二甲溝水庫工程下游最小生態(tài)需水量及保障措施研究

王天亮

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱150080)

0 前言

在生態(tài)文明建設(shè)中水利可持續(xù)發(fā)展是非常重要的一個環(huán)節(jié)。水是地球上人類及一切生物賴以生存而不可缺少的自然資源?？v觀全球、全國水資源概況，提醒人們應(yīng)徹底打破“江河奔流，日夜不息，取之不盡，用之不竭”的陳舊的傳統(tǒng)觀念，樹立起珍惜、保護(hù)、節(jié)約和合理開發(fā)、利用、治理、優(yōu)化配置水資源的新觀念。在滿足經(jīng)濟(jì)社會和農(nóng)業(yè)、生活用水的前提下，如何為河流保留正常的生態(tài)和環(huán)境水量，并適當(dāng)保護(hù)河流的天然水文規(guī)律，以保護(hù)、修復(fù)河流的自然功能，并協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

二甲溝水庫位于松花江左岸一級支流富拉渾河干流中游，二甲溝水庫樞紐由攔河壩、灌溉洞和溢洪道組成。二甲溝水庫是以農(nóng)田灌溉為主，兼顧防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游的綜合性水利樞紐工程。富拉渾河屬于北方寒區(qū)河流，特點為流量小、季節(jié)性變化大、冰封期長，流域面積248 km2，壩址以上多年平均徑流量為0.45×108m3，多年平均流量1.43 m3/s。

1 河道內(nèi)生態(tài)需水量計算方法

富拉渾河流域缺少水生生態(tài)和陸生生態(tài)資料，生境模擬法和整體法等計算方法受資料限制無法使用;壩址下游河道不規(guī)則、河道水力參數(shù)難以確定，不適用于水力學(xué)法;水文學(xué)法對數(shù)據(jù)資料要求最少、計算方法簡單易用，但需要較長水文系列年的歷史流量數(shù)據(jù)，富拉渾河流域盡管沒有水文站和雨量站，但可以利用相鄰流域的水文站點和雨量站實測資料進(jìn)行水量插補(bǔ)還原計算，推求水庫壩址處的長系列天然徑流成果。因此，采用水文學(xué)法中的Tennant法、90%保證率法、近10年最枯月流量法、流量歷史曲線法和近10年最枯月流量法等對比分析，確定二甲溝水庫工程生態(tài)需水計算方法［1］。

1.1 Tennant法

Tennant法是根據(jù)水文資料和年平均徑流量百分?jǐn)?shù)來描述河道內(nèi)流量狀態(tài)。該方法認(rèn)為:多年平均流量的10%是保持大多數(shù)水生生物短時間生存所推薦的最低短時徑流量;多年平均流量的30%是保持大多數(shù)水生生物有良好棲息條件所推薦的基本徑流量，多年平均流量的60%是為大多數(shù)水生生物在主要生長期提供優(yōu)良至極好棲息條件所推薦的基本徑流量。

局限性:未考慮水量的年內(nèi)分配，水生生物對流量的要求在不同季節(jié)不同。該方法根據(jù)多年平均流量的一定比例統(tǒng)一劃定，未考慮水量需求的年內(nèi)變化問題，與水生生物生境要求不相符合。

1.2 90%保證率法

90%保證率法為90%保證率最枯月平均流量，是7Q10法的延伸。7Q10法是指采用90%保證率最枯連續(xù)7 d的平均水量作為河流最小流量設(shè)計值，該方法傳入我國后主要用于計算污染物允許排放量。適用于開發(fā)利用程度較高的河流，要求擁有長系列水文資料。

局限性:基于流量基礎(chǔ)之上的一種方法，對水生生態(tài)學(xué)方面的因素考慮較少。

1.3 流量歷史曲線法

流量歷史曲線法利用歷史流量資料構(gòu)建各月流量歷時曲線，以90%保證率對應(yīng)流量作為生態(tài)基流。

局限性:目前對不同時期水生生物需水量方面的研究較少，因此在具體的頻率設(shè)定過程中可供參考的成果不多。

1.4 近10年最枯月流量法

近10年最枯月流量法主要采用近10年最枯月平均流量，適用于河流納污能力計算。

局限性:最枯月平均流量法需要的水文觀測資料系列較短，其適用范圍和局限性與保證率法基本一致，在計算河流納污能力方面有獨(dú)特的優(yōu)勢。

2 富拉渾河流域主要生態(tài)問題

富拉渾河流域開發(fā)利用程度低，目前壩址下游只有富鄉(xiāng)灌區(qū)，實灌面積233.33 hm2。

現(xiàn)階段富拉渾河流域壩址上游生態(tài)環(huán)境較好，由于多年來下游農(nóng)業(yè)發(fā)展，壩址下游水質(zhì)超標(biāo)，河流內(nèi)魚類等水生生物均為常見種，無瀕危珍稀物種。

