永定河泛区生态廊道多水源保障格局构建研究

刘江侠，王白陆，董 琳

(水利部海河水利委员会科技咨询中心，天津 300170)

1 研究背景

永定河泛区作为永定河生态廊道[1-2]下游的重要纽带区域，既是永定河下游的重要蓄滞洪区，也是廊坊生态水网构建的重要组成部分。为治理永定河泛区，诸多学者针对泛区洪水模拟和防洪治理进行了研究[3-4]。如1996年郭璞[5]等人对永定河泛区治理的思考，主要针对防洪工程措施。

随着生态文明建设的推进，我国提出了多种思路和措施，进行了水资源配置研究[6-10]；2016年，国家发改委、水利部和国家林业局联合印发的《永定河综合治理与生态修复总体方案》[11]，明确了永定河泛区的生态需水量及治理工程；2019年2月，刘江侠等人[12]进行永定河生态廊道构建的水量调配研究，提出了满足主要控制断面生态水量的措施；杜勇等人[13-14]对永定河生态综合治理与生态修复方案进行了研究；王立发[15]等人对永定河地下水库水资源储蓄能力做了相应研究；韩琪[16]等人对永定河泛区生态廊道宽度的界定进行了研究。上述措施和思路对永定河泛区生态水量保障的研究较少。

近年来受经济社会发展[17]和下垫面[18]的影响，永定河泛区来水量逐渐减少，要恢复永定河泛区的生态功能，必须解决泛区的水源问题，同时如何调配水源来保障生态水量更是重中之重。为此，本文在深入分析永定河泛区主要水源的基础上，建立不同水源入永定河泛区的模拟模型，对不同水源进行模拟分析，研究确定不同水源的调度方式，以实现构建永定河绿色廊道、保障永定河泛区生态水量的目标。

2 基本情况

永定河泛区位于永定河中下游，始于梁各庄，至屈家店枢纽结束。泛区内河道总长度为67km，左右大堤间的距离为6～7km，总面积为523km2，主要涉及北京市、河北省和天津市3个行政区。永定河主槽自梁各庄进入泛区后基本呈西东方向贯穿整个泛区，并通过屈家店枢纽与永定新河及北运河相接。泛区内永定河左岸有天堂河、龙河汇入。永定河泛区示意图如图1所示。

图1 永定河泛区示意图

3 生态需水目标

3.1 生态定位

按照国家治理永定河的目标[15]，平原段是恢复水体连通和景观环境功能，以保障一定河道内生态水面为主要目标。按照维持水面的思路，永定河泛区从梁各庄到屈家店区间仅维持一定的水面即可。

3.2 生态环境需水量

永定河泛区段，在永定河实施治理以前常年干涸，已丧失自然河流特性。根据SL/Z 712—2014《河湖生态环境需水计算规范》(以下简称《规范》)[19]，计算维持水体连通功能主要考虑河流溪流及河道内湿地水面的蒸发渗漏损失量[20]。

依据《永定河综合治理与生态修复总体规划》，永定河泛区段自梁各庄至屈家店，生态治理主要是开挖主河槽，采取减渗措施，维持一定的水面，恢复到上游北京市现有的状况。按照水面宽度10m计算基本生态需水量为0.13亿m3；水面宽度30m计算目标生态需水量为0.39亿m3。见表1。

表1 永定河泛区段生态需水量成果

4 不同水源入泛区模拟模型的构建

4.1 永定河泛区的主要水源

经实地调查永定河泛区的实际情况，可入永定河泛区的水源主要包括上游和区间河道即永定河、天堂河和龙河的直接入流以及廊坊市环城水系再生水的间接入流。受气候变化和人类活动等影响，永定河固安站在实施永定河综合治理与生态修复前没有地表径流；治理后，2019年无地表径流，2020年过水304万m3，天堂河和龙河有少量地表径流入泛区。

4.2 模型的构建

4.2.1模型的计算原理

本文水资源调配模型是以“中国水利科学院在全国水资源综合规划中开发的基于规则的面向对象水资源配置模型(简称ROWAS模型[21-22])”为基础，同时结合基于公共属性的水资源配置方法[27]进行细化的。模型计算基于水量平衡：

Wrasin+Wbasin+Wdin-Wconv-Wspl-Wvl=0

(1)

Wconv=Wevp+Wdisp

(2)

Wspl=Wapply*R

(3)

