大型水庫低溫下泄對水生態(tài)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響研究

陳立強(qiáng) 周亞群 李漢卿

一、研究背景及對象

水庫低溫下泄水產(chǎn)生的環(huán)境影響主要表現(xiàn)為深層水溶解氧含量低、水生生物生長和延遲繁殖甚至不繁殖、下游灌區(qū)農(nóng)作物減產(chǎn)等。目前工程上水庫低溫下泄水減緩措施主要為多層（豎井式）取水口取水、浮式管型取水口取水、溢流式（疊梁門）分層取水等，這些措施均需在無水工況下修建水工建筑物，適宜在建或未建的水庫工程，但對已建、蓄水運(yùn)行的水庫不適用。本文以安徽省港口灣水庫為研究對象，調(diào)查和分析該水庫運(yùn)行期間低溫下泄水對水生態(tài)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的影響，并建議“以新代老”修復(fù)性建設(shè)隔水幕墻以解決該水庫低溫下泄水產(chǎn)生的環(huán)境問題。

港口灣水庫位于寧國市境內(nèi)，水陽江上源西津河上，水庫大壩位于東徑 115°53′04″、北緯 30°35′04″，水庫控制流域面積1120km2，總庫容9.41億m3，調(diào)節(jié)庫容 3.97億 m3，正常蓄水水位133.1m，是一座以防洪為主，結(jié)合發(fā)電、灌溉的大（Ⅱ）型水利水電樞紐工程。水庫工程于1998年初正式開工建設(shè)，1999年10月截流成功，2000年12月大壩面板澆筑完成，2001年3月下閘蓄水，2002年1月水庫主體工程通過驗(yàn)收。

二、水庫水溫結(jié)果調(diào)查和研究

港口灣水庫為多年調(diào)節(jié)性水庫，研究于2016年5月、6月、7月、9月、10月、12月以及2017年4月、8月分別對港口灣水庫庫區(qū)垂向不同深度處水溫、電站下泄水溫及下游西津河河道水溫進(jìn)行了測量。調(diào)查結(jié)果表明，該水庫水深 0～10m左右為變溫層，10～40m為溫躍層，40m以下為滯溫層，深層水溫年內(nèi)穩(wěn)定維持在8.5℃～10℃之間，水庫低溫下泄水與河道水溫溫差實(shí)測結(jié)果見表1。

本研究以連續(xù)2年的水溫實(shí)測結(jié)果為基礎(chǔ)和率定條件，采用EFDC模型預(yù)測了水庫10%、50%和90%水文來水年的水庫水溫結(jié)構(gòu)及下泄水溫情況，預(yù)測結(jié)果顯示，不同水文年型下該水庫庫區(qū)的水溫結(jié)構(gòu)均為穩(wěn)定分層型，4～10月水庫水溫分層明顯。特豐水年6月份下泄水溫與天然河道水溫最大溫差為8.4℃。

三、低溫下泄水對環(huán)境的影響

1.對下游魚類資源和漁業(yè)生產(chǎn)的影響

港口灣水庫所在區(qū)域?yàn)闇貛贼~類，根據(jù)生態(tài)調(diào)查結(jié)果，光倒刺鲃、翹嘴紅鲌、細(xì)鱗鲴和光唇魚等魚類生長的適宜水溫范圍為20℃～26℃。水溫低于該范圍時(shí)會(huì)造成魚類新陳代謝減慢、生長減緩，而且調(diào)查到的漁獲種類繁殖（產(chǎn)卵和孵化)對水溫的要求為22℃～26℃，低于20℃不宜產(chǎn)卵。港口灣水庫所在水陽江水系魚類產(chǎn)卵主要集中在4～7月，而該時(shí)期也是水庫下泄低溫水明顯時(shí)期，經(jīng)調(diào)查電站棄水實(shí)測水溫均低于20℃，低溫水會(huì)造成魚類產(chǎn)卵推遲甚至不產(chǎn)卵。

根據(jù)水生態(tài)調(diào)查結(jié)果，水庫下游西津河由于河道阻隔影響，相較于同區(qū)域的調(diào)查點(diǎn)位，西津河現(xiàn)場調(diào)查漁獲物呈現(xiàn)魚類總重量較大、魚類豐富度低的特點(diǎn)；對比水陽江、西津河段均有的漁獲物鱖魚親魚懷卵量，水陽江漁獲的1尾鱖魚親魚懷卵量約4.4萬粒，西津河漁獲的1尾鱖魚親魚懷卵量約2.6萬粒。根據(jù)研究，2冬齡性成熟鱖魚正常懷卵量范圍為4～9萬粒，水庫下游親魚懷卵量明顯低于4萬粒，屬于不正常范圍。對比西津河與其下游水陽江段漁獲物親魚的種類、數(shù)量和相同親魚魚種的懷卵量，水庫的低溫下泄水造成了在水庫壩下西津河段產(chǎn)卵的魚類種類（豐富度）少，魚類懷卵量低于正常范圍，表明水庫低溫下泄水對壩下西津河的魚類產(chǎn)卵及生長產(chǎn)生了一定的低溫抑制作用。調(diào)查現(xiàn)場漁獲物親魚種類及懷卵量情況見表2。

