岸堤水庫對河段生態(tài)水文情勢的影響分析

吳海峰

（山東省臨沂市水利勘測設計院,山東 臨沂 276000）

0 引言

流域生態(tài)水文情勢是確保流域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、完整及生物種群多樣性的基礎,水利工程建設和運行必將改變流域自然生態(tài)水文情勢及生態(tài)系統(tǒng)結構功能。沂河支流東汶河流域水資源豐富、徑流穩(wěn)定,且流域內(nèi)魚類物種資源多種多樣,常年分布著魚類物種產(chǎn)卵場、索餌場和越冬場,生態(tài)保護價值顯著,但是流域內(nèi)魚類種群再生能力脆弱,容易受外界環(huán)境因素影響[1]。為此,進行沂河支流東汶河流域水利工程建設運行對河段生態(tài)水文情勢的影響研究對流域生態(tài)系統(tǒng)保護十分重要。

1 研究區(qū)概況

岸堤水庫位于沂河支流東汶河流域,具有防洪、灌溉、養(yǎng)殖、供水、發(fā)電、旅游等綜合功能。水庫于1959 年建成,于次年4 月竣工蓄水,并于1997 年進行除險加固,使水庫工程質(zhì)量達到優(yōu)良等級。岸堤水庫100 a一遇設計標準3 d凈雨量340 mm,最大洪峰14200 m3/s,入庫水量5.81×108m3；萬年一遇校核標準3 d凈雨量1040 mm,最大洪峰31100 m3/s,入庫水量18.4×108m3。岸堤水庫水文站是岸堤水庫入庫流量監(jiān)測控制站,岸堤水庫水文站以上河道并無大型水利工程,受干擾程度較輕,能近似反映所在流域天然來水狀況。為減輕人類活動和氣候變化對分析結果的影響,本文選取1990 年~2016 年岸堤水庫水文站逐日流量均值實測值和岸堤水庫相同歷史期逐日出庫流量序列,進行水庫影響下流域河段生態(tài)水文情勢演變分析及水文變化指標的計算,并運用RVA進行岸堤水庫對壩下河段生態(tài)水文情勢影響程度的量化分析。

2 對河段生態(tài)水文情勢的影響

2.1 月平均流量的變化

流域生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的維持主要靠流域河段流量大小及機械性變化情況,從表1 可以發(fā)現(xiàn),岸堤水庫建成運行后對流域河段月流量均值存在顯著影響：1 月~5 月和11 月~12 月流量均值增大幅度最為明顯,6 月10 月則減小,其中1 月、2 月、3 月、9 月、12 月月平均流量改變幅度最大,4 月、7 月、10 月月平均流量改變幅度次之,5 月、6 月、8 月、11 月改變幅度最小。總體而言,岸堤水庫的運行促使壩下流域河段月平均流量趨于均一化變動趨勢,季節(jié)性差異減小,主要原因在于水庫運行在滿足防洪、發(fā)電、供水、灌溉等需求的過程中起到了“蓄豐補枯”的積極作用,確保了流域灌區(qū)生態(tài)用水。徑流的調(diào)整為流域不同物種提供了適宜的水文條件。但是岸堤水庫運行加劇了壩下流域河段流量的均一化,必將改變流域內(nèi)生物種群結構和生態(tài)系統(tǒng),不利于流域生物洄游、遷徙及生態(tài)環(huán)境多樣性。

2.2 年極端流量的變化

從圖1 和圖2 可知,岸堤水庫運行之后壩下河段年內(nèi)流量最大值明顯減小,90 d流量最大值指標的發(fā)生微小幅度改變,但其他流量指標均變化幅度較大。水庫運行所影響的最大1 d流量均比目標下限小（圖1）,而年最小1 d流量明顯增加,其他流量指標高度變化。水庫運行后最小1 d流量均值比目標上限高,而且表現(xiàn)出較大的年際變動（圖2）。最小流量指標的變動程度整體上大于最大流量指標,充分表明岸堤水庫的運行對流域河段年內(nèi)最小流量影響更大,極端流量變動必將擾動流域生態(tài)系統(tǒng),影響水生物棲息環(huán)境,阻礙流域與河岸營養(yǎng)的交換,不利于水生物生長。

