東莊水利樞紐工程水生態影響分析及對策

黃海真 王娜 周偉東 崔海磊

摘要：涇河中游新建東莊水利樞紐工程將對流域水生態系統產生一定不利影響。在流域水生態現狀調查的基礎上，結合現狀開發活動和工程的特點，分析了工程高壩阻隔和工程水資源配置造成的水文情勢改變等對水生態環境的影響。提出了水質保護、保留自然狀態的棲息地保護河段、建設過魚設施、增殖放流和生態調度等措施，以恢復和保護流域水生態環境。

關鍵詞：水生態環境;水資源保護;魚類資源;東莊水利樞紐;陜西省

中圖法分類號：X171.4

文獻標志碼：A

DOI：10.1 5974/j .cnki.slsdkb.2020.05.011

1 研究背景

1.1 工程概況

陜西省東莊水利樞紐工程位于渭河最大的支流涇河上，是控制涇河洪水、泥沙的關鍵性工程，主要配合中游骨干水庫攔沙和調控水沙，減輕渭河及黃河下游河道淤積[1]。壩址位于張家山水文站以上29 km，水庫總庫容32.76億m3，裝機容量110 MW，年供水總量1.62億m3，最大壩高230 m，正常蓄水位789.0 m，相應庫容20.15億m3，回水長度96.7 km[2]。工程建設期8a，主體工程于2018年6月全面開工。主要由雙曲拱壩、泄洪排沙建筑物、引水發電建筑物、發電廠房和供水取水設施組成。開發任務為“以防洪減淤為主，兼顧供水、發電和改善生態等綜合利用”。

1.2 河段特點

涇河東莊水庫下游的文涇電站、涇惠渠渠首和上游的棗渠水電站、程家川水電站、絳山水電站、石橋水電站、和平水電站等均已經建設運行，中游黑河上的亭口水庫、三水河的柏嶺寺水庫、紅巖河的紅巖河水庫正在建設，涇河中下游干流和支流已形成多處阻隔。由于涇惠渠灌區缺乏有效的調控措施和取水，造成涇惠渠渠首以下河段生態基流不足，部分時段河段存在斷流現象。河段水體連通性較差，生態流量泄放不能滿足要求，導致壩址下游水生態環境現狀較差，水生生物資源整體匱乏。

2 工程段環境現狀調查與評價

2.1 水環境質量

綜合分析涇河干流2006 - 2016年景村、張家山等水質監測斷面監測資料和實測數據，2006 - 2014年主要超標指標包括BOD5、總氮、石油類、TP等，2015年主要超標指標為總氮、BOD5，2016年主要超標指標是總氮。涇河干流的BOD5、石油類、TP整體呈現不斷降低態勢，基本滿足GB3838-2002《地表水環境質量標準》[3]Ⅲ類水質標準，但總氮呈現增加態勢。

2.2 水生態環境

（1）調查范圍和內容。調查范圍從涇河人渭河口至甘肅崆峒水庫壩下，2013年6月至2014年6月，對涇河干流河段及主要支流北子河、黑河、馬蓮河、汭河、任家河、頡河及入河口，以及船張村、西營、涇河大橋、北屯鎮、張家山、東莊水庫壩址、北屋、水簾鄉、彌家河、長慶橋鎮、涇川縣、白水鎮和崆峒壩下等共設置水生生物采樣點24個，見圖1，按照《內陸水域漁業資源調查試行技術規范》[4]，對涇河干支流進行水生生物現狀調查，主要包括浮游生物、底棲動物組成、密度及生物量，魚類資源等。

（2）浮游和底棲生物。浮游植物7門127種屬，其中硅藻門91種屬，綠藻門21種屬，裸藻門7種屬，黃藻門3種屬，甲藻門1種屬，金藻門1種屬。浮游植物平均密度41.65×10⁴cells/L，平均生物量385.39x10^-3mg/L。浮游動物3門18種屬，其中原生動物門15種屬，輪蟲類1種屬，橈足類2種屬。浮游動物平均密度79 ind/L，平均生物量5.2lxl0。mg/L。底棲動物8種，隸屬于3門8目8科，其中以節肢動物門為主。

