平均纵坡1/1206，治理宽度30m;双墩子至党河汇入口段河道总长36.34km，河道平均纵坡1/1556，治理宽度30m;党河汇入口至玉门关段河道总长60.932km，河道平均纵坡1/1310～1/8000。

河道恢复工程横断面采用梯形断面，其中双墩子至党河汇入口段河堤内边坡为1：3.0，外边坡为1：2.5;党河汇入口上游至青盐池段河堤内边坡为1：3.0，外边坡为1：3.0;青盐池至玉门关段河堤内边坡为1：3.5，外边坡为1：3.5。河道恢复工程纵横断面设计见图1～图3。

4 关键技术问题

内陆河原有河道多经过风沙地区，河道散乱，天然纵坡缓，长时间断流后，地表地形再造，部分河道消失。主要地质问题是风蚀、风积作用影响河道成型稳定;野马井子沼泽段地下水埋深浅，土质疏松;工程运行期会形成结晶盐塞，壅塞河道，影响输水效率。

针对存在的地质问题，设计中主要采取了绕线、换填等措施。双墩子到党河汇入口段线路长约35km，该段存在风沙掩埋问题和风蚀地貌段难以疏通的问题，本着对沿线生态有利和高程能够满足继续向下游输水的原则，线路向南偏移;党河汇入口至玉门关段，线路长约65km，需要绕过哈拉诺尔湖，穿过盐渍土和地形隆起区，同样采取了尽量绕开哈拉诺尔湖，从南侧绕行的线路，有效避开了大部分不良地段;对于河道部分结晶盐塞段，采用了外运土料换填的方法。

5 工程实施初步效果

疏勒河河道恢复与归束工程于2013年陆续开工建设，2016年大部分河段基本建成，2016年（丰水年）在已建成的河段进行了试通水。据初步监测，2016年党河水库下泄水量22000万m³，水量到达党河汇入疏勒河口;疏勒河双塔水库下泄水量25562万m³，水量到达下游北河口断面。因下游部分河段未完全恢复，故两河下泄水量全部流入干涸多年的哈拉诺尔湖，形成24km²的水面，生态补水的效果初步显现。河道归束工程完建后，随着生态水量逐年下泄，河道沿途及敦煌西湖国家级自然保护区周边地表植被覆盖率提高，生态环境将逐步改善。

6 结语

以恢复疏勒河河道输水功能为目标，研究确定了河道治理范围、生态输水时段、河道输水效率、输水流量等关键数据，提出了生态补水的工程技术方案。从已建成河段的试通水情况看，达到了预期的输水效果。工程全面建成后，将为实现《规划》确定的治理目标，改善和恢复敦煌西湖国家级自然保护区生态环境发挥积极作用。

参考文献：

[1]张一驰，于静洁，乔茂云，等.黑河流域生态输水对下游植被变化影响研究[J].水利学报，2011，42（7）：757-765.

[2]孙志强，孙志刚，邓小东.额济纳绿洲的生态退化过程与生态保育对策分析[J].干旱区资源与环境，2011，25（9）：39-45.