多目标约束条件下新建调水调蓄水库生态流量研究

王 成娄 云林 婕

一、简介

调水工程的调蓄水库在解决区域干旱缺水问题、提高水资源利用率方面发挥着不可替代的重要作用，同时对区域防洪具有重大作用。水库的调度运行将使其下游河道的水文情势发生较大改变，使原本缺水的河道水量减少，加剧生态失衡。水资源配置中必须考虑水量的需求与供给、水环境污染与治理、水与生态这三重平衡关系。

水利工程生态环境影响的因子主要包括水流、地形、水质、泥沙、营养物质、水生生物等，结合广泛开展的减轻大坝对生态环境不利影响的实践，国外学者对相关理论和技术进行了大量的研究。这些研究可以划分为两个方面：一方面是对调度方式优化以及配套技术设施的研究，另一方面是评估这些技术方法对生态环境的影响，从而在保证改善效果的同时不至于对生态系统产生明显扰动。我国在发挥水利工程的生态功能、减轻水利工程对生态与环境的不利影响方面也进行了一定的探索与实践。

从研究的方法及结果来看，国内外的研究大都集中在关注普通水库下泄最小生态环境保护流量，但是针对跨流域调水调蓄水库的生态流量下泄及水生态保护措施的研究却很少。本研究针对跨流域调水工程新建调蓄水库供水、灌溉、防洪以及环境和生态用水等多目标利用条件下的水资源配置问题，以淮河流域大型水库——江巷水库为研究实例，研究了调蓄水库建设对影响河流水文水资源及水生态的影响，提出了多目标约束条件下水库下泄生态流量和基于水生态保护需求的水库优化调度措施。

二、工程概况及水生态影响

1.工程概况

正在建设的江巷水库坝址位于淮河南岸一级支流池河上游，陈集河、储城河及青龙河汇合处。池河全长182km，流域面积5021km2。江巷水库水库控制集水面积735km2，坝址处多年平均流量3.64m3/s，多年平均径流量1.15亿m3。江巷水库主要开发任务以供水和灌溉为主，兼顾防洪等综合利用。工程向城镇生活和工业、农业灌溉多年平均供水2.41亿m3，其中利用驷马山引江灌溉工程引长江入库水量2.25亿m3，利用当地径流0.16亿m3。

水库正常蓄水位43.0m，死水位41.0m，汛期限制水位42.4m，总库容1.30亿m3，正常蓄水位库容0.43亿m3，防洪库容0.30亿 m3，兴利库容 0.34亿 m3，具有不完全年调节能力。库区回水长18.90km，淹没面积20km2，为典型宽浅型平原水库。

2.工程建设对水生生态的影响

工程建设对水生生态的影响主要表现为大坝阻隔造成鱼类生境的片段化、阻碍群体间的基因交流，以及库区和坝下水文情势变化对鱼类产卵繁殖和生长发育的影响。虽然江巷水库多年平均利用当地水资源量仅占坝址处径流量的14%，但池河径流的年际、年内分配极不均匀，在75%保证率的枯水年，10月至翌年2月月均流量小于0.2m3/s。而且江巷水库只具有不完全年调节能力，调蓄能力弱，若不优化水库运行调度措施，确定合理的生态流量，将会进一步加剧池河的断流状况，恶化水生态。

三、水生态保护研究

本研究基于水生态保护需求，从确保生态下泄流量、鱼类增殖放流、鱼道建设、栖息地保护、生态流量保障等方面提出了生态保护集成方案，综合改善河道生境。

1.生态流量

结合流域环境背景及水库特性，水库坝址下游河段需水量主要考虑满足三个方面的要求：①维持水生生态系统稳定所需水量；②维持河流水环境质量的最小稀释净化水量；③维持下游供水区城镇、农业、生态需水量；④维持过鱼设施运行所需水量。针对河道形态、径流特征、环境特征和资料的可得性，分析生态保护、环境保护、水资源利用目标下的水库所需逐月最小下泄流量，最终取流量的外包线作为水库推荐逐月最小下泄流量。

