淮河流域新建水庫下泄生態(tài)流量確定方法探討

尹 星 王 成 陳立強 婁 云

淮河流域新建水庫下泄生態(tài)流量確定方法探討

尹 星 王 成 陳立強 婁 云

水庫筑壩引水、調節(jié)庫容等活動將使水庫下游河道的水文情勢發(fā)生較大變化，這種變化不僅對壩址下游生產(chǎn)、生活用水和景觀產(chǎn)生一定影響，同時還對下游水生生態(tài)系統(tǒng)造成一定不利影響。因此，合理確定水庫工程的下泄生態(tài)流量，成為維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)平衡，保護下游生態(tài)環(huán)境的重要手段。隨著治淮建設的不斷發(fā)展，新建水庫工程時均需要充分考慮到生態(tài)環(huán)境用水，特別是新建調蓄水庫更是要保證下泄生態(tài)流量，保護下游生態(tài)環(huán)境。

一、生態(tài)流量計算方法

近年來隨著河流生態(tài)保護理論的發(fā)展，河流生態(tài)流量確定方法不斷豐富，現(xiàn)已形成水力學法、水文學法、生境模擬法和整體方法4大類，共計200多種生態(tài)流量計算方法。國內目前較為常用的生態(tài)需水量計算方法主要有Tennant法、月（年）保證率設定法、最小月平均徑流法及組合法等。但大多數(shù)觀點認為，維持水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定所需最小生態(tài)流量一般不應小于河道控制斷面多年平均流量的10%。同時水庫工程生態(tài)流量的確定應結合實際建設情況，確定過程中應充分考慮水庫規(guī)模、蓄水水源、河流季節(jié)變化以及庫區(qū)及下游取用水情況，并著重考慮生態(tài)流量對下游魚類繁殖的影響。

本文以新建前坪水庫和江巷水庫為例，探討調蓄水庫生態(tài)流量的確定方法。

二、前坪水庫下泄生態(tài)流量確定

前坪水庫位于河南省汝陽縣西9km，北汝河干流上，是一座以防洪為主，結合灌溉、供水，兼顧發(fā)電等綜合利用的大（2）型水庫，工程等別為II等。水庫總庫容5.90億m3，供水區(qū)城鎮(zhèn)生活和工業(yè)需供水量6300萬m3；水庫有效灌溉面積50.8萬畝，灌溉年均需供水量10098萬m3；河道基流水量4428萬m3。

前坪水庫為多年調節(jié)水庫，對壩址下游水文情勢改變較大，保證壩址下游河段最小流量符合生態(tài)流量泄放要求是該工程水生態(tài)系統(tǒng)保護的重要內容。結合北汝河流域環(huán)境背景，根據(jù)北汝河的河道形態(tài)、徑流特征和環(huán)境特征，生態(tài)流量采用以下三種計算方法分析：（1）90%保證率最枯月平均流量估算；（2）根據(jù)10月～次年3月多年平均徑流的20%估算；（3）按多年平均徑流的10%估算。通過上述三種方法分析估算河道基流水量。

1.90%保證率最枯月平均流量估算

根據(jù)前坪水庫1952～2010年日歷年共59年最枯月平均流量計算，保證率90%最小月平均流量為0.78m3/s，基流年水量為2270萬m3。

2.根據(jù)10月～次年3月多年平均徑流的20%估算

根據(jù)調查，4～9月是河流中魚類產(chǎn)卵育幼期，10月～次年3月是河流中魚類生長季節(jié)。10%的年平均流量為保護水生魚類棲息提供退化或貧瘠的棲息環(huán)境，20%的年平均流量為保護水生魚類棲息提供適當棲息環(huán)境。根據(jù)河流中保護水生魚類棲息環(huán)境要求，按20%的（10月～次年3月）多年平均流量標準估算河道基流水量。前坪水庫1952～2010年水文年共58年，10月～次年3月多年平均徑流量7388萬m3，按20%估算基流年水量為1478萬m3，平均流量為0.47m3/s。

3.按多年平均徑流的10%估算

在相對缺乏資料的地區(qū)，河道內生態(tài)基流計算可按多年平均流量的百分數(shù)估算河道內水生生物的需水量，一般枯水期可取平均流量10%。前坪水庫1952～2010年水文年共58年，多年平均入庫年徑流量為3.3205億m3。按多年平均徑流量的10%估算，河道基流年水量為0.3321億m3，相應流量為1.05m3/s。

按上述三種生態(tài)基流水量估算方法，枯水期生態(tài)基流量為0.47～1.05m3/s。相應基流水量為1478～3321萬m3?？梢钥闯?，用90%保證率最枯月平均流量和根據(jù)10～3月多年平均徑流的20%兩種方法估算的生態(tài)流量偏小，無法滿足維持下游生態(tài)系統(tǒng)的需求。因此，選取多年平均徑流的10%估算值，即1.05m3/s。根據(jù)前坪水庫生態(tài)環(huán)境特征，4～7月為下游魚類繁殖期，為利于下游魚類的繁殖，4～7月生態(tài)基流按多年平均徑流的20%計，為2.10m3/s。因此建議河道基流泄放方案為：8月～次年3月河道基流量采用1.05m3/s；4～7月基流采用2.10m3/s，年河道基流放水量為4428萬m3。

