西泉眼水庫生態(tài)環(huán)境流量初步測算與分析

關萬彬

(哈爾濱市西泉眼水庫管護中心，黑龍江 哈爾濱 150300)

阿什河流經哈爾濱市阿城、香坊、道外三個城區(qū)后入松花江，城鄉(xiāng)排污造成阿什河水環(huán)境質量下降，尤其枯水期更為嚴重。西泉眼水庫作為阿什河上游唯一的一座控制性工程，生態(tài)環(huán)境流量的確定直接影響下游河道的納污能力和水環(huán)境質量。本文采用多種方法測算西泉眼水庫生態(tài)環(huán)境流量，并進行比較分析，為合理確定西泉眼水庫生態(tài)環(huán)境流量、科學調度水庫放水量、改善下游水環(huán)境提供依據。

1 工程概況

西泉眼水庫是大(2)型水庫，工程設計標準為100 a一遇，如果水庫潰壩，下游哈爾濱市阿城區(qū)、香坊區(qū)、道外區(qū)的損失將特別嚴重，所以按10 000 a一遇洪水校核。西泉眼水庫樞紐建筑物包括土石壩、河岸式溢洪道、輸水洞、電站四部分。攔河壩壩高29.10 m，壩頂高程215.10 m，總庫容4.78億m3。防洪高水位212.10 m，防洪庫容0.88億m3；校核洪水位214.25 m，調洪庫容1.89億m3；興利水位209.90 m，興利庫容2.45億m3。水庫水面面積為37.39 km2，壩址以上集雨面積1151.00 km2，占阿什河流域的32%。西泉眼水庫建成運行以來，在下游防洪除澇、灌區(qū)農田灌溉、河道生態(tài)供水、水庫養(yǎng)魚、電站發(fā)電等方面，社會和經濟效益都非常顯著[1-2]。

2 生態(tài)環(huán)境流量計算

2.1 采用Tennant法計算

按照《河湖生態(tài)環(huán)境需水計算規(guī)范》(SL/Z 712—2014)[3]的規(guī)定，采用Tennant法進行計算，通過觀測資料將河道流量與河流水生生物棲息地狀況建立經驗關系，然后用歷史流量資料分析計算得出不同月份的水生生態(tài)需水量，運用占水庫多年平均流量的百分比，評估水庫下游河道流量狀況評估標準見表1。

表1 下游河道流量狀況評估標準(Tennant法) %

根據西泉眼水庫近年實際運行水文資料，水庫壩址處2004—2016年的平均年流量為7.25 m3/s，各月平均流量見圖1。

圖1 西泉眼水庫壩址處月平均流量

由圖1可知，10月—次年3月為較枯月份，4—9月為較豐月份。當西泉眼水庫出庫流量達到不同狀態(tài)時，計算得出其生態(tài)環(huán)境流量，見表2。

表2 西泉眼水庫出庫生態(tài)環(huán)境流量 m3·s-1

2.2 近10 a最枯月平均流量法

依據規(guī)范SL/Z 712—2014，采用近10 a最枯月平均流量法，通過對現(xiàn)有水文資料分析計算，西泉眼水庫壩址處2007—2016年每月入庫流量見表3。入庫流量中每年最枯月平均流量見表4。

表3 西泉眼水庫入庫流量 m3·s-1

表4 入庫流量中每年最枯月流量 m3·s-1

近10 a最枯月流量的最小值為0.10 m3/s，出現(xiàn)在2009年2月，故壩址處基本生態(tài)環(huán)境流量最小值為0.10 m3/s。

3 生態(tài)環(huán)境流量分析3.1 設計生態(tài)環(huán)境流量情況

《西泉眼水庫工程初步設計》中的近期環(huán)境用水量為0.2億m3/a，遠期環(huán)境用水量為0.1億m3/a。

3.2 水庫運行情況

每年5—8月為灌溉期，西泉眼水庫向下游河道的放水流量約為15～30 m3/s。每年9月—次年4月為非灌溉期，西泉眼水庫利用水電站小機組發(fā)電尾水，為水庫下游河道生態(tài)環(huán)境用水進行補水。西泉眼水庫小機組額定發(fā)電流量為1.18～1.70 m3/s，按最小流量1.18 m3/s計算(實際放水流量>1.18 m3/s)，每年9月—次年4月非灌溉期西泉眼水庫為下游河道生態(tài)環(huán)境用水補水量不低于0.2447億m3，多于設計要求的生態(tài)環(huán)境用水。

對水庫初步設計39 a水文系列中12月、1月、2月三個月的水文資料進行統(tǒng)計，三個月各月平均流量高于1.18 m3/s的只有2 a，56%的月份月平均流量低于0.5 m3/s。可以看出，西泉眼水庫為下游河道提供不低于1.18 m3/s的生態(tài)環(huán)境流量，對下游河道生態(tài)和環(huán)境改善起到了非常積極的作用[2-3]。

3.3 生態(tài)環(huán)境流量測算結果分析

規(guī)范計算、設計批復及實際運行的水庫下游河道生態(tài)環(huán)境流量結果比較見表5。

表5 生態(tài)環(huán)境流量結果比較 m3·s-1

通過對各項生態(tài)環(huán)境流量比較可以看出：運用Tennant法計算最小生態(tài)流量為0.72 m3/s，近10 a 最枯月平均流量法計算最小生態(tài)流量為0.10 m3/s，初步設計批復的生態(tài)環(huán)境流量為0.32～0.63 m3/s，與Tennant法計算結果較為接近。從水庫實際運行情況看，其下泄流量1.18 m3/s 滿足規(guī)范計算最小生態(tài)環(huán)境流量的要求。

4 結 語

由于目前資料有限，現(xiàn)只能運用規(guī)范SL/Z 712—2014的“Tennant法”和 “近10 a最枯月平均流量法”對西泉眼水庫下游河道生態(tài)環(huán)境流量進行初步計算分析。

按照Tennant法計算得到最小生態(tài)環(huán)境流量為0.72 m3/s；根據近10 a最枯月平均流量法計算得到西泉眼水庫壩址處生態(tài)環(huán)境最小流量為0.10 m3/s。應用規(guī)范計算的結果與設計批復的生態(tài)環(huán)境流量0.32～0.63 m3/s較為接近。西泉眼水庫實際運行的下游河道最小下泄流量為1.18 m3/s，均大于規(guī)范計算和設計要求的生態(tài)環(huán)境流量。與對水庫設計39 a水文系列中12月、1月、2月三個月的水文資料進行統(tǒng)計分析的結果相比，通過修建水庫科學調度為下游河道提供生態(tài)環(huán)境流量，對下游河道生態(tài)和環(huán)境改善起到了非常積極的作用。