蓄滞洪平原水库生态蓄水位初探

李颖卓

（辽宁省石佛寺水库管理局，辽宁 沈阳 110166）

蓄滞洪平原水库生态蓄水位初探

李颖卓

（辽宁省石佛寺水库管理局，辽宁 沈阳 110166）

文中以辽河干流上最大的蓄滞洪平原水库为研究对象，通过对生态水面、预泄时长、坝后浸没影响及水生植物生长需求等方面进行对比分析，探索性地提出了蓄滞洪水库的生态蓄水位。实践证明，蓄滞洪水库人工湿地构建效益显著，值得推广。

蓄滞洪；生态蓄水位；水生植物

1 概况

辽河石佛寺水库枢纽一期工程是辽河干流唯一的一座控制性工程，同时也是辽河干流上最大的河道型平原水库。总库容 1.85 亿 m3，其中防洪库容 1.60 亿 m3，设计洪水位 50.22 m，按 100 年一遇洪水设计，300 年一遇洪水校核，水库主副坝全长42.6 km，泄洪闸 16 孔，总宽 248.5 m。

2 蓄滞洪水库生态蓄水位的确定原则

在不影响正常发挥水库防洪效益的前提下，结合石佛寺水库水位~库容关系等实际情况，确定最佳水位，考虑的主要因素如下：

1）坝后浸没问题可通过适当的工程措施解决；

2）库内淹没土地基本在已征地范围内；

3）蓄水后涉及的外因素较少，对黄家水源不构成影响，不影响明沈公路的正常交通；

4）工程开挖和回填土方基本平衡；

5）水生植物正常生长的需求。

3 生态水面对比分析

石佛寺人工湿地的构建考虑到形成一定的水面面积，达到形成区域小气候，改善生态环境的目的。在明沈路以西的核心区域能够形成较大的水面，便于生态管护，恢复生态环境。整个生态治理区域，能够合理划分核心区、缓冲区及合理开发利用区。如表 1 所示，库水位 46.00 m，生态水面面积较小，达不到景观效果；库水位 47.00 m，影响明沈公路交通，对上游未征用土地也会造成浸没影响。较适宜的生态水位为 46.20 m 和 46.50 m。

4 不同生态水位预泄时长对比分析

为了确保水库防洪安全，发挥水库原设计滞洪功能，在上游水文站预报洪峰达到库区的径流时长内，能够放空库容。如降雨中心就在水库范围内的特殊情况发生时，也能够通过加大预泄，确保防护安全。当铁岭站洪峰流量为 300 m3/s时，考虑下游河道防洪安全，不同生态水位方案 1—4 放空水库需要时长：预泄流量 500 m3/s时，放空时长分别为：13.0，16.5，22.0，34.0 h；预泄流量 800 m3/s时，放空时长分别为：6.5，8.3，11.0，15.5 h。

5 不同生态蓄水位坝后浸没影响研究

5.1 水库渗漏量计算

石佛寺水库属于平原型水库类型，地质结构特点主要反映为上细下粗的沉积规律。表层粘性土透水性微弱，呈不等厚分布，下部透水岩组为中细砂、粗砂、砾砂和圆砾等。据室内和现场渗透试验成果，表层粘性土的渗透系数（K1）值较比下部透水层渗透系数（K2）值相差 2～3 个数量级，为此按双层结构有关公式计算：

表1 生态水面对比分析

式中：M1——上部透水层厚度，m；M2——下部透水层厚度，m；H1——含水层上 游厚度 ，m；H2——含水层下游厚度，m；B——渗漏段宽度，m；L——渗漏段长度，m。

5.2 水库周边地下水水位壅高计算

根据库区水文地质结构特点，对水文地质边界条件进行必要的概化处理：

1）地质沉积的特征是上细下粗的双层结构，即表层粘性土，下部强透水层；

2）计算断面基本垂直于库岸，假定为平行地下水流方向。

根据以上对计算区水文地质边界条件的概化，可以选用公式（2）：

式中：K1——下部透水层渗透系数，m/d；K2——上部透水层渗透系数，m/d；M——下部透水层厚度，m；h1——当前库水位条件下水库库边上部透水层厚度，m；Y1——正常高库水位条件下水库库边上部透水层厚度，m；hx——当前库水位条件下计算断面处上部透水层厚度，m；Yx——正常高库水位条件下计算断面处上部透水层厚度，m。

表层透水性很小，K2≈0 时，即该区 K2＜＜K1，一般相差 2～3 个数量级，则地下水以不变值壅高传播，式（2）可简化为式（3）：

h1-hx=Yx-Y1即 Yx=Y1-h1＋hx（3）

5.3 水库周边地区地下水浸没分析

5.3.1 关于地下水浸没临界值的确定

在 GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》附录 D 浸没评价中，有关浸没地下水临界埋深按式（4）计算：

Hcr=Hk+△H （4）

式中：Hcr——浸没临界地下水位埋深，m；Hk——地下水位 以 上土 壤毛管 水 上 升 带 的 高 度，m；△H——安全超高值，m，对农业区该值即为根系层的厚度。

5.3.2 毛管水上升高度的确定

采用注水法、含水量法等综合实测及试验结果，基本确定在库水位达到 46.2 m 时，毛管水上升高度 1.4 m。库水位稳定时间长短直接影响毛管水的上升高度。如果正常高库水位 46.2 m ，稳定时间较长，毛管水的上升高度会大于上述建议值。

5.3.3 安全超高值的确定

根据探坑观察，农作物根系层厚度为 0.35～0.5 m。参考有关资料，农田区根系层厚度按 0.5 m 计。5.3.4 浸没临界地下水位埋深计算

将以上确定的毛管水上升高度及安全超高值代入公式（4），计算结果为 1.9 m。

5.3.5 地下水浸没范围及影响程度的确定与评价

农田区地下水位埋深小于毛管水上升高度的浸没区，为严重浸没影响区，即地下水位埋深小于 1.4 m 的浸没区。其它地区为一般浸没影响区。经分析计算蓄水位 46.2m，坝后浸没影响土地 173.87 hm2；蓄水位 46.5m，坝后浸没影响土地 246.53 hm2。

6 结语

经综合比较，生态蓄水位 46.2 m，为最优方案。2009 年实施了蓄水试验应急防护工程，经过 5年的蓄水运用，生态效益显著。

建议加大泥沙淤积、库区水质及坝后浸没影响的监测与研究；开展湿地动植物调查，建立人工湿地动植物档案；加强水库生态调度与蓄滞洪调度结合研究；采取打供水井、建截渗沟等工程措施解决水库浸没问题。

［1］辽宁省水利水电勘测设计研究院.石佛寺水库蓄水试验应急防护工程实施方案设计报告［R］.2008，11.

［2］辽宁省水利水电勘测设计研究院.石佛寺水库蓄水工程浸没地质勘察及影响评价报告［R］.2011，12.

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2014-03-11