小凌河烏金塘水庫生態(tài)調(diào)度方案研究

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110006)

遼寧省是我國北方缺水省份之一，人均水資源占有量僅為全國平均值的1/3，屬資源性缺水地區(qū)。水資源時(shí)空分布不均，現(xiàn)狀水資源開發(fā)利用極不均衡，水生態(tài)環(huán)境問題突出。目前，國內(nèi)水庫生態(tài)用水調(diào)度處于起步階段，多數(shù)成果僅限于宏觀定性方面的論述，在具體的微觀定量方面還缺乏實(shí)質(zhì)性的工作。國內(nèi)主要有分析生態(tài)流量泄放的現(xiàn)狀及存在的主要問題探討[1]，構(gòu)建可量化三級(jí)生態(tài)效應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[2]，淮河流域生態(tài)調(diào)度方案[3]，多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型[4]，觀音閣到蔘窩水庫區(qū)間水庫群聯(lián)合調(diào)度模型[5]，大伙房水庫引水、供水聯(lián)合調(diào)度模型[6]等。本文主要明確烏金塘水庫控制斷面的生態(tài)目標(biāo)和生態(tài)用水需求，提出斷面生態(tài)水量，模擬計(jì)算烏金塘水庫的調(diào)度運(yùn)行方式，提出能夠維持河流基本生態(tài)用水需求、重點(diǎn)保障枯水期生態(tài)基流的調(diào)度方案。

1 流域及水庫概況

小凌河是遼寧省西部較大河流之一，發(fā)源于朝陽縣西南，自西北向東南流經(jīng)朝陽、連山、凌海、錦州等市、縣(區(qū))，于凌海市娘娘宮鄉(xiāng)南注入遼東灣，干流河長206km，流域面積5153km2。女兒河是小凌河下游的一大支流，在錦州市南匯入小凌河。女兒河河長134km，流域面積1490km2，在其中游建有烏金塘水庫(大型)和虹螺山水庫(中型)。

烏金塘水庫是小凌河支流女兒河上的大型水庫，地處葫蘆島市東北部黃土坎鄉(xiāng)，壩址以上控制流域面積925km2，占小凌河流域面積的18%，壩址以上多年平均徑流量1.35億m3。水庫是以防洪、城市供水為主，兼顧發(fā)電、灌溉、養(yǎng)魚等綜合利用的水庫，特征指標(biāo)見表1。

表1 烏金塘水庫特征指標(biāo)

2 流域水文情勢變化

女兒河中游的烏金塘站多年平均天然年徑流量1.35億m3，年徑流深146mm，徑流系數(shù)0.23。最大年徑流量4.78億m3(1969年)，最小年徑流量0.21億m3(1981年)，最大與最小年徑流比值為22.76。由圖1可以看出，因氣象因素導(dǎo)致小凌河流域多年平均徑流量整體上呈減少趨勢，近幾年減少趨勢明顯，1956—2012年間經(jīng)歷了2個(gè)大的枯水段，分別為1979—1993年和1998—2009年。

圖1 烏金塘站徑流差積曲線

烏金塘水庫工程于1973年建成，1956—1972年數(shù)據(jù)為建庫前數(shù)據(jù)，1973—2012年數(shù)據(jù)為建庫后數(shù)據(jù)，各月平均流量見表2和圖2。

表2 烏金塘水庫下游河道月平均流量指標(biāo)改變統(tǒng)計(jì) 單位：m3/s

圖2 烏金塘水庫建庫前后烏金塘站月平均流量過程

由圖2可以看出，烏金塘水庫建庫后水文情勢[7]均有變化趨勢，建庫后年內(nèi)徑流變化趨勢較不明顯，汛期7—8月由于水庫調(diào)蓄，同期流量較建庫前有所減少，從9月開始由于水庫蓄水，下泄流量低于天然狀態(tài)。

3 河道外需水及水庫生態(tài)供水可能性

女兒河流域現(xiàn)狀國民經(jīng)濟(jì)各部門總用水量為8172萬m3，由表3可以看出，該流域工業(yè)及農(nóng)業(yè)用水比重較大，分別占流域總用水量的40.39%、32.49%，建筑業(yè)及生態(tài)用水占比較小，僅占流域總用水量的1.04%、0.05%。

烏金塘水庫現(xiàn)狀向葫蘆島市區(qū)供水2008萬m3，水庫正常年份供水規(guī)模9萬m3/d，富余水量指標(biāo)1277萬m3，具有一定的生態(tài)供水潛力。

表3 女兒河流域國民經(jīng)濟(jì)用水情況 單位：萬m3

4 生態(tài)需水量

綜合河流生態(tài)環(huán)境功能、生態(tài)環(huán)境狀況、水資源稟賦條件等因素，采用Tennant法確定烏金塘水庫斷面生態(tài)流量，將生態(tài)放流方案分為基本生態(tài)需水量方案和適宜生態(tài)需水量方案。