浮游植物多樣性指數、均勻度指數、豐富度指數較高的斷面為涇河大橋、北屯、水簾鄉等，密度最大的斷面為北屋，生物量最大的斷面為張家山，實地調查發現張家山段流速較小，河流清澈，有利于浮游植物生長，其中裸藻門數量較大。

（3）魚類資源。據資料記載[5]，涇河有魚類2目4科13種，多次調查捕獲魚類2目4科12種，其中鯉科8種，鰍科2種，鲇科、鰕琥魚科各1種，分別為餐條、馬口魚、拉氏鱸、開封半餐、麥穗魚、鲇魚、鯽魚、鯉魚、棒花鮈、泥鰍、斯氏高原鰍、波氏櫛鰕虎。拉氏鱥為地方土著魚類，鯉魚、鲇魚為地方主要經濟魚類。涇河段分布的主要為小型魚類，其中拉氏鱥、斯氏高原鰍數量較大，調查未見陜西特有魚類陜西高原鰍。工程上下游河段魚類優勢種類為鯉魚和拉氏鱥，鰍科優勢種類為斯氏高原鰍。

3 水生態影響分析

（1）施工環境影響。工程建設期導流工程、纜機平臺、大壩岸坡開挖、壩基開挖、混凝土雙曲拱壩澆筑、消力塘、引水洞、地下廠房及庫區防滲等主要施工活動將導致施工區域涇河水體渾濁，透明度下降，對河流水環境及水生生物產生一定影響，施工引起的浮游生物結構變化不會導致區域浮游生物多樣性的下降;施工區段底質發生變動，底棲生物原有棲息地破壞，生境暫時性縮小，生物量減少。上述影響是局部的、暫時的，施工結束后，浮游生物群落將會恢復至原有特征。

（2）水文情勢影響。工程運行在一定程度上改變了原涇河天然河道壩址斷面的來水流量過程，由于文涇電站壩址斷面南線引水，電站斷面流量與原涇河天然流量過程差值進一步增大，對水文情勢影響進一步增強。涇惠渠渠首以下斷面流量變化較明顯，流量明顯削減。涇河人渭口斷面枯水時段流量較建庫前增大，汛期多數時段流量較建庫前減小。

東莊水庫運行蓄水后，庫區水面面積較原天然河道狀態有所增加，庫區主要斷面水面寬度有一定程度增加，庫區水位顯著抬升，水位變化幅度由壩前至庫尾方向逐漸減小。流速較原天然河道狀態明顯降低，且年內流速變化幅度顯著減小。水庫建成蓄水后，原河道型的水域生態系統逐漸成為山谷型水庫生態系統，水流趨緩，為喜靜水性魚類提供更多棲息及繁殖場所。湖泊定居型魚類數量增加，底棲無脊椎動物的種群逐漸減少。庫區河段喜激流性魚類數量迅速減少，沿庫移至上游或支流。

（3）低溫水下泄影響。根據預測，攔沙期庫區水溫結構屬于典型分層型，壩前水溫分層具有明顯季節性特性。壩前水溫結構從4月份開始出現明顯分層現象，分層最為明顯為5-9月。正常運行期水庫由深水型變為淺水型，庫區水體依然存在一定分層現象，但年內分層時段明顯縮短，僅4～6月存在明顯分層現象。由于壩前水深變淺，低溫水下泄影響程度有所降低。水庫下泄低溫水將使浮游植物種群結構發生變化，如不采取措施，將使該河段喜低溫種類成為優勢種，而且下泄低溫水將推遲部分魚類產卵時間。受低溫水下泄影響，魚類也將因產卵、索餌等特性的變化而向河流下游遷移。

（4）阻隔影響。目前工程影響河段有7座水電站和1個引水樞紐工程，東莊壩址下游約29 km有涇惠渠渠首樞紐，東莊壩下緊接文涇電站，東莊庫區河段目前已建成降山、和平等6座引水式電站，東莊壩址上下游的開發已經對魚類的生境造成了阻隔影響。