式中，Wrasin—单元入流水量，万m3；Wbasin—地表天然入流量，万m3；Wdin—外调水量，万m3；Wevp—蒸腾蒸散发水量，万m3；Wdisp—渗漏损失水量，万m3；Wspl—耗水量，万m3；Wapply—供水水量，万m3；R—耗水率；Wvl—系统蓄变量，万m3。

通过建立永定河上游、天堂河和龙河的水资源调配模拟模型，模拟不同水源入泛区的水量。依据模拟结果，通过合理调度来满足永定河泛区的生态需水目标。

4.2.2模型构建

根据永定河和永定河泛区廊坊周边上下游拓扑关系，考虑到区域的尺度和模拟对象的特点，对永定河梁各庄上游永定河大尺度区域，采用水资源三级区套地级行政区为计算单元。对于天堂河有更生闸作为控制，且有实测数据，直接根据实测数据，考虑上游耗水量的增加，测算天堂河入泛区的水量。龙河流域的水从东张务闸入永定河泛区；廊坊环城水系的再生水小部分入龙河，大部门经廊坊的五干渠入老龙河。考虑到龙河和环城水系的水之间的循环利用，同时可通过调度将入老龙河的环城水系的水通过胜利支渠经丰收闸入泛区，故在永定河区域模型的基础上，将龙河、凤河和廊坊市永定河泛区以北区域作为一个局部区域，以乡镇为供水单元进行水循环体系模拟计算。水资源调配概化网络图如图2所示。

图2 水源调配概化网络图

5 模型参数率定及水资源模拟

5.1 参数的率定

模型确定后，需以主要控制断面的实测流量为依据，率定不同用户和不同水源之间的供用水及上下游之间的关系合理性，以率定好的参数进行水资源模拟计算。天堂河入泛区有更生闸控制，直接采用更生闸的实测水量作为模型的边界条件，仅率定永定河流域和龙河流域。永定河流域以官厅水库站为控制断面，龙河流域以北昌站为控制断面；官厅水库站和北昌站，以各控制断面上游2001—2016年的耗水水平为基础，以该控制站的实测水量为依据，对模型耗水率、蒸发渗漏损失量率等参数进行率定；通过不断的调整参数，使得两个断面的模拟下泄水量与实际下泄水量的平均误差控制在10%以内，模型模拟结果符合实际。模拟结果见表2。模拟结果显示，模拟误差在10%以内，模型可用于水资源模拟。

表2 2001—2016年现状基准年主要控制断面模拟计算成果 单位：亿m3

5.2 生态廊道构建的水源格局

5.2.1模拟结果

利用率定好的模型，采用经水利部印发的全国第三次水资源调查评价细则[23]的代表系列1956—2016年，对入泛区的上游水量调配进行模拟，见表3。根据模拟结果可以看出，在2035年用水水平情况下，永定河、天堂河和龙河入泛区的水量遇75%枯水年及更枯的年份永定河泛区的基本生态用水难以满足；一般年份及丰水年，基本生态能够保障，但是距目标生态数量还有一定的差距；因此需要合理调度其他水源来保障永定河泛区的生态用水需求。

表3 2035年主要断面径流数据 单位：万m3

5.2.2供水水源格局

考虑永定河泛区的实际情况，按照一般年份和75%年份达到目标生态水量、95%年份达到基本生态水量的目标考虑，需要采取合理调度和构建多水源才能实现。首先，通过合理调度廊坊环城水系入老龙河的再生水，即关闭南官村闸，将水通过廊坊市的五一渠雍水，通过胜利支渠经丰收渠入永定河泛区，多年平均可调度1534万m3水量；第二，利用南水北调中线的富余水量，通过龙河上游的大伍龙闸，改善龙河生态的同时，经东张务闸入永定河泛区。据2019年的实测资料，南水北调向龙河生态补水约2000万m3，规划年可考虑调入1500万m3的水量；第三，考虑控制永定河上游的耗水、减少河道的渗漏量，增加永定河入泛区水量。

6 结论

为构建永定河泛区生态廊道，按照正常年份和75%年份保障永定河泛区的目标生态水量、95%以上的枯水年份保障基本生态水量的目标的原则，需采取合理调度廊坊环城水系的再生水，充分利用南水北调富余水量，减少永定河上游的耗水量和河道渗漏量等措施。从而形成永定河、天堂河、龙河和南水北调多水源入泛区，同时环城水系的再生水作为补充的多水源供水格局，达到有效改善永定河泛区生态的目标。