多目標約束條件下新建調水調蓄水庫生態流量研究

王 成婁 云林 婕

一、簡介

調水工程的調蓄水庫在解決區域干旱缺水問題、提高水資源利用率方面發揮著不可替代的重要作用，同時對區域防洪具有重大作用。水庫的調度運行將使其下游河道的水文情勢發生較大改變，使原本缺水的河道水量減少，加劇生態失衡。水資源配置中必須考慮水量的需求與供給、水環境污染與治理、水與生態這三重平衡關系。

水利工程生態環境影響的因子主要包括水流、地形、水質、泥沙、營養物質、水生生物等，結合廣泛開展的減輕大壩對生態環境不利影響的實踐，國外學者對相關理論和技術進行了大量的研究。這些研究可以劃分為兩個方面：一方面是對調度方式優化以及配套技術設施的研究，另一方面是評估這些技術方法對生態環境的影響，從而在保證改善效果的同時不至于對生態系統產生明顯擾動。我國在發揮水利工程的生態功能、減輕水利工程對生態與環境的不利影響方面也進行了一定的探索與實踐。

從研究的方法及結果來看，國內外的研究大都集中在關注普通水庫下泄最小生態環境保護流量，但是針對跨流域調水調蓄水庫的生態流量下泄及水生態保護措施的研究卻很少。本研究針對跨流域調水工程新建調蓄水庫供水、灌溉、防洪以及環境和生態用水等多目標利用條件下的水資源配置問題，以淮河流域大型水庫——江巷水庫為研究實例，研究了調蓄水庫建設對影響河流水文水資源及水生態的影響，提出了多目標約束條件下水庫下泄生態流量和基于水生態保護需求的水庫優化調度措施。

二、工程概況及水生態影響

1.工程概況

正在建設的江巷水庫壩址位于淮河南岸一級支流池河上游，陳集河、儲城河及青龍河匯合處。池河全長182km，流域面積5021km2。江巷水庫水庫控制集水面積735km2，壩址處多年平均流量3.64m3/s，多年平均徑流量1.15億m3。江巷水庫主要開發任務以供水和灌溉為主，兼顧防洪等綜合利用。工程向城鎮生活和工業、農業灌溉多年平均供水2.41億m3，其中利用駟馬山引江灌溉工程引長江入庫水量2.25億m3，利用當地徑流0.16億m3。

水庫正常蓄水位43.0m，死水位41.0m，汛期限制水位42.4m，總庫容1.30億m3，正常蓄水位庫容0.43億m3，防洪庫容0.30億 m3，興利庫容 0.34億 m3，具有不完全年調節能力。庫區回水長18.90km，淹沒面積20km2，為典型寬淺型平原水庫。

2.工程建設對水生生態的影響

工程建設對水生生態的影響主要表現為大壩阻隔造成魚類生境的片段化、阻礙群體間的基因交流，以及庫區和壩下水文情勢變化對魚類產卵繁殖和生長發育的影響。雖然江巷水庫多年平均利用當地水資源量僅占壩址處徑流量的14%，但池河徑流的年際、年內分配極不均勻，在75%保證率的枯水年，10月至翌年2月月均流量小于0.2m3/s。而且江巷水庫只具有不完全年調節能力，調蓄能力弱，若不優化水庫運行調度措施，確定合理的生態流量，將會進一步加劇池河的斷流狀況，惡化水生態。

三、水生態保護研究

本研究基于水生態保護需求，從確保生態下泄流量、魚類增殖放流、魚道建設、棲息地保護、生態流量保障等方面提出了生態保護集成方案，綜合改善河道生境。

1.生態流量

結合流域環境背景及水庫特性，水庫壩址下游河段需水量主要考慮滿足三個方面的要求：①維持水生生態系統穩定所需水量；②維持河流水環境質量的最小稀釋凈化水量；③維持下游供水區城鎮、農業、生態需水量；④維持過魚設施運行所需水量。針對河道形態、徑流特征、環境特征和資料的可得性，分析生態保護、環境保護、水資源利用目標下的水庫所需逐月最小下泄流量，最終取流量的外包線作為水庫推薦逐月最小下泄流量。

（1）生態需水計算

為滿足河道內最小生態用水要求，采用Tennant法計算得出10月～翌年5月不低于0.5m3/s，6月～9月不低于1.5m3/s；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。

（2）維持水環境質量的最小稀釋凈化水量

分析在P=90%的不利水文條件下，水庫建成后下泄水量對壩下各控制斷面的水環境影響。試算確定水質達標條件（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）下的水庫需要達到的逐月最小下泄水量0.17m3/s。

（3）過魚設施運行需水計算

江巷水庫工程過壩魚道結構型式選擇仿自然通道型式，根據設計成果，為保證江巷水庫過魚設施的有效性，3月～7月，魚道需要至少0.57m3/s的流量，否則起不到誘魚效果。

在生態需水、環境需水、過魚設施需水、引水調蓄、城市供水、灌溉供水、防洪保安等多目標約束條件下，合理確定江巷水庫下泄生態流量：每年10月至翌年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月～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。每年3月～7月為魚類洄游產卵期，通過魚道下泄0.6m3/s流量，滿足過魚設施用水需求。

根據上述原則進行水庫調度，多年平均下泄生態水量2322萬m3。在枯水年（p=90%、1994年），通過駟馬山灌區引水3.59億m3，未突破灌區規劃確定的引水規模；下泄生態水量2322萬m3，大于當年天然徑流量，有利于下游水生生境保護。

圖1 池河流域地理位置圖

根據統計，在11個枯水年（p=80%以上），通過引江補水和水庫調度運用，下泄的年徑流量有所增加，改善了河道生態。

2.水庫優化調度措施

（1）池河干流洪水期閘壩生態調度

江巷水庫控制流域面積較小，壩址處多年平均流量也較小，洪水期通過池河干流閘壩聯合調度更有效果。即洪水期洪峰來臨前24h開放江巷水庫、石角橋閘、池河閘和山許閘，洪峰過后推遲24h關閉閘門，使得上溯魚類能溯流而上，而后順流而返。

（2）保持魚類繁殖期水量穩定

在3月～8月多數魚類主產卵期，應當力求避免下泄水量的頻繁變動，維持下游河段水位的穩定，避免對產粘沉型卵魚類的繁殖生境產生破壞。

（3）生態調度

每年10月至翌年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月～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

本研究選擇多種方法對調蓄調水水庫影響河流下游進行生態流量研究，在生態需水、環境需水、引水調蓄、城市供水、灌溉供水、防洪保安等多目標約束條件下，合理確定江巷水庫下泄生態流量，構建了影響河流的生態需水保障機制。工程運行后，通過水庫調度運用保證了生態流量，枯水年（p=90%以上）下泄的年徑流量有所增加，保證壩址斷面不斷流，改善下游的水生生態環境。同時基于生境改善綜合技術，結合生態流量下泄、增殖放流、過魚設施、棲息地保護和生態調度等措施構建的多措施集成方案能夠綜合改善河道生境■