三、江巷水庫下泄生態(tài)流量確定

江巷水庫位于江淮分水嶺北部，滁州市定遠縣西南部約30km連江鎮(zhèn)境內；壩址位于淮河南岸支流池河上游的陳集河、儲城河及青龍河匯合處。

江巷水庫為不完全年調節(jié)水庫，工程規(guī)模為大（2）型水庫，水庫總庫容1.30億m3，其中防洪庫容0.30億m3，興利庫容0.34億m3。工程實施后，利用駟馬山引江灌溉工程，可向定遠縣城、鹽化工業(yè)園、爐橋鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)供給多年平均供水量為1.44億m3的生活和工業(yè)用水，灌區(qū)多年平均補水0.97億m3，新增灌區(qū)面積29萬畝，改善灌溉面積42.59萬畝，通過水庫控泄調度，使壩址至石角橋的池河上游防洪標準提高到20年一遇。

由于工程影響范圍內無敏感水生態(tài)和陸生生態(tài)保護目標，因此依據(jù)《水工程規(guī)劃設計生態(tài)指標體系與應用指導意見》，只需確定生態(tài)基流，保證生態(tài)用水。本次生態(tài)流量確定方法選取Tennant法、90%保證率法和7Q10法以及最小環(huán)境需水量計算。

1.Tennant法

根據(jù)1954～2013年石角橋水文站實測多年平均天然徑流量推算，江巷水庫壩址處設計多年平均徑流量1.15億m3。由于壩址以上三條支流已建中小型水庫控制面積283.9km2，實測流量已不是天然流量狀況，經(jīng)還原計算得到的多年平均天然徑流量1.55 億m3，合多年平均流量4.9m3/s。按多年平均流量10%計算，為0.49m3/s，按多年平均流量的30%計算，為1.47m3/s。即以Tennant法計算得到工程運行期需保證下泄生態(tài)流量10月～次年5月不低于0.5m3/s，6～9月不低于1.5m3/s，以滿足河道內最小生態(tài)用水要求。

2.90%保證率法和7Q10法

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。

3.最小環(huán)境需水量計算

為保證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，利用河流一維預測模式反推池河最小環(huán)境需水量。據(jù)調查，壩址下泄水水質濃度為：COD19.64mg/L、氨氮0.63mg/L。馬橋河上游9.61km為蔡橋河口，承接江巷水庫新增灌溉退水，退水量約為0.33m3/s，退水中COD濃度為46.52mg/L，NH3-N的濃度為0.65mg/L，具體推算見圖1。

圖1 生態(tài)流量與不同保證率（逐月）前后流量過程線圖

經(jīng)過調算，最終確定江巷水庫最小環(huán)境流量為0.17m3/s。

4.過魚設施需水量

為減少對下游魚類阻隔的影響，工程擬在江巷水庫、池河閘、石角橋閘建設過魚設施。根據(jù)計算，為保證江巷水庫過魚設施的有效性，3～7月，魚道需要至少0.57m3/s的流量，否則起不到誘魚效果。

由于90%保證率法和7Q10法計算得到的流量不能滿足最小環(huán)境需水量，因此不能采用。由于池河徑流的年際、年內分配極不均勻，而江巷水庫又是不完全年調節(jié)水庫，調蓄能力較弱，即便平水年的枯水期多數(shù)月份壩址斷面來水量也是小于推薦的生態(tài)流量，而枯水年和特枯水年則來水量完全小于推薦的生態(tài)流量。

綜合考慮水庫生態(tài)流量，每年10月～次年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4～9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、結論和建議

由于下游水生生態(tài)的完整性依賴于河流的自然動態(tài)變化特征，河流動態(tài)特征的改變，直接影響到下游水生生態(tài)系統(tǒng)，因此，新建水庫工程建設的同時應綜合考慮下泄生態(tài)流量，保障下游生態(tài)系統(tǒng)的完整性。工程生態(tài)流量的確定應綜合考慮河流的生態(tài)、水質、生活生產(chǎn)等用水需求。

由前坪水庫和江巷水庫生態(tài)流量確定實例可以看出，生態(tài)流量下限并非越高越好，下限過高無法體現(xiàn)徑流實際情況，容易形成全年徑流均化。其次，全年設定統(tǒng)一的生態(tài)流量下限并不合理，統(tǒng)一的生態(tài)流量下限不能反映徑流的年內季節(jié)變化，尤其對于引水蓄水型水庫容易造成引水資源浪費。為提高生態(tài)流量設置的合理性，生態(tài)流量的確定不僅要考慮基本的生態(tài)流量下限約束，還更應結合工程特征、區(qū)域環(huán)境現(xiàn)狀、已有的生態(tài)信息以及水環(huán)境容量等，并充分考慮到滿足保護生態(tài)保護目標的特定生態(tài)水文要求■

（作者單位：淮河水資源保護科學研究所 233001）