涇河所有魚類都屬于淡水定居性魚類，無長距離的溯河、降河洄游性需求，但存在短距離的繁殖、索餌、越冬等區域性洄游。東莊水庫大壩的建成，可能會對上下游魚類的基因交流造成影響，尤其是上下游均有分布的拉氏鱥、斯式高原鰍等。東莊水庫大壩建成后，將在涇河干流形成人為阻隔，造成大壩下游河段魚類無法洄游至上游產卵繁殖。由于工程河段無產漂流性卵的魚類，影響相對較小;但大壩上游河段魚類無法通過大壩進入下游河段，基因交流受到阻礙，可能導致涇河流域內魚類的種群結構改變。

（5）對下游的影響。水庫建成后，庫區上游來水經水庫調蓄后進入壩下河道的水量主要包括電站發電水量、水庫棄水量、河道生態水量、農業灌溉水量和供水水量等，改變了天然徑流過程。根據水庫運行調度，平水年東莊水利樞紐運行對原天然河道的徑流豐枯變化特征產生了較明顯的影響。夏季下泄流量明顯高于上游來水流量，秋季則低于上游來水流量。在春季和夏季，保證下泄流量可為魚類繁殖提供更多的繁殖場和繁殖條件，對魚類生長和索餌有利。在秋季，河道水量減少，縮減了河床范圍，將影響一部分底棲動物和水草的生長。

4 水生態保護措施

4.1 水環境保護措施

按照SL 644-2014《水利水電工程水庫庫底清理設計規范》[6]進行庫底清理，驗收合格后再蓄水。加強農村畜禽養殖污染控制，進一步強化污水處理廠建設，嚴格落實在庫區彬縣、旬邑、淳化、禮泉等規劃區域建設污水處理廠，推進農村集鎮生活污水處理設施和生活污水收集管網建設，削減城鎮生活污染物的人河量，保證庫區水體水質。為減少面源污染匯入庫區而對水質帶來不利影響，在庫區采用物理隔離與生物隔離相結合的防護設施，在合適位置設置隔離網和8-15 m寬的防護林帶，保護庫區水質。

對區域水污染實施分流域、分區域、分階段治理，從行業專項整治、工業點源治理、城鎮污水集中處理和改造、農村面源污染治理等，系統推進區域水污染防治，加大對化學需氧量、氨氮、總磷、重金屬等污染物的控制力度，實現河道水功能規劃地表水環境質量Ⅲ類水質目標要求。

4.2 水生態環境保護措施

（1）分層取水。為緩解下泄低溫水對農業生產及水生生物等的影響，設計采用3層取水口，取水高程分別設置為745，757 m和769 m。水庫運行時，可根據實際來水情況及庫區水位變化，做到盡量取用水庫表層水，最大程度減輕下泄低溫水對農業生產及水生生物等的影響。

（2）生態流量保障。魚類繁殖期（4月15日至6月15日）東莊壩址處生態流量為10.66 m3/s，汛期（6月16日至8月31日）為15.99 m3/s，一般用水期為5.33 m3/s。在蓄水初期，為保證導流洞封堵初期下游生態供水，在導流洞進口設一條臨時供水管，結合二道壩消力塘蓄水保證下游生態流量達5.33 m3/s。運行期生態流量通過電站小機組泄放，小機組選型考慮生態基流及下游部分工業供水流量，兩臺小機組互為備用，具備較高的運用可靠性，考慮電站停用期間的生態流量泄放要求，利用壩身排沙泄洪設施、水墊塘及二道壩和二道壩內埋設的水墊塘放水管泄放生態流量。水庫壩址下游已建文涇水電站、涇惠渠渠首樞紐分別通過補建生態放水管，改造現有沖沙閘等流量泄放設施，并同步建設生態流量在線監控系統，確保生態流量泄放。

