袁灣水庫建設對潢河水文情勢影響研究

杜鵬程 謝國慶

袁灣水庫工程是列入2020 年國家150 項重大水利工程項目清單和《河南省人民政府關于新時代支持革命老區振興發展的實施意見》的重點水利項目，位于河南省信陽市淮河上游右岸一級支流潢河上游，壩址位于光山縣潑陂河鎮和晏河鄉交界處。該工程以防洪為主，結合供水、灌溉，兼顧發電、改善生態等綜合利用。工程由攔河主壩、副壩和水電站等組成。水庫總庫容2.51 億m3，防洪庫容1.21 億m3，最大壩高32.10m，為大（2）型水庫。

該工程建成后，結合淮河上游防洪體系其他已建和規劃工程，可使淮河干流王家壩以上圩區的防洪標準由現狀的10 年一遇提高到20 年一遇，灌溉農田11.6 萬畝，年提供城市生活及工業供水5040 萬m3，對于幫助大別山革命老區的新縣、光山和潢川等縣鞏固脫貧攻堅成果、推進鄉村振興、優化區域水資源配置、促進地區經濟社會發展有積極作用。

袁灣水庫工程筑壩蓄水和生產生活取水對上下游水文情勢將產生一定影響。

一、潢河水文情勢現狀

潢河又名潢水，發源于河南省新縣田鋪鄉萬字山，于潢川縣境內匯入淮河。流域地處淮河上游南部，大別山中心地帶，全長140km，流域面積2400km2，流經新縣、光山縣、潢川縣，年平均徑流量為10.59 億m3，河床比降平均約1.18/1000，高程約40～268m。

上中游為山區、淺山丘陵區，河床平均寬80～150m，河道比降大；下游由丘崗地區過渡到平原區，河床寬150～200m，水流平緩。汛期最大流量可達3726m3/s，冬季最小流量僅2～3m3/s。

根據1967—2015 年水文站實測和匯流面積推演得出潢河袁灣水庫壩址徑流量最小值為6547 萬m3（2001—2002 年）、最大值為69599 萬m3（1987—1988 年）、多年平均值為24707 萬m3、50%年型為22650 萬m3、75%年型為14834 萬m3、95%年型為8500 萬m3。

袁灣水庫壩址多年平均懸移質輸沙量7.30 萬t，推移質輸沙量1.46 萬t，年輸沙模數為152t/（km2·a）。

二、庫區水文情勢變化分析

袁灣水庫建成蓄水后，水庫壩前到庫區回水尾端15.4km 處的天然河段將轉換成水庫形態，水深、水面面積及流動速度等會出現相應變化。相比庫區建成前，庫區回水區域內的水面面積和水深會在一定程度上增加，同時由回水尾端至壩前水深的增幅也會不斷增加，最高水深增大幅度可達到23m；庫區內由庫區回水末端至壩前流速會出現部分減緩，壩前斷面流動速度減緩幅度最高。在水庫穩定工作時，水庫水位在62m 與68.5m 的死水位和正常蓄水位間不斷變化，水深變幅平均為6.5m。

三、壩址生態流量保障性分析

根據流域地形地貌特點，考慮到袁灣水庫具有年調節能力，將改變其下游河道的徑流時空分布。因此，袁灣水庫壩址處需下泄一定的流量滿足壩下河道內用水需求。

根據《關于印發水電水利建設項目水環境與水生生態保護技術政策研討會議紀要的函》和《水電水利建設項目生態用水、低溫水和過魚設施環境影響評價技術指南（試行）》，為維護河段水生生態系統穩定，水利水電工程必須下泄一定的生態流量，將其納入工程水資源綜合配置中統籌考慮。生態流量需要考慮以下因素：（1）工農業生產及生活需水量；（2）維持水生生態系統穩定所需水量；（3）維持河道水質的最小稀釋凈化水量；（4）水面蒸發量；（5）維持地下水位動態平衡補給需水；（6）河道外生態需水量；（7）魚道需水量。其中袁灣水庫壩址處生態流量需考慮工農業生產及生活需水量、維持水生生態系統穩定所需水量、維持河道水質的最小稀釋凈化水量和魚道需水量。

根據壩址下游河道用水需求分析和推薦的計算方法，本報告采用Tennant 法、最小月平均徑流法、90%保證率法、濕周法、魚道流量模型等確定減水河段維持水生生態系統穩定逐月所需水量并取最大值，得出袁灣水庫擬采取生態流量下泄方案如表1。經過調算的袁灣水庫90%年型逐月下泄水量均大于或等于擬定的生態流量下泄方案，詳見圖1。

圖1 袁灣水庫90%年型逐月下泄水量與生態流量對比圖

表1 袁灣水庫生態流量下泄方案表（單位：m3/s）

四、壩下水文情勢變化分析

根據水文調算的潢河袁灣水庫壩下斷面90%年型建庫前和建庫后逐月水量資料，計算出流量，再通過曼寧公式求出流速、水深，進而比對建庫前和建庫后水文情勢變化情況。

（一）流量

在P=90%來水頻率下，建庫前壩下徑流量為11236 萬m3/a，建庫后調算為7389 萬m3/a，減少34.2%；建庫前壩下逐月流量為0.65～8.25m3/s，建庫后調算為0.86～11.78m3/s，變化率-89.1%～373.3%；建庫后有10 個月（1—5 月、7—8 月、10—12 月）流量減少，減少率-89.1%～-1.1%，3 月份減少幅度最大；建庫后有2 個月（6 月、9 月）流量增加，增長率為36.4%～373.3%，6 月份增加幅度最大。

