渭河生态水量现状评价及改善措施探讨

罗文刚,郭正组,寇晓梅

(1.陕西省水利电力勘测设计研究院,西安 7100012.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065)

1 渭河水资源概况及特征

渭河是黄河第一大支流，发源于甘肃省渭源县鸟鼠山，流域涉及甘肃、宁夏、陕西三省(自治区)，在陕西省潼关县注入黄河。渭河流域面积13.48万km2，其中甘肃占44.1%、宁夏占6.1%、陕西占49.8%。干流全长818 km，海拔高程320.00～3 495.00 m，其中宝鸡峡以上为上游，河长430 km，河道狭窄、河谷川峡相间、水流湍急；宝鸡峡至咸阳为中游，河长180 km，河道较宽、多沙洲、水流分散；咸阳至入黄口为下游，河长208 km，比降较小、水流较缓、河道泥沙淤积。

渭河陕西省境内全长512 km，流域面积为6.71万km2，流域多年平均降水量572 mm(1956—2000年系列，下同)。最大月降水量在7、8月份，最小月降水量在12、1月份。7—10月份降水量占年降水总量的60%左右。多年平均水面蒸发量660～1 600 mm，多年平均陆地蒸发量500 mm左右。

渭河多年平均径流量97.11亿m3(含泾河、北洛河)。其中渭河干流林家村以上25.25亿m3，咸阳以上54.05亿m3，华县以上88.09亿m3。渭河径流年内分配不均匀，汛期7—10月份来水量约占全年的60%，其中8月份来水量最多，一般占全年的14%～25%；1月份来水量最少，一般仅占全年的1.6%～3.1%[1]。

根据陕西省水资源公报，陕西省渭河流域多年平均自产水资源量为73.13亿m3，人均、亩均占有水资源量分别为307 m3和318 m3，分别相当于全国平均水平的17.0%和24.0%，属严重缺水地区。近年来，渭河水资源呈偏少趋势，年水资源量约为63亿～67亿m3[2]。

渭河自西向东横贯关中平原，该区地势平坦，土质肥沃，号称“八百里秦川”，关中渭河流域地处关天经济区的核心区，是国家一带一路战略重要节点和国家内陆改革开放新高地，陕西省经济社会发展的核心地带。渭河流域多年平均水资源量仅占全省的17.4%，但人口占全省的63.6%，耕地面积占全省的53%，粮食产量占全省的63.4%，国内生产总值占全省的64.8%[3]。

2 渭河生态流量规划目标

根据国务院批复的《渭河流域重点治理规划》(国函[2005]99号)，从维持渭河河道基本形态，以及保证一定基流量、维持渭河一定的稀释自净能力和基本的生态功能等方面，考虑确定渭河河道内低限生态环境需水量。经分析论证，渭河干流林家村、咸阳和华县3个断面非汛期(11月—次年6月)的低限生态环境流量应分别达到10、15、20 m3/s[4]。

考虑到渭河水资源供需矛盾突出的现状，以及保障宝鸡峡引渭灌溉取水、交口灌溉取水需求，根据中国水利水电科学研究院编制的《陕西省渭河干流可调水量分析与调度机制研究》，2020年前，渭河干流林家村、咸阳和华县3个断面最小生态流量目标分别不低于8、15、12 m3/s[5]。

3 渭河生态流量现状及成因分析

3.1 渭河生态流量满足程度评价

根据渭河生态流量控制目标，选取林家村、咸阳、华县3个断面长系列实测流量，分别按最枯月流量、日流量来分析评价渭河生态流量现状及满足程度。

渭河林家村、咸阳、华县断面长系列实测月流量详见表1。

表1 1974—2015年渭河干流主要水文站长系列实测月流量统计表 /(m3·s-1)

(1) 根据渭河干流林家村断面1974—2012年共39 a实测逐月流量统计表，林家村断面最枯月一般在12月—次年3月之间，评价系列年中无一年最枯月流量大于10 m3/s。按多年平均情况来看，最枯月多年平均流量为2.51 m3/s，该断面生态流量满足程度极差。

