水庫(kù)建設(shè)對(duì)河流水文情勢(shì)的影響分析

張程

摘 要：作為河流水文情勢(shì)的重要影響因素之一，良好的水庫(kù)建設(shè)對(duì)于保證河流生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重要作用。本文以阿克肖水庫(kù)為例，首先對(duì)水庫(kù)周圍河流水文情勢(shì)進(jìn)行概述，然后具體探討了水庫(kù)建設(shè)對(duì)河流水文情勢(shì)的影響，以期為相關(guān)技術(shù)與研究人員提供參考。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)建設(shè) 河流 水文情勢(shì) 影響

水庫(kù)建設(shè)引發(fā)的河流水文情勢(shì)改變是河流生態(tài)系統(tǒng)失衡的重要因素，在河流水文指標(biāo)生態(tài)學(xué)意義分析前提下，采用能夠提供斷流、基流量、退水率、漲水率、高流量等指標(biāo)的計(jì)算方法對(duì)河流數(shù)據(jù)分析，以探討水庫(kù)建設(shè)前后水文指標(biāo)的變異，可在一定程度上反映水庫(kù)建設(shè)對(duì)河流水文情勢(shì)及生態(tài)系統(tǒng)的影響。因此，加強(qiáng)有關(guān)水庫(kù)建設(shè)對(duì)河流水文情勢(shì)的影響分析，對(duì)于改善生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.水庫(kù)周圍河流水文情勢(shì)概述

阿克肖水庫(kù)工程位于新疆皮山河上游阿克肖河的尾端，與下游皮山河的另一條直流肯艾孜河交叉口相距3km左右。水庫(kù)總體庫(kù)容為4395萬m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容穩(wěn)定在3271.4萬m3左右，屬于中型III等水利水電工程。工程總工期持續(xù)2.5年，準(zhǔn)備期定為4個(gè)月，主體工程施工期為24個(gè)月，工程竣工期為2個(gè)月。

（1）徑流：阿克肖河徑流主要補(bǔ)給源為高山冰雪融水，阿克肖河上沒有相關(guān)徑流與水文站資料，依據(jù)阿克肖水庫(kù)壩址徑流量分析計(jì)算可知，其壩址斷面年平均徑流量為 2.038億m3。

（2）洪水：依照洪水形成方式分類，低山帶多為暴雨洪水，中山帶多為季節(jié)性積雪融水型洪水，高山帶多為冰雪融水型洪水；依照洪水成因分類，可將洪水分成高山冰雪融水型洪水、季節(jié)性積雪融水型洪水及暴雨與冰雪融水混合型洪水。依據(jù)阿克肖河水文站洪水資料可知，阿克肖河洪水多發(fā)生在夏季和春季，多以融水型洪水為主，暴雨洪水為輔，夏季洪水多為高山冰雪融水型洪水，春季洪水多為季節(jié)性積雪融水型洪水。

（3）泥沙：阿克肖河流域泥沙含量相對(duì)較高，且泥沙年內(nèi)分配不均勻，夏季輸沙量相對(duì)更為集中，5～8月輸沙量約為全年輸沙量的91%；其年平均懸移質(zhì)輸沙量可達(dá)102.48×104t，年平均懸移質(zhì)輸沙率為32.48kg/s；而阿克肖水庫(kù)壩址年平均懸移質(zhì)輸沙率為18.7kg/s，年平均懸移質(zhì)輸沙量為59.05×104t，年平均推移質(zhì)輸沙量為8.86×104t，年平均輸沙總量為67.91萬×104t。

（4）冰期：依據(jù)水文站冰期觀測(cè)資料可知，阿克肖水文站最早冰期在10月18日，最晚全部融冰期在4月9日，最長(zhǎng)封凍日期天數(shù)為138天，最短封凍日期天數(shù)為40天；多年最大河心冰厚為0.9m，最大岸邊冰厚為0.99cm。

2.水庫(kù)建設(shè)對(duì)河流水文情勢(shì)的影響

2.1初期蓄水的影響

依據(jù)工程總體設(shè)計(jì)，工程10天的蓄水量可達(dá)至死水位2420m。在蓄水早期，主要采用導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞進(jìn)行下游供水。依據(jù)水庫(kù)壩址斷面下泄水量計(jì)算結(jié)果可知，蓄水早期的平均流量會(huì)減少6.14m3/s，下降幅度約為76.7%。在蓄水早期，壩址斷面下泄流量穩(wěn)定在1.86m3/s，能充分符合下泄生態(tài)基流的1.28m3/s要求，且可滿足灌溉區(qū)域的用水要求。

2.2施工期的影響

該工程選用上下游圍堰擋水，河床進(jìn)行一次性截?cái)啵瑢?dǎo)流洞與泄洪沖沙洞共同導(dǎo)流的施工導(dǎo)流方式。依據(jù)施工組織設(shè)計(jì)，截流施工定在當(dāng)前8月底選用單戧立堵法進(jìn)行。截流時(shí)，由于截流龍口寬度大小不斷降低，龍口泄流逐漸轉(zhuǎn)變成導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞泄流方式，下泄流量主要是河道天然來流量，因此截流過程不會(huì)對(duì)下游水文情勢(shì)產(chǎn)生影響。截流完成后，施工過程中主要采用導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞實(shí)施施工導(dǎo)流，下泄流量繼續(xù)為河道天然來水量，也不會(huì)對(duì)下游水文情勢(shì)產(chǎn)生影響。