2.對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

港口灣水庫壩下至西津河和東津河匯流口段西津河河道長20km，兩岸除劉村壩灌區(qū)（1.0萬畝）外無其他灌區(qū)。因此，選擇劉村壩灌區(qū)西津河街道農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)為受低溫水影響研究區(qū)，檀樹壩灌區(qū)（取水水源為東津河）竹峰街道農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)為對照研究區(qū)。兩者同為現(xiàn)有灌區(qū)，相距距離約8km，同為低矮丘陵地區(qū)灌區(qū)，糧食種類均為水稻，畝產(chǎn)量能夠很好地反映兩灌區(qū)的糧食供應(yīng)生產(chǎn)水平。

表1 水庫低溫下泄水與河道水溫溫差實(shí)測結(jié)果表

表2 調(diào)查現(xiàn)場漁獲物親魚種類及懷卵量情況表

表3 劉村壩西津街道片、檀樹壩竹峰街道片歷年水稻產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)表

圖1 兩灌區(qū)水稻畝產(chǎn)量對比圖

現(xiàn)有劉村壩灌區(qū)和檀樹壩灌區(qū)的水源分別為港口灣水庫下泄水和東津河區(qū)間來水，劉村壩灌區(qū)所在區(qū)域?qū)儆趯巼形鹘蚝咏值?，檀樹壩灌區(qū)所在區(qū)域?qū)儆趯巼兄穹褰值?。根?jù)2001～2015年寧國市統(tǒng)計(jì)年鑒，西津街道片區(qū)和竹峰街道片區(qū)耕地水稻產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)及兩灌區(qū)畝產(chǎn)差值見表3，兩灌區(qū)水稻畝產(chǎn)量對比見圖1。

劉村壩西津街道片區(qū)和對照區(qū)竹峰街道糧食單產(chǎn)差值分析結(jié)果顯示，劉村壩與檀樹壩灌區(qū)在統(tǒng)計(jì)年份2001～2003年畝產(chǎn)相關(guān)值不明顯，相差值范圍為1.33～12.66kg/畝，但是在統(tǒng)計(jì)年份2004年始直至2015年，劉村壩灌區(qū)畝產(chǎn)量明顯低于檀樹壩片，相差值范圍為14.65～77.20kg/畝（除去統(tǒng)計(jì)年份2009年和2010年），且每年劉村壩灌區(qū)畝產(chǎn)均低于檀樹壩片。

在同地區(qū)、同生產(chǎn)技術(shù)和同氣象條件的情況下，通過長時(shí)段的同年份兩灌區(qū)畝產(chǎn)變化情況分析可知，劉村壩片畝產(chǎn)低的原因可能是受港口灣水庫下泄低溫水影響。港口灣水庫2001年下閘蓄水，至2003年蓄水到正常蓄水位，水庫開始形成穩(wěn)定的分層水溫結(jié)構(gòu)，2003年劉村壩片糧食生產(chǎn)開始受到影響（對應(yīng)的統(tǒng)計(jì)年為2004年），而檀樹壩灌區(qū)2001～2015年統(tǒng)計(jì)年份農(nóng)業(yè)未受到低溫水影響。無水庫下泄低溫水年份前，兩灌區(qū)畝產(chǎn)基本持平；有水庫下泄低溫水年份后，劉村壩灌區(qū)同年份畝產(chǎn)明顯低于檀樹壩灌區(qū)畝產(chǎn)。綜上所述，港口灣水庫下泄低溫水對劉村壩灌區(qū)水稻產(chǎn)量有一定程度的影響，多年平均減少41.6kg/畝，多年平均減少比例約10%。

四、建議

港口灣水庫垂向水溫結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定分層型，調(diào)查發(fā)現(xiàn)水庫運(yùn)行期間低溫下泄水對水生態(tài)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了一定的影響，需采取措施以減緩低溫下泄水的不利影響。針對港口灣水庫的特點(diǎn)，推薦采用隔水幕墻進(jìn)行低溫水控制，即在取水口前布置一道水溫控制幕，通過對幕墻的調(diào)節(jié)擋住不適宜溫度層的水，放流所需溫度層的水。水溫控制幕墻設(shè)計(jì)與安裝都較為簡單，工程費(fèi)用和后期維護(hù)費(fèi)用均較低且不影響發(fā)電量，適用于已運(yùn)行的大型水庫■