圖1 水庫運行前后流域河段最大1 d流量均值

圖2 水庫運行前后流域河段最小1 d流量均值

此外,岸堤水庫運行前最大流量通常出現(xiàn)在7 月~10 月,且通常集中于7 月下旬~8 月上旬,岸堤水庫運行后,最大流量出現(xiàn)的時間范圍更加寬泛,4 月~11 月均有而且5 月上旬~8 月下旬期間較為集中,也就是說,年最大1 d流量出現(xiàn)的時間整體上提前了1 個月,由于灌區(qū)春灌期的影響,岸堤水庫必須加大出流量滿足灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水所需,所以生態(tài)水文情勢低度改變。岸堤水庫運行前最小流量出現(xiàn)的時間范圍擴大,最小1 d流量集中出現(xiàn)在2 月~3 月,由于12 月至次年3 月所在流域進入凌汛期,水庫必須在凌汛期到來前減小其下泄流量,從而達到封河穩(wěn)定的目的,為確保開河安全,凌汛期結束時下泄流量仍需繼續(xù)減小。所在流域魚類通常在汛期漲水時期產(chǎn)卵,所以岸堤水庫運行使年內(nèi)最大流量出現(xiàn)時間大大提前必將引起魚類繁殖條件的改變,從而擾亂其正常的繁殖活動,影響水生物種群結構與規(guī)模。

2.3 流量頻率與延時

河流生態(tài)過程直接受到流量高低的影響和驅動,進而影響不同水生物物種的生存機會。根據(jù)表2 可以看出,岸堤水庫運行之后年內(nèi)高低流量出現(xiàn)頻率明顯減小,而且持續(xù)時間大大縮短,總體而言,低流量指標的變動率高于高流量指標,岸堤水庫運行對低流量的出現(xiàn)頻次和持續(xù)時間影響更為顯著。所在流域壩下河段魚類在產(chǎn)卵期和育苗期內(nèi)由于高流量持續(xù)時間過短而難以獲得足夠的水域和充分的營養(yǎng),從而影響水生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展,甚至導致部分生態(tài)環(huán)境的惡化和消失。

表2 岸堤水庫運行對高低流量的影響

此外,根據(jù)分析,岸堤水庫運行后,壩下流域河段流量變動頻次明顯增多,流量年增大（減小）率均值出現(xiàn)較大幅度的波動,究其原因主要是岸堤水庫電力荷載的變動導致下泄流量出現(xiàn)頻繁的“陡漲陡落”,進而影響浮游生物及其他水生物生長棲息環(huán)境。

綜合岸堤水庫運行對所在流域生態(tài)水文情勢變化指標的影響程度,改變程度顯著。充分表明,岸堤水庫運行及調(diào)度方式對所在流域河段水文情勢存在較大程度的影響和改變,進一步擾動了水生物棲息環(huán)境。

3 結論

岸堤水庫的運行導致壩下流域河段生態(tài)水文情勢出現(xiàn)顯著性改變,由于水庫徑流的調(diào)節(jié)作用,流域年內(nèi)徑流過程表現(xiàn)出均一化趨勢特征,最大流量規(guī)模減小且出現(xiàn)時間顯著提前,最小流量恰好相反變動,流量呈現(xiàn)出“陡漲陡落”趨勢,且變動愈加頻繁,極大地影響了壩下游流域河段水生物種群結構規(guī)模、棲息環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)。但岸堤水庫的建設對流域水文情勢仍有很大的積極影響,“蓄水補枯”作用有效確保了流域下游河道在枯水期的生態(tài)灌溉用水,使得水資源利用效率大大提升,水庫同時還發(fā)揮著防凌防洪、保護生態(tài)環(huán)境等作用。