辽河石佛寺水库生态水位线确定研究

何兴梅

（辽宁省石佛寺水库管理局，辽宁沈阳110003）

辽河石佛寺水库生态水位线确定研究

何兴梅

（辽宁省石佛寺水库管理局，辽宁沈阳110003）

辽河石佛寺水库为北方蓄滞洪平原水库，文中采用基于水库面积、库容的湿地生态水位确定技术，通过对石佛寺水库的人工湿地建设，使水库生态环境得到显著地改善，为平原水库生态治理提供了新的生机与活力，并取得了显著地生态和社会效益，解决了平原水库与生态环境间的问题。为辽宁省和北方其他同类地区平原水库的生态治理提供借鉴和指导。

平原水库；湿地；生态水位线；浸没影响；石佛寺水库

1　概况

石佛寺水库为辽河下游干流上的大型平原滞洪水利枢纽工程，2005年10月一期工程完工。坝址位于沈阳市新城子区黄家乡和法库县依牛堡乡，距沈阳市区约47 km。流域面积219 631 km2（含闭流区），多年平均年径流量42.1亿m3。坝址以上流域面积164 786 km2，库区淹没范围为50.41 km2，回水长21.17 km。水库总库容1.85亿m3，设计库容1.60亿m3，设计洪水位50.22 m。水库多年平均年径流量42.1亿m3，设计水平年多年平均入库水量22.761亿m3，多年平均悬移质输沙量1 468.38万t，多年平均悬移质含沙量73.42万t。坝型为均质土坝，枢纽为二等工程，永久性建筑物为Ⅱ级。按100年一遇洪水标准设计，300年一遇洪水标准校核，属河道型平原水库。水库主副坝全长42.6 km，泄洪闸16孔，总宽248.5 m。以发挥水库主要蓄滞洪水功能为前提，为建设人工湿地，2005年首次研究提出了水库生态蓄水位。

2　生态蓄水位确定原则

1）确保水库防洪安全。石佛寺水库原设计为蓄滞洪水库，其基本功能为防洪运用。生态水位的确定，应该满足水库基本功能，在汛情发生时，能及时放空水库，拦蓄洪水，确保水库防洪安全。

2）形成一定是生态水面。生态水位的确定应形成一定的生态水面，以达到生态治理的效果。生态试验水位46.20 m高程，水面面积达到16.13 km2，占水库总淹没面积的32%。

3）蓄水后续问题能够有效解决。坝后浸没问题可通过适当的工程措施解决；蓄水后淹没土体均在已征地范围内，对黄家水源不构成影响，不影响横穿库区的明沈公路正常交通。

4）经济合理，生态工程土方基本平衡。合理考虑生态建设工程，生态岛屿高程、面积及分布，库区内生态水道开挖，消落带回填等生态工程措施，结合库区原地面高程，确保生态开挖工程和回填工程土方基本平衡，运距最短。

5）充分考虑生态植物引植生长需要。生态水位的确定，充分考虑后期生态植物引植需要，既要满足不同生态植物的种植面积要求，又要考虑工程景观及后续管理情况，对库区内原地面高程进行细致研究，做到土方工程最少，适宜引植的生态植物面积最大，景观效果最佳。

3　水位线确定技术

3.1生态水面景观效果对比分析

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。整个生态治理面积，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。

表1　生态水面对比分析表

3.2不同生态水位预泄时长对比分析

为了确保水库防洪安全，不同生态水位放空水库蓄要的预泄时间见表2。

表2　不同生态水位预泄时长对比分析表

按照水库初设运用，下游河道防洪安全的最大允许泄量5 500 m3/s，但在实际运用中，充分考虑下游河道防洪安全，不影响下游工程施工及人员安全，非汛期正常运用情况下预泄流量按不超过500 m3/s考虑。

石佛寺水库上游唯一的水位控制站为铁岭站，因此水库放空时长按铁岭站洪峰流量进行考虑，铁岭站洪峰至石佛寺水库时长为20～24 h，生态水位46.20 m和46.50 m较符合水库放空时长要求，确保防洪安全。

3.3不同生态蓄水位坝后浸没影响研究

3.3.1库区水文地质工程地质条件评价

水库库岸除主坝、副坝以外，仅有珠尔山、南山、和团山子3座孤丘，而且大部为岩质岸边，仅有少量库边与山麓坡洪积层接触，因库水水深较浅，同时高水位持续时间较短，不会形成较大的库边塌岸现象。库内淤积物来源，主要是丰水年汛期河道淤积的中粗砂和滩地淤积的粉细砂，在类似1994—1995年大水年汛期洪水淤积尤为明显。

3.3.2观测井水位与库水位变化关系

为研究地下水位与库水位升降变化规律，一期在库周边布设15个观测井。根据地下水位与库水位联系的紧密程度，把右岸观测区分为4个区域：

1）代家荒地。地下水随库水位升降有所波动，因祝家堡～石家荒地过水断面较狭窄，变幅不是很大。

2）祝家堡～团山路南低洼地带。该区域水位升降与库水位升降联系紧密，几乎与库水位同升同降，为浸没严重地区，尤其靠近大堤400 m内浸没严重，当库水位达到46 m附近时，该区域局部地段已被淹没。

