姜英慧

(遼寧省錦州水文局，遼寧 錦州 121000)

錦凌水庫(kù)生態(tài)影響指標(biāo)計(jì)算及其對(duì)河流生態(tài)影響分析

姜英慧

(遼寧省錦州水文局，遼寧 錦州 121000)

水庫(kù)的建設(shè)既可以提高當(dāng)?shù)厮沫h(huán)境，又可以促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。與此同時(shí)，在水庫(kù)帶來(lái)益處的同時(shí)，也會(huì)造成該地區(qū)河流生態(tài)環(huán)境的退化，影響最為重要的是水文情勢(shì)。文章通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，選取缸窯口水文站、義縣水文站等水文站的水文觀測(cè)數(shù)據(jù)，建立特征指標(biāo)體系；采用多組不同的分析方法，建立適用該地區(qū)的生態(tài)水文指標(biāo)，加以來(lái)分析錦凌水庫(kù)建設(shè)對(duì)小凌河的生態(tài)水文指標(biāo)的影響。錦凌水庫(kù)建設(shè)在一定程度上減少了洪水發(fā)生次數(shù)的同時(shí)也增加了斷流次數(shù)。可見，錦凌水庫(kù)建設(shè)帶來(lái)了顯著有益效果的同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致該地區(qū)的水文反生明顯的變化。

水庫(kù)建設(shè);水文情勢(shì);水文變異;小凌河

河流是人類生存起源的基礎(chǔ)，孕育著人類文明的發(fā)展。隨著社會(huì)的進(jìn)步，各個(gè)地區(qū)興建其水利水電工程，水庫(kù)就是其中重要大型工程。大型水庫(kù)興建所帶來(lái)的防洪、航運(yùn)，緩解因煤炭、石油能源帶來(lái)的環(huán)境污染等功能。同時(shí)，也會(huì)破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，包括對(duì)水庫(kù)附近動(dòng)植物的影響、自然規(guī)律，河流生態(tài)系統(tǒng)是影響最為嚴(yán)重的其中之一。若是生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生改變，將直接影響到流域的生物多樣性，帶來(lái)不可彌補(bǔ)的損失。若是不加以控制，任其破壞加大，會(huì)在建設(shè)后期造成災(zāi)難性后果。水利工程的建設(shè)對(duì)該流域的生態(tài)環(huán)境的影響是長(zhǎng)期的，目前亟需要尋求一種可以長(zhǎng)期使用的研究方法和評(píng)價(jià)體系。文章以遼寧省小凌河流域?yàn)槔?，利用義縣、缸窯口水文站提供的流量數(shù)據(jù)，分析所搜集的數(shù)據(jù)以及水庫(kù)建設(shè)前后河流水文情勢(shì)，有助于緩解和控制水庫(kù)建設(shè)的負(fù)面生態(tài)效應(yīng)[1-3]。

1 水庫(kù)工程建設(shè)概況

1.1 錦州市供水現(xiàn)狀

錦州市是遼寧省較大城市之一，目前逐步發(fā)展成為中心城市，2015年錦州市GDP為1428.6億元，總?cè)丝?包含流動(dòng)人口)近500萬(wàn)人。由于人民生活水平的不斷提高、人口流動(dòng)大、城市化發(fā)展等因素，水資源不僅要滿足各種需求，還要保證生活用水的標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)水利局統(tǒng)計(jì)計(jì)算，現(xiàn)在城市可供水量為13258萬(wàn)t，只能保證人均基本供水。在國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展的政策影響下，在2010年計(jì)劃保護(hù)地下水，不得隨意開采地下水，因此，城市可供水量將減少2968萬(wàn)m3。小凌河流經(jīng)錦州市的區(qū)段附近的地下水已經(jīng)違標(biāo)超采，河流出水口地區(qū)也存在海水入侵問(wèn)題，淡水區(qū)的面積逐步縮減，地下水存儲(chǔ)資源已將枯竭。錦州城市各水平年總需水量預(yù)測(cè)表見表1。