4.1 基本生態(tài)需水量

冰封期主要為1月、2月、11月和12月4個(gè)月份，采用生態(tài)基流。以斷面長系列天然月平均流量為基礎(chǔ)，選擇90%保證率下的最枯月平均流量計(jì)算斷面基本生態(tài)需水量。3—10月按多年平均徑流量的10%計(jì)算[8]?；旧鷳B(tài)需水量見表4。

表4 基本生態(tài)需水量 單位：萬m3

4.2 適宜生態(tài)需水量

冰封期主要為1月、2月、11月和12月4個(gè)月份，采用90%保證率下的最枯月平均流量作為斷面基本生態(tài)環(huán)境需水量最小值[9-10]。5—8月生態(tài)水量按多年平均徑流量的20%計(jì)算。3月、4月、9月和10月4個(gè)月份，與基本生態(tài)需水量方案相同，按多年平均徑流量10%計(jì)算。適宜生態(tài)需水量見表5，烏金塘水庫壩址斷面逐月平均生態(tài)水量過程見圖3。

表5 適宜生態(tài)需水量 單位：萬m3

5 生態(tài)用水調(diào)度方案

以烏金塘水庫為節(jié)點(diǎn)，以水庫下游區(qū)間對(duì)生態(tài)用水新的需求，結(jié)合水庫近年來實(shí)際調(diào)度運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，模擬計(jì)算不同生態(tài)用水情景下的烏金塘水庫調(diào)度運(yùn)行方式，對(duì)不同運(yùn)行方式的影響進(jìn)行分析。圖4為女兒河生態(tài)調(diào)度系統(tǒng)概化圖。

圖3 烏金塘水庫壩址斷面逐月平均生態(tài)水量過程

5.1 邊界條件及計(jì)算成果

徑流系列采用1956—2007年(共52年)系列，選取豐(P=25%)、平(P=50%)、枯(P=75%)三個(gè)典型年，烏金塘水庫無大型引調(diào)水工程，水庫根據(jù)蓄水量及下游用水需求，適當(dāng)調(diào)整下游泄放水量。通過52年長系列興利調(diào)節(jié)計(jì)算分析烏金塘水庫在基本、適宜情況下泄放生態(tài)水量的方案，計(jì)算成果見表6。

圖4 女兒河流域生態(tài)調(diào)度系統(tǒng)概化圖

表6 基本、適宜生態(tài)需水調(diào)度方案成果 單位：萬m3

5.2 生態(tài)用水調(diào)度結(jié)果分析

烏金塘水庫原設(shè)計(jì)供水任務(wù)僅為向葫蘆島市區(qū)供水，并未考慮生態(tài)環(huán)境需水問題，目前，水庫供水量尚未達(dá)到設(shè)計(jì)供水能力，仍有富余能力供給生態(tài)水量。水庫無下游補(bǔ)水任務(wù)，因此，水庫在基本生態(tài)需水和適宜生態(tài)需水情況下，下泄生態(tài)水量均為純放生態(tài)水量。根據(jù)年初水庫蓄水位及預(yù)測年度來水情況選擇生態(tài)泄流方案，年初水庫水位較高且預(yù)測年度來水量偏豐時(shí)，可考慮適宜生態(tài)需水方案，水位較低或來水預(yù)測偏枯時(shí)，選擇基本生態(tài)需水方案。

目前受限于水庫城市生活與工業(yè)輸水管道過流能力及水庫水質(zhì)，水庫城市生活與工業(yè)供水量較少。烏金塘水庫有較大的生態(tài)供水能力，基本方案、適宜方案均能滿足。

6 結(jié) 論

本文通過分析烏金塘水庫所在流域建庫前后水文情勢，在判斷烏金塘水庫供水富余指標(biāo)前提下，確定水庫具有一定的生態(tài)供水潛力，并將生態(tài)放流方案分為基本生態(tài)需水方案及適宜生態(tài)需水方案，分別確定兩種方案下烏金塘水庫可以泄放的生態(tài)水量。主要結(jié)論如下：烏金塘水庫建庫后水文情勢趨于均化，建庫后年內(nèi)徑流變化趨勢較不明顯；烏金塘水庫正常年份供水規(guī)模9萬m3/d，富余水量指標(biāo)1277萬m3，仍有一定的生態(tài)供水潛力；烏金塘水庫有較大的生態(tài)供水能力，基本方案、適宜方案均能滿足，下泄生態(tài)水量均為純放生態(tài)水量，年初水庫水位較高且預(yù)測年度來水量偏豐時(shí)，可考慮適宜生態(tài)需水方案，水位較低或來水預(yù)測偏枯時(shí)選擇基本生態(tài)需水方案。

水資源緊缺的河流，年內(nèi)來水較多，水庫應(yīng)在優(yōu)先滿足現(xiàn)有用水戶需求的前提下，在保障防洪安全情況下，盡可能增加河道生態(tài)供水量。生態(tài)調(diào)度的保護(hù)目標(biāo)主要為改善河道水質(zhì)，并結(jié)合下游水生物敏感期需水。未來應(yīng)更加完善水庫調(diào)度運(yùn)行方式，配合更親近自然的河道整治形式，為河道水生生物提供棲息地。