3）祝家堡～团山路北低洼地带。地下水位与库水位升降虽有一定联系，但滞后，可能是因为距离库区较远、含水层为细砂层缘故。

4）拉马河地带。地下水位与库水位升降相关性不强，基本无联系。左岸地下水也是随着库水位的起落而起落，当库水位达到46 m附近时，主坝段水位距地表为1.0 m左右。

3.3.3水库渗漏量计算

该地区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，按双层结构有关公式计算，在蓄水位46.5 m作用下，在坝下相当2009年11月23日天然地下水位条件下，其坝基渗漏量计算成果见表3。

表3　石佛寺水库蓄水水位（46.5 m）作用下水库坝下渗漏量统计表

从计算可以看出，坝基渗漏量较大。渗漏量主要取决正常水位的天数而定。库水位持续时间将决定全年渗漏总量。

3.3.4水库周边地下水水位壅高计算

该地区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。计算断面基本垂直于库岸，假定为平行地下水流方向。采用计算区水文地质边界条件概化后公式，经计算，各段面壅高后地下水位最高为47.26 m，最低为43.86 m，均值为44.34 m。

3.4水库周边地区地下水浸没分析与计算

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下式计算：

Hcr=Hk+△H

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，为了更准确地确定地下水位以上毛管水上升带的高度，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46.5 m时，毛管水上升高度1.5 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（46.5 m）稳定时间较长，毛管水的上升高度会大于上述建议值；△H——安全超高值，m，对农业区该值即根系层的厚度，通过调查水库周边农田区主要农作物为玉米和水稻，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。

经计算，Hcr为2.0 m。

3.5地下水浸没范围及影响程度的确定与评价

对比临界地下水位埋深与正常库水位条件下壅高后各点的地下水位埋深，如果壅高后地下水位埋深小于临界地下水位埋深，则该地区为浸没区，据此确定浸没范围。同时按地下水位埋深与毛管水的上升带的高度关系及相应的危害程度，将浸没范围分为一般浸没影响区和严重浸没影响区。对于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1.5 m的浸没区），其它地区为一般浸没影响区。水库蓄水以后对周边地区存在严重的浸没影响，当库水位为46.5 m时，右岸陈平堡至祝家堡为浸没影响严重地带，拉马河附近基本没有影响，左岸浸没影响也较为严重。

3.5.1蓄水水位46.2 m，坝后浸没影响情况分析

石佛寺水库原设计为滞洪水库，水库大坝基础下为辽河平原，以粉细沙为主，深度达60～70 m，生态蓄水位46.2 m，因坝基绕渗，造成坝外部分土地受到浸没影响。经现场调研统计，坝外浸没土地173.87 hm2，其中左岸50.8 hm2、右岸123.07 hm2。3.5.2蓄水水位46.5 m，坝后浸没影响情况分析

蓄水水位提高到46.5 m，依据渗流量及水位雍高计算结果，考虑汛期降雨影响，法库县依牛堡乡祝家堡村地势比较低洼，排水不畅，可能造成大面积积水无法排除，铁岭县阿吉镇陈平村和沈北新区黄家乡达连屯村也有类似情况。经统计，蓄水水位46.5 m库区外影响土地246.48 hm2，比蓄水水位46.2 m影响土地增加了预留26.67 hm2水田，和45.94 hm2土地，其中：左岸增加了10.61 hm2，右岸增加了35.78 hm2。

4　结语

现状水库库底高程在44.0～48.5 m之间，平均高程45.5 m。经分析，蓄水位46.0 m，生态水面较小，无法形成核心区域，生态植物种植区土方工程量巨大，人工湿地构建意义不大；蓄水位47.0 m，影响明沈公路正常交通，对上游未征用土地造成浸没影响，不易作为试验生态水位。蓄水位分别为46.2 m和46.5 m均较符合要求，但蓄水位46.5 m，坝后受浸没农田面积较蓄水位46.2 m多 73.13 hm2，增加水面面积较少。经综合比较，蓄水位46.2 m水面面积达到16.13 km2，占水库总淹没面积的32%，为最优，确定为生态蓄水位，水深1.2 m是库区内最适宜种植荷花的区域。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。

［1］王福林.石佛寺水库一期工程在辽河干流防洪体系中的作用［J］.东北水利水电，2000（07）.

［2］梁文章，姜灏.石佛寺水库可供水量及受水区需水量分析［J］.东北水利水电，2010（07）.

［3］牛宝昌.石佛寺水库生态系统服务功能分析［J］.中国科技信息，2011（03）.

［4］李恩宏，冷特，潘俊.辽河石佛寺水库蓄水引发浸没影响评价研究［J］.安徽农业科学，2013（05）.

X171.1；TV697.2+5

A

1002-0624（2016）01-0017-03

2015-10-10