白石水庫壩下生態(tài)用水調度分析研究

趙麗麗

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司， 遼寧 沈陽 110006)

1 基本情況

白石水庫是大凌河下游大(1)型水庫，水庫任務主要以供水為主，兼顧防洪、灌溉、發(fā)電及養(yǎng)魚。水庫工程等別為Ⅰ等，主要水工建筑物級別為1級。樞紐主要建筑物設計洪水標準為500a一遇，校核洪水標準為5000a一遇。水庫設計洪水位132.27m，相應原始庫容14.77億m3，校核洪水位133.88m，相應原始庫容16.45億m3；正常高水位127.00m，防洪限制水位125.60m，死水位108.00m。

水庫大壩為部分采用RCD工法的碾壓混凝土重力壩。樞紐布置包括擋水壩段、溢流壩段、底孔壩段、取水壩段、電站壩段。溢洪道堰頂高程115m，最大泄流量20613m3/s；沖沙閘最大泄流量6013m3/s。

2 建庫前后水文情勢變化分析

水庫工程于1996年開工，1999年汛后落閘蓄水，2000年汛后竣工。1956—1998年數(shù)據(jù)為建庫前數(shù)據(jù)，1999—2012年數(shù)據(jù)為建庫后數(shù)據(jù)。

水庫建成后，受水庫調節(jié)影響下游河道內的各月徑流過程更加均勻。從表1中可以看出，有水庫后考慮大凌河河口水田和葦田的插秧機芽前期用水，5月河道內平均流量較無水庫時明顯增加；而汛期因水庫滯洪調蓄的影響，河道內徑流量減少顯著；汛后水庫開始蓄水，河道內徑流量較無水庫時有所降低。建庫前后各月月平均流量見表1，如圖1所示。

表1 白石水庫下游河道月平均流量指標改變統(tǒng)計表 單位：m3/s

圖1 白石水庫建庫前后義縣站月平均流量過程

3 河道內生態(tài)需水量分析

河流內生態(tài)需水量計算，需綜合河流的生態(tài)環(huán)境功能、生態(tài)環(huán)境狀況、水資源稟賦條件及開發(fā)利用程度等因素，合理確定生態(tài)環(huán)境保護目標，并選擇合適的計算方法。將生態(tài)需水分為2級：基本生態(tài)需水和適宜生態(tài)需水，詳見表2。

3.1 基本生態(tài)需水

河道內基本生態(tài)需水是維持河流基本形態(tài)、生態(tài)基本棲息地和基本自凈能力等需要保留的最小河道內流量。結合北方河流冬季結冰的特點，將基本生態(tài)需水劃分為冰凍期和非冰凍期，并依據(jù)白石水庫斷面最新的生態(tài)批復水量，確定水庫斷面基本生態(tài)需水在冰凍期為0，非冰凍期采用《LXB供水工程環(huán)境影響報告書》中批復值，即年平均需水量12520萬m3。

3.2 適宜生態(tài)需水

適宜生態(tài)需水是指維持河流輸沙、水生生物、防潮壓咸、航運等功能而需要保留的河流內的需水量及過程。考慮到大凌河河道實際需水情況，為適應水生生物的繁衍，確定5—9月生態(tài)需水流量按照多年平均徑流量的30%考慮；冰凍期11—次年2月不考慮生態(tài)需水，其余非冰凍期月份的河道內需水按照多年平均徑流量的10%考慮。

表2 生態(tài)需水量表

4 生態(tài)用水調度方案研究

4.1 邊界條件選定

4.1.1水庫調度水位選取

將水庫興利庫容平均分為4份，從死水位到正常蓄水位涉及的相應水位分別為：112.44、115.64、117.96m。將上述水位作為水庫調度運用模擬的起調水位。

表3 起調水位及庫容情況表

4.1.2典型來水頻率選取

根據(jù)1956—2007年(共52a)系列的水庫入庫水量數(shù)據(jù)，篩選了來水頻率25%、50%和75% 3個典型水量過程，其中來水頻率25%時入庫水量122034萬m3，來水頻率50%時入庫水量60233萬m3，來水頻率75%時入庫水量34856萬m3。具體入庫水量過程如圖2所示。

圖2 水庫不同來水頻率入庫水量過程

4.1.3水庫供水任務

根據(jù)水庫初步設計及現(xiàn)狀實際調查情況，水庫2017年直供阜新市2920萬m3、北票市1825萬m3、義縣1410萬m3，考慮到省重點輸水工程向各市縣供水的配套工程在2020年前未必能夠建設完成，因此確定2018—2020年水庫城市生活與工業(yè)供水對象仍為阜新市、北票市和義縣，供水總量為3者2017年供水量之和6155萬m3。

白石水庫補水任務有3項，多年平均總補水量21386萬m3:①向庫下大—復—錦區(qū)間補水，多年平均補水量1393萬m3；②給徑流負值補水，多年平均補水量2595萬m3；③向凌?！涌趨^(qū)間補水，多年平均補水量17398萬m3。

4.2 調度方案分析

經(jīng)過對水庫典型來水頻率生態(tài)供水方案計算，水庫年末庫容出現(xiàn)了2種可能性：一種是來水頻率25%條件下的入庫水量較多，水庫年末仍存蓄較大水量，仍有較大供水庫容；另一種是來水頻率50%和75%，水庫年末庫容已經(jīng)接近死庫容，需通過外調水補充不足的庫容，達到一個目標蓄水庫容。因此，白石水庫2018年起調庫容共3個，分別為19300萬、28502萬、37704萬m3；考慮到2019和2020年水庫供水任務未發(fā)生變化，根據(jù)2018年的水庫年末庫容情況，確定2019、2020年水庫起調庫容有2個，分別為28671萬、33601萬m3。

從表4—5中的數(shù)據(jù)對比分析可以看出，來水頻率50%和75%年份水庫僅依靠本流域和自身調節(jié)向河道內生態(tài)補水均無法滿足河道內的基本和適宜生態(tài)需水要求，均需要依靠外調水量進行優(yōu)化配置，特別是在水庫低水位枯水情況下生態(tài)缺水極為嚴重。

表4 基本生態(tài)需水調度方案表 單位：萬m3

表5 適宜生態(tài)需水調度方案表 單位：萬m3

從表6可以看出，年初水庫水位較高且預測年度來水量偏豐時，可考慮適宜生態(tài)流量調度方案，減少水庫棄水，有效改善河道內環(huán)境。例如計算方案中年初庫容37704萬m3對應的屬于來水25%的年份，此時適宜生態(tài)流量調度供水0.54億m3、基本生態(tài)流量調度供水0.54億m3，前者較后者可增供水量0.27萬m3。

根據(jù)大凌河北方河流的特點，在結冰期水庫不考慮向下游河道補水；考慮水庫下游農(nóng)業(yè)及濕地需水要求，水庫可根據(jù)不同作物的灌溉制度加大放流，而河道內生態(tài)需求可結合水庫放流過程，河道內生態(tài)不滿足時在利用水庫單獨進行補償。從生態(tài)補水過程可以看出，水庫單獨補償生態(tài)過程主要集中在5—9月，其余時段的補水過程均較少。

5 結論

通過對白石水庫的生態(tài)調度研究分析，經(jīng)分析論證后結論如下：水庫建設前后對下游水文情勢影響較大；增加生態(tài)供水任務使水庫原供水任務發(fā)生改變，需協(xié)調、調度好現(xiàn)有用水戶和生態(tài)供水之間的用量，必要時可通過外調水解決。

表6 生態(tài)需水生態(tài)補水過程 單位：萬m3