多目標約束條件下新建調(diào)水調(diào)蓄水庫生態(tài)流量研究

王 成婁 云林 婕

一、簡介

調(diào)水工程的調(diào)蓄水庫在解決區(qū)域干旱缺水問題、提高水資源利用率方面發(fā)揮著不可替代的重要作用，同時對區(qū)域防洪具有重大作用。水庫的調(diào)度運行將使其下游河道的水文情勢發(fā)生較大改變，使原本缺水的河道水量減少，加劇生態(tài)失衡。水資源配置中必須考慮水量的需求與供給、水環(huán)境污染與治理、水與生態(tài)這三重平衡關(guān)系。

水利工程生態(tài)環(huán)境影響的因子主要包括水流、地形、水質(zhì)、泥沙、營養(yǎng)物質(zhì)、水生生物等，結(jié)合廣泛開展的減輕大壩對生態(tài)環(huán)境不利影響的實踐，國外學者對相關(guān)理論和技術(shù)進行了大量的研究。這些研究可以劃分為兩個方面：一方面是對調(diào)度方式優(yōu)化以及配套技術(shù)設施的研究，另一方面是評估這些技術(shù)方法對生態(tài)環(huán)境的影響，從而在保證改善效果的同時不至于對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生明顯擾動。我國在發(fā)揮水利工程的生態(tài)功能、減輕水利工程對生態(tài)與環(huán)境的不利影響方面也進行了一定的探索與實踐。

從研究的方法及結(jié)果來看，國內(nèi)外的研究大都集中在關(guān)注普通水庫下泄最小生態(tài)環(huán)境保護流量，但是針對跨流域調(diào)水調(diào)蓄水庫的生態(tài)流量下泄及水生態(tài)保護措施的研究卻很少。本研究針對跨流域調(diào)水工程新建調(diào)蓄水庫供水、灌溉、防洪以及環(huán)境和生態(tài)用水等多目標利用條件下的水資源配置問題，以淮河流域大型水庫——江巷水庫為研究實例，研究了調(diào)蓄水庫建設對影響河流水文水資源及水生態(tài)的影響，提出了多目標約束條件下水庫下泄生態(tài)流量和基于水生態(tài)保護需求的水庫優(yōu)化調(diào)度措施。

二、工程概況及水生態(tài)影響

1.工程概況

正在建設的江巷水庫壩址位于淮河南岸一級支流池河上游，陳集河、儲城河及青龍河匯合處。池河全長182km，流域面積5021km2。江巷水庫水庫控制集水面積735km2，壩址處多年平均流量3.64m3/s，多年平均徑流量1.15億m3。江巷水庫主要開發(fā)任務以供水和灌溉為主，兼顧防洪等綜合利用。工程向城鎮(zhèn)生活和工業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉多年平均供水2.41億m3，其中利用駟馬山引江灌溉工程引長江入庫水量2.25億m3，利用當?shù)貜搅?.16億m3。

水庫正常蓄水位43.0m，死水位41.0m，汛期限制水位42.4m，總庫容1.30億m3，正常蓄水位庫容0.43億m3，防洪庫容0.30億 m3，興利庫容 0.34億 m3，具有不完全年調(diào)節(jié)能力。庫區(qū)回水長18.90km，淹沒面積20km2，為典型寬淺型平原水庫。

2.工程建設對水生生態(tài)的影響

工程建設對水生生態(tài)的影響主要表現(xiàn)為大壩阻隔造成魚類生境的片段化、阻礙群體間的基因交流，以及庫區(qū)和壩下水文情勢變化對魚類產(chǎn)卵繁殖和生長發(fā)育的影響。雖然江巷水庫多年平均利用當?shù)厮Y源量僅占壩址處徑流量的14%，但池河徑流的年際、年內(nèi)分配極不均勻，在75%保證率的枯水年，10月至翌年2月月均流量小于0.2m3/s。而且江巷水庫只具有不完全年調(diào)節(jié)能力，調(diào)蓄能力弱，若不優(yōu)化水庫運行調(diào)度措施，確定合理的生態(tài)流量，將會進一步加劇池河的斷流狀況，惡化水生態(tài)。

三、水生態(tài)保護研究

本研究基于水生態(tài)保護需求，從確保生態(tài)下泄流量、魚類增殖放流、魚道建設、棲息地保護、生態(tài)流量保障等方面提出了生態(tài)保護集成方案，綜合改善河道生境。

1.生態(tài)流量

結(jié)合流域環(huán)境背景及水庫特性，水庫壩址下游河段需水量主要考慮滿足三個方面的要求：①維持水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定所需水量；②維持河流水環(huán)境質(zhì)量的最小稀釋凈化水量；③維持下游供水區(qū)城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)需水量；④維持過魚設施運行所需水量。針對河道形態(tài)、徑流特征、環(huán)境特征和資料的可得性，分析生態(tài)保護、環(huán)境保護、水資源利用目標下的水庫所需逐月最小下泄流量，最終取流量的外包線作為水庫推薦逐月最小下泄流量。

