閻王鼻子水庫生態調度方案分析研究

趙麗麗

(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)

1 水庫基本情況

閻王鼻子水庫位于大凌河干流朝陽市肖家店村，壩址距朝陽市25km，控制流域面積9482km2，總庫容2.17億m3。水庫設計任務為滿足朝陽市近期工業和生活用水及朝陽市郊區部分農業灌溉用水，并以防洪為主、兼顧發電。水庫樞紐主要由擋水壩段、沖沙閘壩段、溢流壩段、電站壩段、城市工業取水口壩段及農業取水口壩段等組成。水庫工程于1996年10月正式開工，1999年9月下閘蓄水，2000年主體工程基本建成，2006年12月通過驗收，正式投入使用。

2 建庫前后水文過程變化分析

根據1956—2016年壩下逐月實測徑流資料，選取水庫下閘蓄水時間為節點，分析建庫前后水文過程變化情況[1-2]。水庫調蓄對大凌河徑流變化影響較大，汛期7月、8月由于水庫的調蓄，同期流量較建庫前明顯減少；從9月開始由于水庫蓄水，下泄流量低于天然狀態。建庫前后各月月平均流量見表1。

表1 閻王鼻子水庫下游河道月平均流量指標統計情況 單位：m3/s

3 生態需水量分析

基本生態需水是河湖生態環境需水要求的下限，是維持河湖給定的生態環境保護目標所對應的生態環境功能不喪失的重要表征指標；生態基流則是其年內需水過程的最小值[3-4]。

目標生態需水是指需要維系的河湖生態環境功能，一般包括維持河湖形態、生物棲息地、自凈、輸沙、景觀、河口防潮壓咸及其他生態環境功能等[5-6]。

根據大凌河水生生態調查資料，大凌河干流閻王鼻子水庫以下河段魚類主要以鯉科和鰍科為主，均為本土魚類，未發現重要水生態環境敏感目標；同時該河段受人類活動影響大，水資源開發利用程度高，用水矛盾突出。基于上述因素，確定該河段生態需水重點考慮生態基流，同時兼顧魚類生態敏感期需水，采用Tennant法確定斷面生態流量。針對流域徑流過程年內、年際差異顯著的規律，將生態需水分為基本生態需水和目標生態需水。

3.1 基本生態需水

大凌河屬于北方河流，冬季河流冰封期長，考慮大凌河實際情況，冰封期1月、2月、11月、12月暫不考慮冰封期生態水量；5—6月中旬為魚類產卵期，采用多年平均徑流量的20%作為下泄生態水量；6月下旬和7月、8月，下泄生態水量按多年平均徑流量的20%計算；其余3月、4月、9月和10月，為保證下游基本生態用水，按多年平均徑流量的10%進行流量下泄。

3.2 目標生態需水

在基本生態需水方案基礎上，考慮到大凌河河道內魚類生存需水時段，因4月魚類未開始大量繁殖，所以5—9月采用多年平均徑流量的30%作為魚類生存需水量，其余3月、4月、10月采用多年平均徑流量的10%作為目標生態流量。生態需水量見表2。

4 生態用水調度方案研究

水庫現狀供水尚未達到設計能力，仍有部分富余能力可用于生態環境補水，因此，增加生態補水任務不會改變水庫原設計特征水位及庫容。水庫死水位204.50m，對應庫容1111萬m3；正常蓄水位210.5m，對應庫容6035萬m3。水庫起調水位及庫容的選取是為使生態供水調度方案更具操作性，對不同起調水位、不同典型年來水過程、不同年末控制水位對應的生態供水調度方案進行分析[7]。

4.1 邊界條件選定

4.1.1 起調庫容及水位選取

水庫供水調度是在優先保障城鎮居民生活用水的前提下進行生態用水調度的，并選取豐、平、枯等典型來水年份進行水庫調度計算。在死庫容和正常蓄水位對應庫容之間插入3個水位，將水庫興利庫容均分成4份，相應水位分別為206.62m、208.47m、209.68m，具體見圖1。將上述水位作為水庫調度運用模擬的起調水位。

圖1 閻王鼻子水庫起調水位示意

4.1.2 典型年選取

選取豐、平、枯3個典型年，其中豐水年入庫水量為51020萬m3，平水年入庫水量為29579萬m3，枯水年入庫水量為20407萬m3。具體入庫水量過程見圖2。

圖2 水庫典型年入庫水量過程

4.1.3 水庫供水任務

目前閻王鼻子水庫每年向朝陽市西部產業新區內的凌鋼和燕山湖電廠供水930萬m3，考慮未來企業發展需求，近3年水庫每年平均向朝陽市(含凌鋼、燕山湖電廠)城市工業及生活供水2190萬m3。水庫補水任務有兩項：?向庫下現有地下水源地補水，多年平均補水量1069萬m3；?向下游區間補水，多年平均補水量457萬m3。

4.2 生態用水泄流方式分析

閻王鼻子水庫下游河道較寬，河道坡度緩，淤積嚴重，小流量放流生態效果不明顯，可采用集中放流和結合下游補水的方式提供生態水量。如在3月、4月、9月、10月的生態需水較小，可以采用集中在上旬或者每個月的前后5天泄放生態水量，5—8月可結合水庫向下游的供水任務提供生態水量。分期集中生態泄流方式及目的見表3。

表3 分期集中生態泄流方式及目的

4.3 生態調度方案分析

基本生態需水、目標生態需水調度方案見表4。從表4中可以看出，年初水庫水位較高且預測年度徑流量偏豐時，基本生態和目標生態需水的要求水庫均可以滿足。通過分析，當起調庫容為4804萬m3時，采用目標生態流量供水方案較基本生態流量供水方案可增供純生態水量2540萬m3，水庫棄水減少明顯。

表4 基本、目標生態需水調度方案 單位：萬m3

不同典型年生態補水過程見表5[8]。從表5可以看出，因1月、2月、11月、12月為結冰期，河道內結冰，水流動性差，不考慮生態需水；5月、6月是農業灌溉期，水庫需放流完成下游補水任務，河道內生態需水結合水庫放流后水庫直供生態水量較少；3月、4月、9月、10月生態需水量約為汛期的一半，所以需水庫提供的補水量亦較少；7月、8月為汛期，生態需水要求和水庫棄水均較多，水庫向下游的補水任務減少，因此水庫純放生態水量增多。

表5 生態需水生態補水過程 單位：萬m3

5 結 論

在充分考慮大凌河流域河道外需水的前提下，通過對閻王鼻子水庫的調度方案進行研究，經分析論證后得出如下結論：

a.水庫原設計供水任務中未考慮生態環境供水，現狀調度運用方式對下游水文情勢影響較大。

b.水庫壩下基本生態需水5059萬m3，目標生態需水7599萬m3。結合水庫實際運行經驗，長時段不間斷小流量放流對下游生態環境改善功能有限，并且考慮到大凌河結冰期長，水流流動性差，水庫放流達不到預期效果。因此在結冰期不考慮下游的生態供水，非結冰期中灌溉期5—8月結合下游供水，3月、4月、9月、10月通過分期集中泄流的方式提供下游生態用水，改善下游生態環境。

c.由于水庫現狀供水尚未達到設計能力，還有部分富余水量可滿足生態環境放流。水庫實際生態泄流過程中，應隨時關注水庫供水和來水情況，及時修正，并應為可能遭遇的枯水年份預留庫容。