1.2 修建錦凌水庫(kù)的必要性

錦州市市區(qū)供水嚴(yán)重不足，已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要因素。目前，供水水源主要分布在臨近海岸邊區(qū)域，但是超采已造成該地區(qū)的地下水位下降明顯，海水入侵。為了解決缺水、地下水超采現(xiàn)象，可以加強(qiáng)開發(fā)地表水資源力度。

流經(jīng)錦州市城區(qū)的小凌河干流尚無(wú)控制性工程，小凌河防洪標(biāo)準(zhǔn)太低，并且在小凌河河干附近修建的高速公路以及鐵路干線組成了十分密集的交通干線網(wǎng)絡(luò)，若是小凌河發(fā)生洪水，有沒(méi)有及時(shí)采取措施將危險(xiǎn)降至最低，城市內(nèi)的交通干線就會(huì)損毀、受到嚴(yán)重威脅，后果不堪設(shè)想。

表1 各水平年錦州城市總需水量預(yù)測(cè)表

1.3 項(xiàng)目概況

錦凌水庫(kù)工程[4]位于錦州市境內(nèi)的小凌河干流上，壩址位于錦州市近郊區(qū)的后山河營(yíng)子村，距錦州市9.5km，壩址以上控制流域面積3029km2，占總流域面積的58.8%，總庫(kù)容8.5億m3。大壩壩頂高程64.80m，最大壩高48.3m，壩長(zhǎng)1148.0m。

2 研究指標(biāo)方法與計(jì)算

2.1 研究技術(shù)路線

從20世紀(jì)90年代開始，國(guó)內(nèi)外的生態(tài)水文學(xué)家依據(jù)各種不同河流流域，建立了一系列的生態(tài)水文指標(biāo)，用以研究生態(tài)水文效應(yīng)[5]。但是，由于當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)達(dá)不到，這些指標(biāo)體系還存在一定的缺點(diǎn)：①選取的指標(biāo)多而冗雜，難與實(shí)際情況相關(guān)聯(lián)、轉(zhuǎn)化為實(shí)用參數(shù)；②選取的指標(biāo)缺少重要因素，沒(méi)有考慮暴雨情況下的河流流量，使得分析結(jié)果與實(shí)際情況產(chǎn)生較大偏差，影響分析結(jié)果。為彌補(bǔ)以上研究缺陷，總結(jié)專家[6-7]所研究的內(nèi)容進(jìn)行整理，提出一種既能夠體現(xiàn)自然水文情勢(shì)特性，又能夠采取不同流量組分析的生態(tài)水文指標(biāo)體系。表2為所述生態(tài)水文指標(biāo)，技術(shù)路線圖如圖1。

表2 流量組分及其特征

2.2 基流量指標(biāo)計(jì)算

河流的水源補(bǔ)充是由地下水和降水混合組成。采用數(shù)字濾波遞歸法如下式：

fi=aki-1+(1+α)(qi-qi-1)/2

(1)

式中：fk為第i時(shí)刻雨水量，m3/s；qk為第i時(shí)刻河流總流量，m3/s；α為參數(shù)(0.92)。

可以從河流總量中剔除雨水量，使用ANSYS軟件模擬基流的分離，并進(jìn)行每日的流量按照月份日期排列，每月的平均值為該月的基本值。

2.2 斷流指標(biāo)計(jì)算

斷流的現(xiàn)象是與所在地地區(qū)的環(huán)境有關(guān)，季節(jié)性河流的斷流現(xiàn)象發(fā)生的概率遠(yuǎn)大于常年性河流大聲的概率。從地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)的角度出發(fā)，河流還是不要存在斷流的現(xiàn)象是對(duì)當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)最好的保證。通過(guò)IHA軟件計(jì)算、ANSYS軟件模擬出每月每年斷流時(shí)長(zhǎng)，間期。

2.3 超標(biāo)流量指標(biāo)計(jì)算

生態(tài)水文研究中，暴雨、暴雪的發(fā)生時(shí)間是不確定的，因此超標(biāo)流量指標(biāo)是采取概率的方式計(jì)算得來(lái)。通常把兩個(gè)事件發(fā)生的頻率以及時(shí)長(zhǎng)的平均值來(lái)表示事件的頻率特征、事件的，用EXCEL來(lái)計(jì)算分析，該種方法采用是概率法，因此各個(gè)地區(qū)之間的參數(shù)是步行同的，也存在一定誤差。

