淮河流域新建水庫下泄生態流量確定方法探討

尹 星 王 成 陳立強 婁 云

淮河流域新建水庫下泄生態流量確定方法探討

尹 星 王 成 陳立強 婁 云

水庫筑壩引水、調節庫容等活動將使水庫下游河道的水文情勢發生較大變化，這種變化不僅對壩址下游生產、生活用水和景觀產生一定影響，同時還對下游水生生態系統造成一定不利影響。因此，合理確定水庫工程的下泄生態流量，成為維持區域生態系統平衡，保護下游生態環境的重要手段。隨著治淮建設的不斷發展，新建水庫工程時均需要充分考慮到生態環境用水，特別是新建調蓄水庫更是要保證下泄生態流量，保護下游生態環境。

一、生態流量計算方法

近年來隨著河流生態保護理論的發展，河流生態流量確定方法不斷豐富，現已形成水力學法、水文學法、生境模擬法和整體方法4大類，共計200多種生態流量計算方法。國內目前較為常用的生態需水量計算方法主要有Tennant法、月（年）保證率設定法、最小月平均徑流法及組合法等。但大多數觀點認為，維持水生生態系統穩定所需最小生態流量一般不應小于河道控制斷面多年平均流量的10%。同時水庫工程生態流量的確定應結合實際建設情況，確定過程中應充分考慮水庫規模、蓄水水源、河流季節變化以及庫區及下游取用水情況，并著重考慮生態流量對下游魚類繁殖的影響。

本文以新建前坪水庫和江巷水庫為例，探討調蓄水庫生態流量的確定方法。

二、前坪水庫下泄生態流量確定

前坪水庫位于河南省汝陽縣西9km，北汝河干流上，是一座以防洪為主，結合灌溉、供水，兼顧發電等綜合利用的大（2）型水庫，工程等別為II等。水庫總庫容5.90億m3，供水區城鎮生活和工業需供水量6300萬m3；水庫有效灌溉面積50.8萬畝，灌溉年均需供水量10098萬m3；河道基流水量4428萬m3。

前坪水庫為多年調節水庫，對壩址下游水文情勢改變較大，保證壩址下游河段最小流量符合生態流量泄放要求是該工程水生態系統保護的重要內容。結合北汝河流域環境背景，根據北汝河的河道形態、徑流特征和環境特征，生態流量采用以下三種計算方法分析：（1）90%保證率最枯月平均流量估算；（2）根據10月～次年3月多年平均徑流的20%估算；（3）按多年平均徑流的10%估算。通過上述三種方法分析估算河道基流水量。

1.90%保證率最枯月平均流量估算

根據前坪水庫1952～2010年日歷年共59年最枯月平均流量計算，保證率90%最小月平均流量為0.78m3/s，基流年水量為2270萬m3。

2.根據10月～次年3月多年平均徑流的20%估算

根據調查，4～9月是河流中魚類產卵育幼期，10月～次年3月是河流中魚類生長季節。10%的年平均流量為保護水生魚類棲息提供退化或貧瘠的棲息環境，20%的年平均流量為保護水生魚類棲息提供適當棲息環境。根據河流中保護水生魚類棲息環境要求，按20%的（10月～次年3月）多年平均流量標準估算河道基流水量。前坪水庫1952～2010年水文年共58年，10月～次年3月多年平均徑流量7388萬m3，按20%估算基流年水量為1478萬m3，平均流量為0.47m3/s。

3.按多年平均徑流的10%估算

在相對缺乏資料的地區，河道內生態基流計算可按多年平均流量的百分數估算河道內水生生物的需水量，一般枯水期可取平均流量10%。前坪水庫1952～2010年水文年共58年，多年平均入庫年徑流量為3.3205億m3。按多年平均徑流量的10%估算，河道基流年水量為0.3321億m3，相應流量為1.05m3/s。

按上述三種生態基流水量估算方法，枯水期生態基流量為0.47～1.05m3/s。相應基流水量為1478～3321萬m3。可以看出，用90%保證率最枯月平均流量和根據10～3月多年平均徑流的20%兩種方法估算的生態流量偏小，無法滿足維持下游生態系統的需求。因此，選取多年平均徑流的10%估算值，即1.05m3/s。根據前坪水庫生態環境特征，4～7月為下游魚類繁殖期，為利于下游魚類的繁殖，4～7月生態基流按多年平均徑流的20%計，為2.10m3/s。因此建議河道基流泄放方案為：8月～次年3月河道基流量采用1.05m3/s；4～7月基流采用2.10m3/s，年河道基流放水量為4428萬m3。