(2) 根据渭河干流咸阳断面1974—2015年共42 a实测逐月流量统计表，咸阳断面最枯月一般在12月—次年3月之间，42 a中有29 a最枯月流量大于15 m3/s，满足年占总系列比例为69%，满足程度较差。

(3) 根据渭河干流华县断面1957—2009年共53 a实测逐月流量统计表，华县断面最枯月一般在12月—次年3月之间、特殊情况时6月份灌溉取水高峰期也可能出现最枯月，53 a中有52 a流量大于20 m3/s，满足年占总系列比例为98%，满足程度较好。

月流量不能全面准确反映生态流量满足程度。根据渭河干流林家村、华县水文站断面1970—2015年实测逐日径流资料进行分析评价，采用日流量进行评价，其结果为：林家村断面最小日流量为0、频率90%日流量为2.2 m3/s、流量大于10 m3/s的频率为37%；华县断面最小日流量为0.1 m3/s、频率90%日流量16.0 m3/s、流量大于20 m3/s的频率为87%。

根据上述分析，按照渭河干流林家村、华县断面低限生态流量为10 m3/s和20 m3/s的目标要求来看：林家村断面现状频率90%日平均流量为2.2 m3/s，与生态流量目标10 m3/s相比尚欠缺7.8 m3/s；华县断面频率90%日平均流量为16.0 m3/s，与生态流量目标20 m3/s相比尚欠缺4.0 m3/s。

综上可以看出，渭河干流林家村断面现状生态流量满足程度最差，能够满足断面低限生态流量目标的天数仅占37%；华县断面现状生态流量满足程度相对较好，能够满足断面低限生态流量目标的天数占87%。

3.2 生态流量不足原因分析

(1) 由于渭河流域属资源型缺水地区，水资源供需矛盾十分突出，为满足不断增长的工业和城镇生活用水，不得不挤占河道生态用水，超采地下水，造成河道流量枯竭。

从20世纪80年代以来，随着关中地区经济发展和用水量增加，加上降水偏少引起资源量减少，河流生态环境用水被逐步挤占。采用1991—2005年系列评价，渭河华县断面平均天然年径流量为(含泾河)62.39亿m3，在长系列中属于偏枯年段(相当于70%的频率)，而华县断面实测径流量为42.97亿m3。根据《渭河流域重点治理规划》要求的华县断面下泄水量应为64.13亿m3，按照丰增枯减的计算原则，1991—2005年平均下泄量应达到46.46亿m3。因此，华县断面生态环境用水被挤占3.49亿m3。再以枯水年1997年为例计算，华县断面要求下泄水量应为25.65亿m3，实测径流量仅为16.82亿m3，生态环境用水被挤占达8.83亿m3[1]。

(2) 由于渭河径流量年际变化大，年内分配不均，渭河上游缺乏大的水资源调蓄控制工程，造成河道枯水期流量非常小。

根据1974—2015年径流系列，渭河最大年径流量218亿m3(1964年)是最小年径流量43亿m3(1995年)的5倍以上。渭河汛期7—10月径流量约占全年60%以上，而且主要集中在几场洪水中。由于缺乏大的调蓄工程，造成汛期水资源难以得到有效利用，枯水期少水现象难以改善。近年来，渭河天然来水量也呈锐减趋势，林家村站1994—2015年河道年平均流量仅为5.02亿m3，与1974—1990年平均值相比，减少了70.8%，更加剧了渭河生态流量的短缺程度。

4 河道生态水量不足造成的环境问题

(1) 恶化水生态系统。由于河道内生态流量不足，特别是枯水期，河床几乎干枯，导致水生生物栖息环境变差，河滨带湿地生态功能下降，水生生物多样性降低，同时河流的输沙造床能力降低，河道冲淤平衡遭到破坏，河道的行洪、供水、灌溉、生态及景观等功能减弱，水生态环境恶化。

(2) 引发水文地质灾害。河道生态流量不足，不能及时补给地下水，地下水超采，导致沿渭河城市地下水水位下降，形成多处地下水下降漏斗，地裂缝现象也频繁发生，给人居环境和生态建设造成危害。

