大型水庫低溫下泄對水生態和農業生產影響研究

陳立強 周亞群 李漢卿

一、研究背景及對象

水庫低溫下泄水產生的環境影響主要表現為深層水溶解氧含量低、水生生物生長和延遲繁殖甚至不繁殖、下游灌區農作物減產等。目前工程上水庫低溫下泄水減緩措施主要為多層（豎井式）取水口取水、浮式管型取水口取水、溢流式（疊梁門）分層取水等，這些措施均需在無水工況下修建水工建筑物，適宜在建或未建的水庫工程，但對已建、蓄水運行的水庫不適用。本文以安徽省港口灣水庫為研究對象，調查和分析該水庫運行期間低溫下泄水對水生態、農業生產產生的影響，并建議“以新代老”修復性建設隔水幕墻以解決該水庫低溫下泄水產生的環境問題。

港口灣水庫位于寧國市境內，水陽江上源西津河上，水庫大壩位于東徑 115°53′04″、北緯 30°35′04″，水庫控制流域面積1120km2，總庫容9.41億m3，調節庫容 3.97億 m3，正常蓄水水位133.1m，是一座以防洪為主，結合發電、灌溉的大（Ⅱ）型水利水電樞紐工程。水庫工程于1998年初正式開工建設，1999年10月截流成功，2000年12月大壩面板澆筑完成，2001年3月下閘蓄水，2002年1月水庫主體工程通過驗收。

二、水庫水溫結果調查和研究

港口灣水庫為多年調節性水庫，研究于2016年5月、6月、7月、9月、10月、12月以及2017年4月、8月分別對港口灣水庫庫區垂向不同深度處水溫、電站下泄水溫及下游西津河河道水溫進行了測量。調查結果表明，該水庫水深 0～10m左右為變溫層，10～40m為溫躍層，40m以下為滯溫層，深層水溫年內穩定維持在8.5℃～10℃之間，水庫低溫下泄水與河道水溫溫差實測結果見表1。

本研究以連續2年的水溫實測結果為基礎和率定條件，采用EFDC模型預測了水庫10%、50%和90%水文來水年的水庫水溫結構及下泄水溫情況，預測結果顯示，不同水文年型下該水庫庫區的水溫結構均為穩定分層型，4～10月水庫水溫分層明顯。特豐水年6月份下泄水溫與天然河道水溫最大溫差為8.4℃。

三、低溫下泄水對環境的影響

1.對下游魚類資源和漁業生產的影響

港口灣水庫所在區域為溫帶性魚類，根據生態調查結果，光倒刺鲃、翹嘴紅鲌、細鱗鲴和光唇魚等魚類生長的適宜水溫范圍為20℃～26℃。水溫低于該范圍時會造成魚類新陳代謝減慢、生長減緩，而且調查到的漁獲種類繁殖（產卵和孵化)對水溫的要求為22℃～26℃，低于20℃不宜產卵。港口灣水庫所在水陽江水系魚類產卵主要集中在4～7月，而該時期也是水庫下泄低溫水明顯時期，經調查電站棄水實測水溫均低于20℃，低溫水會造成魚類產卵推遲甚至不產卵。

根據水生態調查結果，水庫下游西津河由于河道阻隔影響，相較于同區域的調查點位，西津河現場調查漁獲物呈現魚類總重量較大、魚類豐富度低的特點；對比水陽江、西津河段均有的漁獲物鱖魚親魚懷卵量，水陽江漁獲的1尾鱖魚親魚懷卵量約4.4萬粒，西津河漁獲的1尾鱖魚親魚懷卵量約2.6萬粒。根據研究，2冬齡性成熟鱖魚正常懷卵量范圍為4～9萬粒，水庫下游親魚懷卵量明顯低于4萬粒，屬于不正常范圍。對比西津河與其下游水陽江段漁獲物親魚的種類、數量和相同親魚魚種的懷卵量，水庫的低溫下泄水造成了在水庫壩下西津河段產卵的魚類種類（豐富度）少，魚類懷卵量低于正常范圍，表明水庫低溫下泄水對壩下西津河的魚類產卵及生長產生了一定的低溫抑制作用。調查現場漁獲物親魚種類及懷卵量情況見表2。

2.對農業生產的影響

港口灣水庫壩下至西津河和東津河匯流口段西津河河道長20km，兩岸除劉村壩灌區（1.0萬畝）外無其他灌區。因此，選擇劉村壩灌區西津河街道農業生產區為受低溫水影響研究區，檀樹壩灌區（取水水源為東津河）竹峰街道農業生產區為對照研究區。兩者同為現有灌區，相距距離約8km，同為低矮丘陵地區灌區，糧食種類均為水稻，畝產量能夠很好地反映兩灌區的糧食供應生產水平。

表1 水庫低溫下泄水與河道水溫溫差實測結果表

表2 調查現場漁獲物親魚種類及懷卵量情況表

表3 劉村壩西津街道片、檀樹壩竹峰街道片歷年水稻產量統計表

圖1 兩灌區水稻畝產量對比圖

現有劉村壩灌區和檀樹壩灌區的水源分別為港口灣水庫下泄水和東津河區間來水，劉村壩灌區所在區域屬于寧國市西津河街道，檀樹壩灌區所在區域屬于寧國市竹峰街道。根據2001～2015年寧國市統計年鑒，西津街道片區和竹峰街道片區耕地水稻產量統計及兩灌區畝產差值見表3，兩灌區水稻畝產量對比見圖1。

劉村壩西津街道片區和對照區竹峰街道糧食單產差值分析結果顯示，劉村壩與檀樹壩灌區在統計年份2001～2003年畝產相關值不明顯，相差值范圍為1.33～12.66kg/畝，但是在統計年份2004年始直至2015年，劉村壩灌區畝產量明顯低于檀樹壩片，相差值范圍為14.65～77.20kg/畝（除去統計年份2009年和2010年），且每年劉村壩灌區畝產均低于檀樹壩片。

在同地區、同生產技術和同氣象條件的情況下，通過長時段的同年份兩灌區畝產變化情況分析可知，劉村壩片畝產低的原因可能是受港口灣水庫下泄低溫水影響。港口灣水庫2001年下閘蓄水，至2003年蓄水到正常蓄水位，水庫開始形成穩定的分層水溫結構，2003年劉村壩片糧食生產開始受到影響（對應的統計年為2004年），而檀樹壩灌區2001～2015年統計年份農業未受到低溫水影響。無水庫下泄低溫水年份前，兩灌區畝產基本持平；有水庫下泄低溫水年份后，劉村壩灌區同年份畝產明顯低于檀樹壩灌區畝產。綜上所述，港口灣水庫下泄低溫水對劉村壩灌區水稻產量有一定程度的影響，多年平均減少41.6kg/畝，多年平均減少比例約10%。

四、建議

港口灣水庫垂向水溫結構為穩定分層型，調查發現水庫運行期間低溫下泄水對水生態和農業生產產生了一定的影響，需采取措施以減緩低溫下泄水的不利影響。針對港口灣水庫的特點，推薦采用隔水幕墻進行低溫水控制，即在取水口前布置一道水溫控制幕，通過對幕墻的調節擋住不適宜溫度層的水，放流所需溫度層的水。水溫控制幕墻設計與安裝都較為簡單，工程費用和后期維護費用均較低且不影響發電量，適用于已運行的大型水庫■