三、江巷水庫下泄生態流量確定

江巷水庫位于江淮分水嶺北部，滁州市定遠縣西南部約30km連江鎮境內；壩址位于淮河南岸支流池河上游的陳集河、儲城河及青龍河匯合處。

江巷水庫為不完全年調節水庫，工程規模為大（2）型水庫，水庫總庫容1.30億m3，其中防洪庫容0.30億m3，興利庫容0.34億m3。工程實施后，利用駟馬山引江灌溉工程，可向定遠縣城、鹽化工業園、爐橋鎮等鄉鎮供給多年平均供水量為1.44億m3的生活和工業用水，灌區多年平均補水0.97億m3，新增灌區面積29萬畝，改善灌溉面積42.59萬畝，通過水庫控泄調度，使壩址至石角橋的池河上游防洪標準提高到20年一遇。

由于工程影響范圍內無敏感水生態和陸生生態保護目標，因此依據《水工程規劃設計生態指標體系與應用指導意見》，只需確定生態基流，保證生態用水。本次生態流量確定方法選取Tennant法、90%保證率法和7Q10法以及最小環境需水量計算。

1.Tennant法

根據1954～2013年石角橋水文站實測多年平均天然徑流量推算，江巷水庫壩址處設計多年平均徑流量1.15億m3。由于壩址以上三條支流已建中小型水庫控制面積283.9km2，實測流量已不是天然流量狀況，經還原計算得到的多年平均天然徑流量1.55 億m3，合多年平均流量4.9m3/s。按多年平均流量10%計算，為0.49m3/s，按多年平均流量的30%計算，為1.47m3/s。即以Tennant法計算得到工程運行期需保證下泄生態流量10月～次年5月不低于0.5m3/s，6～9月不低于1.5m3/s，以滿足河道內最小生態用水要求。

2.90%保證率法和7Q10法

采用90%保證率法計算，即按全年12個月的月平均徑流排頻計算，90%保證率時，月均徑流18.81萬m3，合0.073m3/s。

采用7Q10法，即90%保證率最枯連續7天的平均流量計算，月均徑流12.01萬m3，合0.046m3/s。

3.最小環境需水量計算

為保證定遠縣池河馬橋河河口上斷面達到Ⅳ類標準（現狀控制標準）和出境斷面池河閘達到Ⅲ類標準，利用河流一維預測模式反推池河最小環境需水量。據調查，壩址下泄水水質濃度為：COD19.64mg/L、氨氮0.63mg/L。馬橋河上游9.61km為蔡橋河口，承接江巷水庫新增灌溉退水，退水量約為0.33m3/s，退水中COD濃度為46.52mg/L，NH3-N的濃度為0.65mg/L，具體推算見圖1。

圖1 生態流量與不同保證率（逐月）前后流量過程線圖

經過調算，最終確定江巷水庫最小環境流量為0.17m3/s。

4.過魚設施需水量

為減少對下游魚類阻隔的影響，工程擬在江巷水庫、池河閘、石角橋閘建設過魚設施。根據計算，為保證江巷水庫過魚設施的有效性，3～7月，魚道需要至少0.57m3/s的流量，否則起不到誘魚效果。

由于90%保證率法和7Q10法計算得到的流量不能滿足最小環境需水量，因此不能采用。由于池河徑流的年際、年內分配極不均勻，而江巷水庫又是不完全年調節水庫，調蓄能力較弱，即便平水年的枯水期多數月份壩址斷面來水量也是小于推薦的生態流量，而枯水年和特枯水年則來水量完全小于推薦的生態流量。

綜合考慮水庫生態流量，每年10月～次年3月，通過生態放水閘以0.5m3/s下泄生態流量，當入庫流量小于規定下泄生態流量時，按入庫流量下泄，但不得低于0.2m3/s；每年4～9月，通過魚道和生態放水閘以1.5m3/s下泄生態流量，當入庫流量小于規定下泄生態流量時，按入庫流量下泄，但不得低于0.6m3/s，滿足過魚設施用水需求。

四、結論和建議

由于下游水生生態的完整性依賴于河流的自然動態變化特征，河流動態特征的改變，直接影響到下游水生生態系統，因此，新建水庫工程建設的同時應綜合考慮下泄生態流量，保障下游生態系統的完整性。工程生態流量的確定應綜合考慮河流的生態、水質、生活生產等用水需求。

由前坪水庫和江巷水庫生態流量確定實例可以看出，生態流量下限并非越高越好，下限過高無法體現徑流實際情況，容易形成全年徑流均化。其次，全年設定統一的生態流量下限并不合理，統一的生態流量下限不能反映徑流的年內季節變化，尤其對于引水蓄水型水庫容易造成引水資源浪費。為提高生態流量設置的合理性，生態流量的確定不僅要考慮基本的生態流量下限約束，還更應結合工程特征、區域環境現狀、已有的生態信息以及水環境容量等，并充分考慮到滿足保護生態保護目標的特定生態水文要求■

（作者單位：淮河水資源保護科學研究所 233001）