(3) 加重水污染，并使水污染治理难度增大。由于河道生态水量不足，降低了河道自净能力，造成水环境污染加剧，甚至危及到部分傍渭地下水水源地安全。近年来，陕西省实施了渭河水污染防治3 a行动计划，生态流量成为实现渭河治污目标的重要因素。

5 改善渭河生态流量的途径及对策

多年来，为解决渭河防洪体系不健全、水资源供需矛盾突出、水污染严重等问题，陕西省启动实施了渭河全线综合整治、渭河水污染防治3 a行动方案等工程，制定了陕西省渭河水量调度实施细则等，通过积极保护治理，渭河防洪体系基本完善，基本消除断流问题，水生态环境有了一定改善。

由于渭河属于资源型缺水、水质型缺水、工程型缺水问题并存，治理任务艰巨。特别是生态流量不足造成水污染治理、水生态修复难度增大，生态流量成为渭河水生态文明建设的制约因素。十三五期间，是渭河综合治理的关键时期，尽快解决渭河生态流量不足，以支撑和保障渭河水污染防治和生态文明建设迫在眉睫。

根据渭河水资源现状及特征，结合流域国民经济和社会发展规划，可通过合理配置水资源，优先保障生态用水；利用跨流(区)域调水工程，逐步退减挤占的河道生态用水；以及按照系统治水、柔性治水思路，建设蓄洪生态湖库，合理利用雨洪资源，实现丰枯调剂；加大再生水利用，提高废污水处理标准，满足补充河道生态用水需求等途径采取措施。

(1) 合理配置水资源，优先保障河道生态用水，利用跨流(区)域调水工程，退减挤占的河道生态用水

树立和践行“绿水青山就是金山银山”，“保护生态环境就是保护生产力，改善生态环境就是发展生产力”的理念，优化渭河水资源配置，将河道生态用水放在重要位置。要使水利工程从防洪、兴利调度转向防洪、兴利及生态调度，把生态用水列为供水任务和保护目标[6]。各级规划及已建闸坝、取水枢纽在满足城镇生活饮用水的条件下，应按照流域相关规划确定的断面生态流量成果，优先保证河道最小生态下泄流量，其次是进行生产用水。

渭河干流生态流量满足程度最差的是林家村断面，改善保障的难点也在林家村，造成林家村断面生态流量不足的最直接原因是宝鸡峡引渭渠首的灌溉、发电取水影响，近期必须通过采取发电限制、实行强化节水以及水库联合调度、加大外调水等措施，改善林家村断面下游生态流量。在每年11月—次年6月的用水调度期，除了结合灌溉发电外，宝鸡峡引渭灌溉工程的魏家堡与杨凌水电站不应有单独的引水发电，以保证林家村断面生态流量。

通过水资源供需平衡分析，在没有外来水源的情况下，短期内很难根本缓解渭河流域生态流量不足的局面。因此，必须加快实施引汉济渭、引红济石、引乾济石等跨流域调水工程(见图1)，发挥对提高渭河流域经济用水安全和生态流量保障的重要作用。预计通过跨流域调水工程设计的生态供水量、退减渭河被挤占的生态水量、回归水量共可增加渭河生态水量约5亿m3。

(2) 建设蓄洪生态湖库工程，实施河湖水系连通，补充河道生态水量

渭河流域多年平均自产水资源量73.13亿m3，加上入境水量，年均水资源总量达108亿m3，可利用量52.5亿m3，目前渭河流域地表水供水量20.3亿m3(不含东雷抽黄、引乾济石等流域外供水量)，用水消耗量约15亿m3，与可利用量相比，还有约35亿m3的水量可供蓄滞。由于渭河径流年内分配不均，加上渭河缺乏调蓄工程、河流湖泊连通不足，造成洪水留不住，资源化利用率低。

新时期，省委、省政府提出“关中留水”、“柔性治水”的方略和思路，要求科学把握水资源分布和使用的均衡，包括区域均衡、季节均衡、时空均衡等。把握区域均衡，就是要全域统筹、科学调控，改变富水区资源流失和缺水区资源匮乏的不合理现象，实现资源区域均衡利用；科学实施水系连通，构建多元互补、调控自如的江河湖库水系连通格局。把握季节均衡，就是对于同一水系、流域和区域，在洪水季节增加蓄水滞水，留好过境客水、补充地下水，减轻洪涝压力，扩充资源存量；在枯水季节加大蓄滞水排泄力度，既补充流域生态基流，又保障发展和生活用水[7]。