2.3工程運(yùn)行的影響

（1）對(duì)壩址下游河段泥沙情勢(shì)的影響：因水庫(kù)可攔蓄來流泥沙，水庫(kù)正常工作后引發(fā)的清水下泄將會(huì)沖刷壩址下游河道，而下泄清水導(dǎo)致的沖刷有靠近壩址區(qū)段起始不斷朝下游推進(jìn)，但沖刷作用與沖刷強(qiáng)度會(huì)隨與壩址的間距增加逐漸減慢與減弱。在水庫(kù)內(nèi)泥沙淤積過程不斷達(dá)到平衡的過程中，水庫(kù)清水下泄對(duì)壩下河段的沖刷程度也會(huì)逐漸減弱，且當(dāng)沖刷年限不斷延長(zhǎng)時(shí)，河床會(huì)慢慢生成粗化抗沖保護(hù)層，河道沖淤會(huì)再次恢復(fù)平衡。水庫(kù)完成后，下泄水流中的平均含沙量會(huì)相對(duì)縮小，泥沙粒徑也會(huì)比建庫(kù)前天然河流泥沙粒徑微細(xì)，由此可很大程度避免下游河道泥沙淤積，進(jìn)而改善下游河道的運(yùn)行環(huán)境條件。

（2）對(duì)水庫(kù)庫(kù)區(qū)泥沙情勢(shì)的影響：水庫(kù)庫(kù)區(qū)位于山區(qū)河段，庫(kù)區(qū)河段天然河床比降穩(wěn)定在17.1%，水流具有強(qiáng)烈的挾沙能力，同時(shí)來水懸移質(zhì)泥沙粒徑相對(duì)較細(xì)，中粗砂占比不到5%，為水流挾沙及排沙提供便利。依據(jù)泥沙淤積運(yùn)算結(jié)果，水庫(kù)在汛期期間死水位為2420m工作環(huán)境下，將會(huì)有65%左右的懸移質(zhì)泥沙涌進(jìn)死庫(kù)容，死庫(kù)容估計(jì)淤滿年限為30年，且達(dá)至沖淤平衡，產(chǎn)生錐體淤積狀態(tài)。在實(shí)現(xiàn)沖淤平衡后，殘余死庫(kù)容預(yù)估為10.3萬m3，死庫(kù)容淤積量約占死庫(kù)容的98%，殘余調(diào)節(jié)庫(kù)容則為3271.4萬m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容淤積量約占調(diào)節(jié)庫(kù)容的5%，可確保調(diào)節(jié)庫(kù)容充足。

2.4運(yùn)行期的影響

（1）對(duì)下游河段水文情勢(shì)的影響：水庫(kù)運(yùn)行后的影響主要表現(xiàn)為兩方面，一是工程完成后，下游灌區(qū)需水過程及需水量出現(xiàn)改變，下游河段引水過程也會(huì)伴隨出現(xiàn)變化，進(jìn)而工程建設(shè)前的河道徑流過程也會(huì)發(fā)生改變；二是水庫(kù)蓄水調(diào)度運(yùn)行會(huì)影響河流徑流過程。如以阿克肖水庫(kù)壩址斷面為例，在P=75%來水頻率下，相比現(xiàn)狀年，設(shè)計(jì)水平年阿克肖水庫(kù)運(yùn)行后其壩址斷面年下泄徑流量降低0.05億m3，減少幅度為2.8%；在1月、2月、5月、7～11月期間下泄流量減少幅度為0.0%～78.8%，而8月減幅最大；其他月份下泄流量會(huì)出現(xiàn)不同程度的增加，增加幅度為10.5%～210.6%，而在4月和6月增幅相對(duì)較高；在P=50%來水頻率下，相比現(xiàn)狀年，設(shè)計(jì)水平年阿克肖水庫(kù)運(yùn)行后其壩址斷面年下泄徑流量降低0.05億m3，減少幅度為2.8%；在1月、3～6月及10月期間下泄流量出現(xiàn)不同程度的增加，增加幅度為2.9%～323.9%，而3～5月增幅相對(duì)較高；2月份下泄流量相對(duì)穩(wěn)定；其他月份下泄流量出現(xiàn)減少，減少幅度為0.2%～63.3%，而8月份減少幅度最大。

（2）對(duì)庫(kù)區(qū)水文情勢(shì)的影響：水庫(kù)完工后，因水庫(kù)實(shí)施蓄水，水庫(kù)壩前到庫(kù)區(qū)回水尾端5公里處的天然河段將轉(zhuǎn)換成水庫(kù)形態(tài)，水深、水面面積及流動(dòng)速度等會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)變化。相比庫(kù)區(qū)建成前，庫(kù)區(qū)回水區(qū)域內(nèi)的水面面積和水深會(huì)在一定程度上增加，同時(shí)由回水尾端至壩前水深的增幅也會(huì)不斷增加，最高水深增大幅度可達(dá)到70m；庫(kù)區(qū)內(nèi)由庫(kù)區(qū)回水末端至壩前流速會(huì)出現(xiàn)部分減緩，壩前斷面流動(dòng)速度減緩幅度最高。在水庫(kù)穩(wěn)定工作時(shí)，水庫(kù)水位在2420m與2452m的死水位和正常蓄水位間不斷變化，水深變幅平均為32m。

3.結(jié)語

水庫(kù)建設(shè)的質(zhì)量將直接影響河流水文情勢(shì)的正常平衡及河流的生態(tài)穩(wěn)定，因此，相關(guān)技術(shù)與研究人員應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)水庫(kù)建設(shè)對(duì)河流水文情勢(shì)的影響研究，總結(jié)水庫(kù)建設(shè)對(duì)河流水文情勢(shì)的影響因素，以逐步改善河流生態(tài)系統(tǒng)平衡狀態(tài)。

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