3 二甲溝水庫生態(tài)需水

為維護(hù)河流的基本生態(tài)需求，從生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求角度考慮，采用Tennant法進(jìn)行生態(tài)需水計算，依據(jù)北方寒區(qū)河流特點，以及富拉渾河無敏感生態(tài)需水對象等情況，對Tennant法進(jìn)行改進(jìn)，將計算時段微調(diào)為4—9月、10月和11月—次年3月，4—9月為富拉渾河常見魚類的產(chǎn)卵和育肥期，其對流量和流速要求較高，取不小于多年平均天然流量的20%作為河流各月最小生態(tài)環(huán)境流量，10月取多年平均天然流量的10%作為河流最小生態(tài)環(huán)境流量，由于11月—次年3月份為封凍期，富拉渾河天然流量相對較小，河道連底凍、干枯，本次擬取天然流量作為河流各月生態(tài)環(huán)境流量［2-3］。

二甲溝水庫壩址生態(tài)需水量見表1。

表1 二甲溝水庫壩址生態(tài)需水量表 m3·s-1

4 二甲溝水庫生態(tài)需水保障措施

二甲溝水庫通過灌溉洞經(jīng)下游河道兩側(cè)的渠道為下游灌區(qū)供水，壩址下游3km范圍內(nèi)無支流匯入，為減水河段?？紤]到本工程的布置及調(diào)度運(yùn)行方式，不宜設(shè)置小機(jī)組發(fā)電的放流方式，為保證下游河道生態(tài)需水要求，通過灌溉洞架設(shè)支管下泄生態(tài)流量，支管接入口設(shè)置閥門開關(guān)，依據(jù)生態(tài)需水調(diào)控方案，控制下泄流量，通過以上方式可以滿足計算確定的最小生態(tài)流量的需求。

根據(jù)目前國內(nèi)外水利水電工程實踐，為下泄生態(tài)流量控制措施應(yīng)得以保證，工程壩下生態(tài)流量控制子系統(tǒng)應(yīng)納入二甲溝水庫防洪供水綜合自動化調(diào)度系統(tǒng)，配備生態(tài)需水流量在線監(jiān)控系統(tǒng)，嚴(yán)格落實下泄生態(tài)流量的調(diào)控方案，水庫投產(chǎn)后應(yīng)加強(qiáng)河道巡查，監(jiān)督和檢查有關(guān)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)情況及最小下泄流量執(zhí)行情況。

5 結(jié)語

本文以二甲溝水庫工程為例，結(jié)合河流的功能和工程任務(wù)，針對河流生態(tài)需水的特點對生態(tài)需水計算方法進(jìn)行分析，并對Tennant法進(jìn)行改進(jìn)，充分考慮工程的任務(wù)和功能，以及調(diào)度運(yùn)行方式，制定二甲溝水庫生態(tài)需水量，采取架設(shè)環(huán)境支管下泄生態(tài)流量，是生態(tài)需水流量泄放方式與供水方式相結(jié)合的較優(yōu)選擇，采用遠(yuǎn)程監(jiān)控方式，將流量自動監(jiān)控系統(tǒng)安裝在環(huán)境支管和壩下河道合適位置，納入到環(huán)保或水行政主管部門的管理體系。

［1］王西琴.河流生態(tài)需水理論、方法與應(yīng)用［M］.北京:中國水利水電出版社，2007:25-28.

［2］黃強(qiáng)，等.計算黃河干流生態(tài)環(huán)境需水Tennant法的改進(jìn)及應(yīng)用［J］.水動力學(xué)研究與進(jìn)展:A輯，2007，22(06):774-781.

［3］朱黨生，郝芳華，等.河流開發(fā)與流域生態(tài)安全［M］.北京:中國水利水電出版社，2012:15-19.