大伙房水庫運行對下游水文情勢的影響分析

張峰遠

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司,遼寧 沈陽 110006)

河流水文情勢與生態(tài)環(huán)境關系密切，天然河流流態(tài)的改變會對河流生態(tài)產(chǎn)生重要影響。水流條件的改變同時也會在不同程度上影響動物的棲息條件，進而對其分布和豐度產(chǎn)生影響，從而影響生物群落的組成和多樣性。水利工程的建設，尤其是大型水庫工程、引調水工程的建設會顯著改變河流的天然徑流過程，對河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響。

Richter等于1996年創(chuàng)立了IHA(Indicator of Hydrologic Alteration)法評估河流生態(tài)水文變化，依據(jù)河流的日水文資料，從流量大小幅度、時間、頻率、歷時和變化率等方面計算33個具有生態(tài)意義的關鍵水文參數(shù)值。IHA指標系列與生態(tài)相關性強、易采集，適用于評價水文系統(tǒng)變化的程度及其對生態(tài)系統(tǒng)的影響。國內外已有許多研究成果采用該指標體系評價河流建庫、分取水對河流生態(tài)水文特性的改變。鑒于此，本文采用該方法評價大伙房水庫對下游渾河徑流過程的影響。

1 研究區(qū)概況

渾河發(fā)源于撫順市清原縣彎甸子鄉(xiāng)境內的長白山支脈滾馬嶺，與太子河匯流成大遼河，經(jīng)營口注入渤海，流域面積11481km2。大伙房水庫為渾河流域唯一的大型水庫，水庫于1954年開工興建，1957年攔洪，1958年8月竣工。工程運行至今，共經(jīng)歷了1974年、1978年、2002年三次加固改建設計，并于2005年汛前完成了大伙房水庫除險加固。大伙房水庫總庫容22.68億m3，工程規(guī)模為大(1)型，水庫正常蓄水位131.5m，防洪限制水位126.4m，死水位108.0m。

2 研究方法

IHA模型從流量(水位)變幅、時間、頻率、持續(xù)期和變動率等方面評價河流水文狀態(tài)改變，并采用變動范圍法(Range of Variability Approach，RVA)來分析河流水文因子的變化。按照水文情態(tài)的某種特征(比如流量、出現(xiàn)歷時、頻率及變化率等)，IHA指標體系分為5組：第1組為月均流量指標；第2組為年均極值指標；第3組為年極值出現(xiàn)時間指標；第4組為高低流量頻率與歷時指標；第5組為流量變化率與頻率指標。

RVA方法認為如果水庫建成后水文數(shù)據(jù)的IHA指標值落到RVA閾值內的頻率與水庫建成前的頻率保持一致，則表明水庫運行對河流的影響輕微，河流仍然保有自然的流量變化特征；但若受影響的流量數(shù)據(jù)統(tǒng)計值落于RVA閾值內的頻率遠大于或遠小于水庫建設前的頻率，則表示水庫運行已經(jīng)改變了原有河流的流量變化特征，此改變可能對河流水域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重的負面影響。水文改變度大小定義如下：

(1)

式中，Di—第i個IHA的水文改變度；Yi—第i個IHA在建庫后仍落于RVA閾值內的年數(shù)；Yf—水庫建設后IHA預期落于RVA閾值內的年數(shù)，以γ×YT來計算，γ為水庫建設前的IHA落于RVA閾值內的比例，YT—水庫建設后受影響流量數(shù)據(jù)的總年數(shù)。定義若Di值介于0～33%間屬于無或低度改變，33%～67%屬于中度改變，67%～100%屬于高度改變。由此量化的數(shù)值判斷水文情勢受水庫建設與運行影響的程度。

3 結果分析

選取大伙房水庫下游撫順站為代表站，利用1935—2015年實測日徑流資料，選取大伙房水庫建設為水文系列劃分節(jié)點，水庫于1954年開工興建，1957年攔洪，1958年8月竣工，1935—1956年數(shù)據(jù)為建庫前數(shù)據(jù)，1959—2015年數(shù)據(jù)為建庫后數(shù)據(jù)。

根據(jù)IHA第1組指標評價人類活動對渾河徑流過程的影響，建庫前后月平均流量過程見表1。年內徑流過程均化趨勢明顯，5月份由于下游水田泡田插秧供水，斷面流量增加明顯，汛期7、8月份由于水庫的調蓄，同期流量較建庫前有所減少。從9月份開始由于水庫蓄水，下泄流量明顯低于天然狀態(tài)。

建庫前后年均極值指標改變見表2，由于水庫調蓄，下游年均最小1d、3d、7d、30d流量均有所增加，年均最小90d流量有所減少，1960年曾出現(xiàn)連續(xù)4個月(1—4月)流量為0的極端情況；年均最大1d、3d、7d、30d、90d流量均有所減少；建庫前實測資料中未出現(xiàn)流量為0的情況，建庫后1959—1961年間由于水庫初期蓄水運行，共出現(xiàn)142天流量為0的情況；由于建庫后河道徑流量整體減少，基流指數(shù)較建庫前有所增加。

建庫前后年極值出現(xiàn)時間指標改變見表3，由于水庫調蓄，年最小、最大流量出現(xiàn)時間均提前。由于水庫下游農(nóng)業(yè)供水，若該年沒有大的洪水，年最大流量出現(xiàn)時間普遍提前到5月份。

建庫前后高低流量發(fā)生次數(shù)與歷時指標改變見表4。將建庫前實測日流量資料由大到小排序，分別選取25%和75%的流量作為高低脈沖流量的閾值，分別為8.27m3/s、227.7m3/s。由于水庫調蓄，年低流量脈沖次數(shù)增加，持續(xù)時間減少，高流量脈沖次數(shù)減少，持續(xù)時間略有增加。

建庫前后流量變化率與逆轉次數(shù)指標改變見表5。建庫后流量增加率和減少率都有所減少，每年流量逆轉次數(shù)增加。

4 結語

(1)渾河撫順站33個IHA指標中有7個為高度改變，整體水文特征改變?yōu)楦叨雀淖儭４蠡锓克畮斓倪\行對渾河徑流產(chǎn)生了很大的影響。

(2)從大伙房水庫的季節(jié)性的泄水方式角度來看，枯水期水庫會相應的增加泄水量，以滿足下游河道灌溉等社會經(jīng)濟發(fā)展的用水需求；而在豐水期水庫會減少泄水量，以保證下游居民的生命安全。水庫運行使得河流出現(xiàn)了相互獨立的流態(tài)，削弱了河流及其周邊環(huán)境的聯(lián)系，使得河流生物多樣性和生物生產(chǎn)能力下降，影響了河流復合生態(tài)系統(tǒng)自然功能的發(fā)揮。

表1 月平均流量指標改變統(tǒng)計表 單位：m3/s

表2 年均極值指標改變統(tǒng)計表 單位：m3/s

表3 年極值出現(xiàn)時間指標改變統(tǒng)計表

表4 高低流量發(fā)生次數(shù)與歷時指標改變統(tǒng)計表

表5 流量變化率與逆轉次數(shù)指標改變統(tǒng)計表

(3)大伙房水庫運用需進一步考慮下游生態(tài)因素，增加泄流量及泄流過程變化，開展水庫生態(tài)供水保障措施方面的研究。