錦凌水庫生態(tài)影響指標(biāo)計算及其對河流生態(tài)影響分析

姜英慧

(遼寧省錦州水文局，遼寧 錦州 121000)

錦凌水庫生態(tài)影響指標(biāo)計算及其對河流生態(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，在水庫帶來益處的同時，也會造成該地區(qū)河流生態(tài)環(huán)境的退化，影響最為重要的是水文情勢。文章通過現(xiàn)場調(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)，加以來分析錦凌水庫建設(shè)對小凌河的生態(tài)水文指標(biāo)的影響。錦凌水庫建設(shè)在一定程度上減少了洪水發(fā)生次數(shù)的同時也增加了斷流次數(shù)。可見，錦凌水庫建設(shè)帶來了顯著有益效果的同時也會導(dǎo)致該地區(qū)的水文反生明顯的變化。

水庫建設(shè);水文情勢;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。隨著社會的進(jìn)步，各個地區(qū)興建其水利水電工程，水庫就是其中重要大型工程。大型水庫興建所帶來的防洪、航運，緩解因煤炭、石油能源帶來的環(huán)境污染等功能。同時，也會破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，包括對水庫附近動植物的影響、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，帶來不可彌補的損失。若是不加以控制，任其破壞加大，會在建設(shè)后期造成災(zāi)難性后果。水利工程的建設(shè)對該流域的生態(tài)環(huán)境的影響是長期的，目前亟需要尋求一種可以長期使用的研究方法和評價體系。文章以遼寧省小凌河流域為例，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)以及水庫建設(shè)前后河流水文情勢，有助于緩解和控制水庫建設(shè)的負(fù)面生態(tài)效應(yīng)[1-3]。

1 水庫工程建設(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?包含流動人口)近500萬人。由于人民生活水平的不斷提高、人口流動大、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)計計算，現(xiàn)在城市可供水量為13258萬t，只能保證人均基本供水。在國家的可持續(xù)發(fā)展的政策影響下，在2010年計劃保護(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)也存在海水入侵問題，淡水區(qū)的面積逐步縮減，地下水存儲資源已將枯竭。錦州城市各水平年總需水量預(yù)測表見表1。

1.2 修建錦凌水庫的必要性

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，有沒有及時采取措施將危險降至最低，城市內(nèi)的交通干線就會損毀、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)測表

1.3 項目概況

錦凌水庫工程[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%，總庫容8.5億m3。大壩壩頂高程64.80m，最大壩高48.3m，壩長1148.0m。

2 研究指標(biāo)方法與計算

2.1 研究技術(shù)路線

從20世紀(jì)90年代開始，國內(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：①選取的指標(biāo)多而冗雜，難與實際情況相關(guān)聯(lián)、轉(zhuǎn)化為實用參數(shù)；②選取的指標(biāo)缺少重要因素，沒有考慮暴雨情況下的河流流量，使得分析結(jié)果與實際情況產(chǎn)生較大偏差，影響分析結(jié)果。為彌補以上研究缺陷，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)計算

河流的水源補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時刻雨水量，m3/s；qk為第i時刻河流總流量，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)象是對當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)最好的保證。通過IHA軟件計算、ANSYS軟件模擬出每月每年斷流時長，間期。

2.3 超標(biāo)流量指標(biāo)計算

生態(tài)水文研究中，暴雨、暴雪的發(fā)生時間是不確定的，因此超標(biāo)流量指標(biāo)是采取概率的方式計算得來。通常把兩個事件發(fā)生的頻率以及時長的平均值來表示事件的頻率特征、事件的，用EXCEL來計算分析，該種方法采用是概率法，因此各個地區(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 對基流量的影響

按照研究方法中提出的計算方法，與所獲取的數(shù)據(jù)相對比，對小凌河流域進(jìn)行了計算，較小的影響，基本流量有一定程度的增長。小凌河在錦凌水庫的影響下有較大的變化，河流的基本流量與水庫泄洪的時間有之間關(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，6月份增長程度最為明顯，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 對斷流的影響

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

3.3 對暴雨徑流的影響

水庫建成之后，對小凌河河段暴雨期間的防洪確實起到一定的作用，水庫投運后的暴雨徑流所發(fā)生的頻率以及暴雨帶來的大流量河水的時間也極大縮小，水庫的投入對河段暴雨徑流有著極大的消減作用。水庫建成投入使用之前，較大流量情況有時會出現(xiàn)，但是自從水庫建設(shè)之后，就沒在發(fā)生過。尤其是在夏秋兩季，沒有出現(xiàn)過河水暴漲的現(xiàn)象，并且，隨著水庫的不斷優(yōu)化，加大水庫工程的使用，這種現(xiàn)象更會縮小，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確定小凌河環(huán)境流量，因此，文章從以下幾點考慮：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基于大型底棲動物目標(biāo)。

圖5 小凌河河段每月所需流量預(yù)測圖

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，并且對小凌河流域的錦凌水庫的建立進(jìn)行分析、模擬。錦凌水庫的建設(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，一方面與水庫建立有關(guān)，同時也與人類過度開發(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數(shù)據(jù)，加以分析流量變化對濕地生態(tài)系統(tǒng)和水資源功能的影響效應(yīng)。以生態(tài)保護(hù)為主要考慮因素對小凌河河段每月所需流量進(jìn)行預(yù)測，以此求出相應(yīng)的生態(tài)流量需求。

[1]孫宗鳳,董增川.水利工程的生態(tài)效應(yīng)分析[J].水利水電技術(shù),2004(04):5-8.

[2]郭喬羽,孫曉明.探索可持續(xù)水電之路[J].世界環(huán)境,2009(04):23-24.

[3]董哲仁,孫東亞,趙進(jìn)勇,等.河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能整體性概念模型[J].水科學(xué)進(jìn)展,2010(04):550-559.

[4]李偉軍,鮑麗新.錦凌水庫工程泄水建筑物消能型式方案選擇[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2011(09):237，240.

[5]張丹,周惠成.大凌河流域上游水資源變化趨勢及成因研究[J].水文,2011(04):81-87.

[6]張遠(yuǎn),王丁明,王西琴,等.太子河流域水庫建設(shè)對河流水文情勢的影響[J].環(huán)境科學(xué)研究,2012(04)：363-371.

[7]鄭文利,沈承秀.河道生態(tài)修復(fù)及幾個問題的初探[J].水利規(guī)劃與設(shè)計,2008(02):36-38.

1007-7596(2016)12-0058-04

2016-11-22

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

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