3 研究結(jié)果分析

3.1 對(duì)基流量的影響

按照研究方法中提出的計(jì)算方法，與所獲取的數(shù)據(jù)相對(duì)比，對(duì)小凌河流域進(jìn)行了計(jì)算，較小的影響，基本流量有一定程度的增長(zhǎng)。小凌河在錦凌水庫(kù)的影響下有較大的變化，河流的基本流量與水庫(kù)泄洪的時(shí)間有之間關(guān)系，現(xiàn)在流量少的季節(jié)的河道流量較之前有較大增長(zhǎng)，6月份增長(zhǎng)程度最為明顯，詳見圖2。

圖1 技術(shù)路線圖

圖2 小凌河河段每月河流流量變化

3.2 對(duì)斷流的影響

小凌河在水庫(kù)建立之前只發(fā)生過(guò)幾次現(xiàn)象，都集中在降水量少的月份，自從水庫(kù)建立之后，斷流次數(shù)、時(shí)間都有不成程度的提高，其都是集中同一段時(shí)間內(nèi)，詳見圖3。

3.3 對(duì)暴雨徑流的影響

水庫(kù)建成之后，對(duì)小凌河河段暴雨期間的防洪確實(shí)起到一定的作用，水庫(kù)投運(yùn)后的暴雨徑流所發(fā)生的頻率以及暴雨帶來(lái)的大流量河水的時(shí)間也極大縮小，水庫(kù)的投入對(duì)河段暴雨徑流有著極大的消減作用。水庫(kù)建成投入使用之前，較大流量情況有時(shí)會(huì)出現(xiàn)，但是自從水庫(kù)建設(shè)之后，就沒(méi)在發(fā)生過(guò)。尤其是在夏秋兩季，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)河水暴漲的現(xiàn)象，并且，隨著水庫(kù)的不斷優(yōu)化，加大水庫(kù)工程的使用，這種現(xiàn)象更會(huì)縮小，詳見圖4。

圖3 小凌河河段每月斷流天數(shù)比例

(a)冬季(b)春季(c)夏季(d)秋季圖4 建壩前后小凌河斷流量發(fā)生的頻率

3.4 小凌河環(huán)境流量研究

要充分考慮各種因素來(lái)確定小凌河環(huán)境流量，因此，文章從以下幾點(diǎn)考慮：①基于河道地貌目標(biāo)；②基于重要魚類目標(biāo)；③基于河濱植被目標(biāo)；④基于大型底棲動(dòng)物目標(biāo)。

圖5 小凌河河段每月所需流量預(yù)測(cè)圖

4 結(jié) 論

文章在學(xué)習(xí)研究了幾種常用的生態(tài)水文指標(biāo)體系，根據(jù)水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及規(guī)劃，總結(jié)出一種新的河流生態(tài)水文指標(biāo)體系，并且對(duì)小凌河流域的錦凌水庫(kù)的建立進(jìn)行分析、模擬。錦凌水庫(kù)的建設(shè)增加了小凌河汛期基流，增加斷流期，并且斷流期有較為明顯的變化，水量減少，次數(shù)增加，一方面與水庫(kù)建立有關(guān)，同時(shí)也與人類過(guò)度開發(fā)與利用有關(guān)。參考缸窯口水文站、義縣水文站等水文站的水文觀測(cè)數(shù)據(jù)，加以分析流量變化對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)和水資源功能的影響效應(yīng)。以生態(tài)保護(hù)為主要考慮因素對(duì)小凌河河段每月所需流量進(jìn)行預(yù)測(cè)，以此求出相應(yīng)的生態(tài)流量需求。

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2016-11-22

姜英慧(1981-)，男，遼寧東港人，工程師，從事水文情報(bào)預(yù)報(bào)、水文水資源勘測(cè)、整編、水文遙測(cè)設(shè)備管理工作。

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