（3）生態調度。為減少水庫運用對魚類產卵的影響，每年4-6月魚類產卵季節擇機安排生態調度過程，在水溫達到16℃- 18℃時開始啟動魚類刺激產卵過程，維持調度漲水量每日10%，刺激魚類產卵維持5d。考慮到濕地植物對河道水生態系統的重要性，根據濕生植物生長季生長過程需求，在6-8月開展為濕地補水的漫灘洪水生態調度。結合水庫蓄水量和水情預報，在滿足生態基流和生活及工農業用水的前提下，擇機下泄人造洪水，要求下游濕地最大漫灘需求處（壩下約38 km處）洪峰流量不低于716 m3/s，且大于該流量的持續時長不少于6h，每年調度不少于1次。

（4）棲息地保護。基于涇河干流梯級規劃和魚類資源的現狀，選擇棲息地保護范圍為涇河干流彌家河村向上下游各延伸5 km，作為陜西高原鰍等魚類的棲息地保護區。通過設立醒目標示牌或浮標，設置人工魚巢、挺水濕地植物恢復、引種底棲動物和投放人工魚巢等營造替代生境，為魚類提供足夠的攝食場地、繁殖場、生長空間和庇護所。

（5）建設過魚設施，維持河流連通性。東莊水利樞紐的建設阻隔了壩上壩下魚類種群的基因交流.為了保證魚類種群群落不受破壞以及涇河流域魚類基因完整性，經過比選，推薦建設集運魚系統，將壩下魚類通過誘捕、收集，集中運送到壩上。綜合考慮東莊水利樞紐工程魚類的過魚需求、過魚有效性、保護價值，并結合魚類資源量現狀，優化和確定工程主要過魚對象是評價河段的全部魚類，特別是陜西高原鰍和地方土著魚類拉氏鱥。

（6）魚類增殖放流。為保護好野生魚類種質資源，需建立人工增殖放流站。通過魚類增殖放流，增加優勢魚類種群數量，使魚類種質資源得以持續利用，維持和保護生態環境。綜合多方面因素，將陜西高原鰍、地方土著魚類拉氏鱥、經濟魚類鯉魚作為人工增殖放流的主要對象。

（7）科研和生態監測。目前河道內陜西高原鰍數量較小，調查時未見，應開展增殖放流技術、遺傳多樣性和種群動態等方面的研究，為種群的恢復及遺傳多樣性的保護提供科學支撐。涇河流域水生態問題比較突出，建議進行長期水生態動態監測，及時掌握水生態變化趨勢，為環境保護措施的制定和調整提供科學依據。

5 結語

東莊水利樞紐工程是涇河防洪減淤的關鍵工程，并有灌溉、供水和發電等功能，社會效益顯著。工程建設對水生態環境造成一定不利影響，主要包括大壩阻隔魚類影響，河流水文情勢變化對水生態的影響，低溫水下泄的影響等。這些不利影響可以通過采用水質保護、分層取水措施、棲息地保護、集運魚和增殖放流等工程和生態補償措施得到避免或減緩。水庫運行后，通過補償措施和生態調度，一定程度上有利于壩址上下游水生生態恢復。

參考文獻：

[1] 黃河水利委員會.黃河近期重點治理開發規劃[M].鄭州：黃河水利出版社，2002.

[2]黃河勘測規劃設計研究院有限公司.東莊水利樞紐工程可行性研究報告[R].鄭州：黃河勘測規劃設計研究院有限公司，2018.

[3]CB 3838-2002地表水環境質量標準[S].

[4]全國漁業自然資源調查和漁業區劃淡水專業組.內陸水域漁業自然資源調查試行規范[M].北京：農業出版社，1980.

[5]張佑民，劉興連，孫長銘.陜西水生野生動植物[M].西安：西安地圖出版社，2006.

[6] SL 644-2014水利水電工程水庫庫底清理設計規范 [S].

（編輯：李慧）

作者簡介：黃海真，男，高級工程師，碩士，主要從事環境影響評價、水污染控制與給水凈化研究工作。E-mail：haizhenh@126.com