（1）生態(tài)需水計算

為滿足河道內(nèi)最小生態(tài)用水要求，采用Tennant法計算得出10月～翌年5月不低于0.5m3/s，6月～9月不低于1.5m3/s；采用90%保證率法計算，即按全年12個月的月平均徑流排頻計算，90%保證率時，月均徑流18.81萬 m3，合 0.073m3/s。采用7Q10法，即90%保證率最枯連續(xù)7天的平均流量計算，月均徑流12.01萬m3，合0.046m3/s。

（2）維持水環(huán)境質(zhì)量的最小稀釋凈化水量

分析在P=90%的不利水文條件下，水庫建成后下泄水量對壩下各控制斷面的水環(huán)境影響。試算確定水質(zhì)達標條件（定遠縣池河馬橋河河口上斷面達到Ⅳ類標準（現(xiàn)狀控制標準）和出境斷面池河閘達到Ⅲ類標準）下的水庫需要達到的逐月最小下泄水量0.17m3/s。

（3）過魚設施運行需水計算

江巷水庫工程過壩魚道結(jié)構(gòu)型式選擇仿自然通道型式，根據(jù)設計成果，為保證江巷水庫過魚設施的有效性，3月～7月，魚道需要至少0.57m3/s的流量，否則起不到誘魚效果。

在生態(tài)需水、環(huán)境需水、過魚設施需水、引水調(diào)蓄、城市供水、灌溉供水、防洪保安等多目標約束條件下，合理確定江巷水庫下泄生態(tài)流量：每年10月至翌年3月，通過生態(tài)放水閘以0.5m3/s下泄生態(tài)流量，當入庫流量小于規(guī)定下泄生態(tài)流量時，按入庫流量下泄，但不得低于0.2m3/s；每年4月～9月，通過魚道和生態(tài)放水閘以1.5m3/s下泄生態(tài)流量，當入庫流量小于規(guī)定下泄生態(tài)流量時，按入庫流量下泄，但不得低于0.6m3/s滿足過魚設施用水需求。每年3月～7月為魚類洄游產(chǎn)卵期，通過魚道下泄0.6m3/s流量，滿足過魚設施用水需求。

根據(jù)上述原則進行水庫調(diào)度，多年平均下泄生態(tài)水量2322萬m3。在枯水年（p=90%、1994年），通過駟馬山灌區(qū)引水3.59億m3，未突破灌區(qū)規(guī)劃確定的引水規(guī)模；下泄生態(tài)水量2322萬m3，大于當年天然徑流量，有利于下游水生生境保護。

圖1 池河流域地理位置圖

根據(jù)統(tǒng)計，在11個枯水年（p=80%以上），通過引江補水和水庫調(diào)度運用，下泄的年徑流量有所增加，改善了河道生態(tài)。

2.水庫優(yōu)化調(diào)度措施

（1）池河干流洪水期閘壩生態(tài)調(diào)度

江巷水庫控制流域面積較小，壩址處多年平均流量也較小，洪水期通過池河干流閘壩聯(lián)合調(diào)度更有效果。即洪水期洪峰來臨前24h開放江巷水庫、石角橋閘、池河閘和山許閘，洪峰過后推遲24h關(guān)閉閘門，使得上溯魚類能溯流而上，而后順流而返。

（2）保持魚類繁殖期水量穩(wěn)定

在3月～8月多數(shù)魚類主產(chǎn)卵期，應當力求避免下泄水量的頻繁變動，維持下游河段水位的穩(wěn)定，避免對產(chǎn)粘沉型卵魚類的繁殖生境產(chǎn)生破壞。

（3）生態(tài)調(diào)度

每年10月至翌年3月，通過生態(tài)放水閘以0.5m3/s下泄生態(tài)流量，當入庫流量小于規(guī)定下泄生態(tài)流量時，按入庫流量下泄，但不得低于0.2m3/s。

每年4月～9月，通過魚道和生態(tài)放水閘以1.5m3/s下泄生態(tài)流量，當入庫流量小于規(guī)定下泄生態(tài)流量時，按入庫流量下泄，但不得低于0.6m3/s，滿足過魚設施用水需求。

四、結(jié)論

本研究選擇多種方法對調(diào)蓄調(diào)水水庫影響河流下游進行生態(tài)流量研究，在生態(tài)需水、環(huán)境需水、引水調(diào)蓄、城市供水、灌溉供水、防洪保安等多目標約束條件下，合理確定江巷水庫下泄生態(tài)流量，構(gòu)建了影響河流的生態(tài)需水保障機制。工程運行后，通過水庫調(diào)度運用保證了生態(tài)流量，枯水年（p=90%以上）下泄的年徑流量有所增加，保證壩址斷面不斷流，改善下游的水生生態(tài)環(huán)境。同時基于生境改善綜合技術(shù)，結(jié)合生態(tài)流量下泄、增殖放流、過魚設施、棲息地保護和生態(tài)調(diào)度等措施構(gòu)建的多措施集成方案能夠綜合改善河道生境■