二甲溝水庫工程下游最小生態需水量及保障措施研究

王天亮

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

0 前言

在生態文明建設中水利可持續發展是非常重要的一個環節。水是地球上人類及一切生物賴以生存而不可缺少的自然資源。縱觀全球、全國水資源概況，提醒人們應徹底打破“江河奔流，日夜不息，取之不盡，用之不竭”的陳舊的傳統觀念，樹立起珍惜、保護、節約和合理開發、利用、治理、優化配置水資源的新觀念。在滿足經濟社會和農業、生活用水的前提下，如何為河流保留正常的生態和環境水量，并適當保護河流的天然水文規律，以保護、修復河流的自然功能，并協調好經濟發展和生態環境保護。

二甲溝水庫位于松花江左岸一級支流富拉渾河干流中游，二甲溝水庫樞紐由攔河壩、灌溉洞和溢洪道組成。二甲溝水庫是以農田灌溉為主，兼顧防洪、水產養殖和旅游的綜合性水利樞紐工程。富拉渾河屬于北方寒區河流，特點為流量小、季節性變化大、冰封期長，流域面積248 km2，壩址以上多年平均徑流量為0.45×108m3，多年平均流量1.43 m3/s。

1 河道內生態需水量計算方法

富拉渾河流域缺少水生生態和陸生生態資料，生境模擬法和整體法等計算方法受資料限制無法使用;壩址下游河道不規則、河道水力參數難以確定，不適用于水力學法;水文學法對數據資料要求最少、計算方法簡單易用，但需要較長水文系列年的歷史流量數據，富拉渾河流域盡管沒有水文站和雨量站，但可以利用相鄰流域的水文站點和雨量站實測資料進行水量插補還原計算，推求水庫壩址處的長系列天然徑流成果。因此，采用水文學法中的Tennant法、90%保證率法、近10年最枯月流量法、流量歷史曲線法和近10年最枯月流量法等對比分析，確定二甲溝水庫工程生態需水計算方法［1］。

1.1 Tennant法

Tennant法是根據水文資料和年平均徑流量百分數來描述河道內流量狀態。該方法認為:多年平均流量的10%是保持大多數水生生物短時間生存所推薦的最低短時徑流量;多年平均流量的30%是保持大多數水生生物有良好棲息條件所推薦的基本徑流量，多年平均流量的60%是為大多數水生生物在主要生長期提供優良至極好棲息條件所推薦的基本徑流量。

局限性:未考慮水量的年內分配，水生生物對流量的要求在不同季節不同。該方法根據多年平均流量的一定比例統一劃定，未考慮水量需求的年內變化問題，與水生生物生境要求不相符合。

1.2 90%保證率法

90%保證率法為90%保證率最枯月平均流量，是7Q10法的延伸。7Q10法是指采用90%保證率最枯連續7 d的平均水量作為河流最小流量設計值，該方法傳入我國后主要用于計算污染物允許排放量。適用于開發利用程度較高的河流，要求擁有長系列水文資料。

局限性:基于流量基礎之上的一種方法，對水生生態學方面的因素考慮較少。

1.3 流量歷史曲線法

流量歷史曲線法利用歷史流量資料構建各月流量歷時曲線，以90%保證率對應流量作為生態基流。

局限性:目前對不同時期水生生物需水量方面的研究較少，因此在具體的頻率設定過程中可供參考的成果不多。

1.4 近10年最枯月流量法

近10年最枯月流量法主要采用近10年最枯月平均流量，適用于河流納污能力計算。

局限性:最枯月平均流量法需要的水文觀測資料系列較短，其適用范圍和局限性與保證率法基本一致，在計算河流納污能力方面有獨特的優勢。

2 富拉渾河流域主要生態問題

富拉渾河流域開發利用程度低，目前壩址下游只有富鄉灌區，實灌面積233.33 hm2。

現階段富拉渾河流域壩址上游生態環境較好，由于多年來下游農業發展，壩址下游水質超標，河流內魚類等水生生物均為常見種，無瀕危珍稀物種。

3 二甲溝水庫生態需水

為維護河流的基本生態需求，從生態環境保護要求角度考慮，采用Tennant法進行生態需水計算，依據北方寒區河流特點，以及富拉渾河無敏感生態需水對象等情況，對Tennant法進行改進，將計算時段微調為4—9月、10月和11月—次年3月，4—9月為富拉渾河常見魚類的產卵和育肥期，其對流量和流速要求較高，取不小于多年平均天然流量的20%作為河流各月最小生態環境流量，10月取多年平均天然流量的10%作為河流最小生態環境流量，由于11月—次年3月份為封凍期，富拉渾河天然流量相對較小，河道連底凍、干枯，本次擬取天然流量作為河流各月生態環境流量［2-3］。

二甲溝水庫壩址生態需水量見表1。

表1 二甲溝水庫壩址生態需水量表 m3·s-1

4 二甲溝水庫生態需水保障措施

二甲溝水庫通過灌溉洞經下游河道兩側的渠道為下游灌區供水，壩址下游3km范圍內無支流匯入，為減水河段。考慮到本工程的布置及調度運行方式，不宜設置小機組發電的放流方式，為保證下游河道生態需水要求，通過灌溉洞架設支管下泄生態流量，支管接入口設置閥門開關，依據生態需水調控方案，控制下泄流量，通過以上方式可以滿足計算確定的最小生態流量的需求。

根據目前國內外水利水電工程實踐，為下泄生態流量控制措施應得以保證，工程壩下生態流量控制子系統應納入二甲溝水庫防洪供水綜合自動化調度系統，配備生態需水流量在線監控系統，嚴格落實下泄生態流量的調控方案，水庫投產后應加強河道巡查，監督和檢查有關設備的運行維護情況及最小下泄流量執行情況。

5 結語

本文以二甲溝水庫工程為例，結合河流的功能和工程任務，針對河流生態需水的特點對生態需水計算方法進行分析，并對Tennant法進行改進，充分考慮工程的任務和功能，以及調度運行方式，制定二甲溝水庫生態需水量，采取架設環境支管下泄生態流量，是生態需水流量泄放方式與供水方式相結合的較優選擇，采用遠程監控方式，將流量自動監控系統安裝在環境支管和壩下河道合適位置，納入到環保或水行政主管部門的管理體系。

［1］王西琴.河流生態需水理論、方法與應用［M］.北京:中國水利水電出版社，2007:25-28.

［2］黃強，等.計算黃河干流生態環境需水Tennant法的改進及應用［J］.水動力學研究與進展:A輯，2007，22(06):774-781.

［3］朱黨生，郝芳華，等.河流開發與流域生態安全［M］.北京:中國水利水電出版社，2012:15-19.