为保障渭河干流的生态流量，目前可在渭河不同区段选择水量较丰，污染较小，水资源开发利用率低的支流，建设蓄洪生态水库工程，如渭河上、中游的宝鸡市通关河水库、小水河水库、银洞峡水库，西安市斗门水库、田峪水库等，调蓄渭河干支流洪水，供给渭河河道生态用水。对于生态用水非常迫切的河流可先期建设应急补水工程，逐步转向统筹规划生态补水工程[6]。

在渭河下游段，结合洪涝灾害突出的问题，可加大蓄滞洪区、分洪区建设，如扩建少华湖、太华湖等，可借鉴无锡太湖水环境综合整治、扬州城市清水活水工程建设经验，在渭南市南山支流入渭口、蓄滞洪区排水口，建设具有双向调节的控制性闸、泵站工程，实施河湖水系连通，既能减轻洪涝灾害，又能实现洪水资源化利用，补充渭河生态用水。

通过以上蓄洪生态湖库工程，调蓄利用渭河干流及支流洪水，用于补充渭河干流生态流量，估算年增加渭河生态水量可达1亿m3。

(3) 加大再生水利用，提高废污水处理标准，满足河道生态用水需求

渭河流域现有城镇污水处理厂约126座，设计污水处理能力373万t/d，规划至2030年，新建扩建污水处理厂279座，新增处理规模290万t/d，2015年渭河流域废污水排放量达9.2亿m3。目前，多数污水处理厂未配套建设再生水回用设施，部分回用设施也因成本等问题难以正常运行，渭河流域废污水再生利用量仅10万m3/d，仅占渭河流域总供水量的0.6%，一定程度上造成水资源浪费。

因此必须加大污水厂中水、塘坝涝水等再生水利用，以减少新鲜水取用量，间接增加河道生态用水。要制定非常规水资源利用系统建设技术导则和相关管理规定，建立城市污水厂中水利用补贴机制，推进城镇污水处理厂中水回用设施建设。根据生产、生活、服务等领域对水质的不同要求，合理配置地下水、地表水、非常规水等不同水资源，推进分质供水，优水优用，至2020年使渭河流域再生水利用率达到30%，利用量达到60万t/d，经处理后满足使用标准的中水可全面用于市政绿化用水、城镇冲洗用水、水生态景观补水，城市热电厂等一般工业用水，提高水资源利用综合效益[8]。

目前，渭河流域大多数废污水处理标准为DB61/224—2011《黄河流域(陕西段)污水综合排放标准》一级标准[9]、GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准[10]，处理标准虽满足要求，但难以适应再生利用和生态用水需求。可因地制宜，结合经济社会发展水平，逐步提高城市污水处理标准，在污水厂入河排放口建设人工净化湿地，进一步净化废污水，达到或接近地表水环境质量标准Ⅳ类水，再排入河道，可直接满足河道生态用水需求。初步估算通过再生水利用年可补充渭河生态水约1亿m3。

6 结 语

河流生态需水量是维护河流健康，保护和修复河流水生态系统的关键因素。特别是河道生态基流，是维持河床基本形态，防止河道断流，维持水体一定的自净能力以及水生生物基本生存的最低需求[11]。陕西省渭河流域由于水资源供需矛盾突出，导致河道生态水量被严重挤占，加剧了水污染治理和水生态修复难度。因此，必须尽快采取措施改善河道生态流量，按照“关中留水”、“柔性治水”的战略思路，应加快建设一批蓄洪生态水库，加大再生水利用，同时加强水资源统一调度管理，全面实施河长制，实施水利工程生态调度，加强生态流量监测体系建设，尽快改善渭河生态水量不足的局面。通过不断探索研究保障和增加河湖生态水量的途径、措施与机制，有力推进和保障渭河水生态文明建设，形成良好水生态，以水资源可持续利用促进渭河经济社会持续健康发展。