（二）流速

在P=90%來水頻率下，建庫前壩下逐月流速為0.2～0.54m/s，建庫后調算為0.22～0.62m/s，變化率-58.6%～85.5%；建庫后有10 個月（1—5 月、7—8 月、10—12 月）流速減少，減少率-58.6%～-0.4%，3 月份減少幅度最大；建庫后有2 個月（6 月、9 月）流速增加，增長率為13.2%～85.5%，6 月份增加幅度最大。

（三）水深

在P=90%來水頻率下，建庫前壩下逐月水深為0.07～0.31m，建庫后調算為0.08～0.38m，變化率-73.6%～155.1%；建庫后有10 個月（1—5 月、7 月、8 月、10—12 月）水深減少，減少率-73.6%～-0.7%，3 月份減少幅度最大；建庫后有2 個月（6 月、9 月）水深增加，增長率為20.5%～155.1%，6 月份增加幅度最大。

五、對潢河水資源的影響分析

袁灣水庫引水工程實施后，多年平均情況下，從袁灣水庫年取水量約為6300 萬m3（含生活、工業、灌溉供水）。通過模型調算，得出袁灣水庫引水工程建成前、后水庫壩址處年徑流變化，規劃年2030 年，壩址處多年平均徑流量減少了25.5%，75%、90%年份對壩址處徑流量影響分別為27.2%、34.2%，滿足國際上對河流的開發利用率一般不超過40%的要求，水庫工程建成后不同來水頻率對壩址處徑流量的影響見表2。

表2 袁灣水庫建成后對壩址徑流量的影響表（單位：萬 m3）

六、對潢河考核斷面生態流量的影響分析

根據《信陽市重點河段生態流量調查評價及閘壩聯合調度方案》中潢河考核斷面生態流量成果，潢河干流至入淮河口共有兩個考核斷面：潢川橡膠壩斷面和潢川縣入淮河口斷面。潢河水功能區考核斷面水量特性見表3。

表3 潢河水功能區考核斷面水量特性表

袁灣水庫壩址位于考核斷面上游，距離下游潢川橡膠壩斷面、潢川縣入淮河口斷面距離分別為56km、98km，水庫建成運行后，可向受水區提供生活、工業用水、農業灌溉用水等，同時確保生態基流，對河道徑流豐枯具有一定的調節作用。

根據數據統計分析，建庫后，90%保證率橡膠壩考核斷面流量為1.99m3/s，大于《信陽市重點河段生態流量調查評價及閘壩聯合調度方案》確定的生態流量1.11m3/s；90%保證率入淮口考核斷面流量為2.08m3/s，大于《信陽市重點河段生態流量調查評價及閘壩聯合調度方案》確定的生態流量1.25m3/s。

可以看出，袁灣水庫建成后，潢川站斷面、入淮口斷面多年平均徑流量分別減少了7.2%和6.3%，但其對下游枯水期徑流有一定的調節作用，可以保障下游河道生態流量。

七、對泥沙的影響分析

袁灣水庫建成后，庫區水體流速迅速變小，水體中泥沙大量沉積于庫底。袁灣水庫下壩址多年平均年輸沙量為8.76 萬t，庫區多年平均來水量約24707 萬m3，來水多年平均含沙量0.35kg/m3，約350mg/L。

水庫壩址多年入庫水量為24707 萬m3，興利庫容為5050 萬m3，按水庫平均攔沙率經驗公式（Brune公式，如下）計算，水庫平均攔沙率為92.7%，水庫正常運行期（水庫有效使用年限按50 年考慮）的淤沙量為406 萬t、290 萬m3。

式中：β 為水庫平均攔沙率；v興為興利庫容，萬m3；ω入多年平均入庫來水量，萬m3。

袁灣水庫死庫容為1040 萬m3，可以滿足淤沙要求。下泄水體平均懸移質含沙量0.026kg/m3，約26mg/L，滿足Ⅲ類標準（30mg/L）要求。對比來水含沙量350mg/L，可見建庫可以使下泄水含沙量大幅度降低。

八、水庫運行對下游防洪的影響

袁灣水庫與出山店水庫、張灣水庫、晏河水庫聯合運用使淮河王家壩以上圩區防洪標準提高到20年一遇，將淮河干流控制斷面淮濱站20 年一遇設計流量控制在7000m3/s 以內，同時使潢河下游防洪標準提高到20 年一遇。調洪成果見表4和表5。

表4 潢河袁灣水庫壩址調洪演算成果表

表5 潢河袁灣水庫下游河道主要斷面防洪能力復核成果表

九、結論

擬建袁灣水庫的興利運用將直接影響潢河的水文情勢，影響河道的水資源量、流量、流速、水深和泥沙含量，提高防洪能力，也影響河道水生生境，必須保障壩址和考核斷面的生態流量。相關建設和管理人員應加強袁灣水庫建設對潢河水文情勢的影響研究，了解袁灣水庫建設對潢河水文情勢的影響因素，合理調度，以逐步改善潢河生態系統平衡狀態。研究成果可為其他水庫建設提供借鑒