（1）生态需水计算

为满足河道内最小生态用水要求，采用Tennant法计算得出10月～翌年5月不低于0.5m3/s，6月～9月不低于1.5m3/s；采用90%保证率法计算，即按全年12个月的月平均径流排频计算，90%保证率时，月均径流18.81万 m3，合 0.073m3/s。采用7Q10法，即90%保证率最枯连续7天的平均流量计算，月均径流12.01万m3，合0.046m3/s。

（2）维持水环境质量的最小稀释净化水量

分析在P=90%的不利水文条件下，水库建成后下泄水量对坝下各控制断面的水环境影响。试算确定水质达标条件（定远县池河马桥河河口上断面达到Ⅳ类标准（现状控制标准）和出境断面池河闸达到Ⅲ类标准）下的水库需要达到的逐月最小下泄水量0.17m3/s。

（3）过鱼设施运行需水计算

江巷水库工程过坝鱼道结构型式选择仿自然通道型式，根据设计成果，为保证江巷水库过鱼设施的有效性，3月～7月，鱼道需要至少0.57m3/s的流量，否则起不到诱鱼效果。

在生态需水、环境需水、过鱼设施需水、引水调蓄、城市供水、灌溉供水、防洪保安等多目标约束条件下，合理确定江巷水库下泄生态流量：每年10月至翌年3月，通过生态放水闸以0.5m3/s下泄生态流量，当入库流量小于规定下泄生态流量时，按入库流量下泄，但不得低于0.2m3/s；每年4月～9月，通过鱼道和生态放水闸以1.5m3/s下泄生态流量，当入库流量小于规定下泄生态流量时，按入库流量下泄，但不得低于0.6m3/s满足过鱼设施用水需求。每年3月～7月为鱼类洄游产卵期，通过鱼道下泄0.6m3/s流量，满足过鱼设施用水需求。

根据上述原则进行水库调度，多年平均下泄生态水量2322万m3。在枯水年（p=90%、1994年），通过驷马山灌区引水3.59亿m3，未突破灌区规划确定的引水规模；下泄生态水量2322万m3，大于当年天然径流量，有利于下游水生生境保护。

图1 池河流域地理位置图

根据统计，在11个枯水年（p=80%以上），通过引江补水和水库调度运用，下泄的年径流量有所增加，改善了河道生态。

2.水库优化调度措施

（1）池河干流洪水期闸坝生态调度

江巷水库控制流域面积较小，坝址处多年平均流量也较小，洪水期通过池河干流闸坝联合调度更有效果。即洪水期洪峰来临前24h开放江巷水库、石角桥闸、池河闸和山许闸，洪峰过后推迟24h关闭闸门，使得上溯鱼类能溯流而上，而后顺流而返。

（2）保持鱼类繁殖期水量稳定

在3月～8月多数鱼类主产卵期，应当力求避免下泄水量的频繁变动，维持下游河段水位的稳定，避免对产粘沉型卵鱼类的繁殖生境产生破坏。

（3）生态调度

每年10月至翌年3月，通过生态放水闸以0.5m3/s下泄生态流量，当入库流量小于规定下泄生态流量时，按入库流量下泄，但不得低于0.2m3/s。

每年4月～9月，通过鱼道和生态放水闸以1.5m3/s下泄生态流量，当入库流量小于规定下泄生态流量时，按入库流量下泄，但不得低于0.6m3/s，满足过鱼设施用水需求。

四、结论

本研究选择多种方法对调蓄调水水库影响河流下游进行生态流量研究，在生态需水、环境需水、引水调蓄、城市供水、灌溉供水、防洪保安等多目标约束条件下，合理确定江巷水库下泄生态流量，构建了影响河流的生态需水保障机制。工程运行后，通过水库调度运用保证了生态流量，枯水年（p=90%以上）下泄的年径流量有所增加，保证坝址断面不断流，改善下游的水生生态环境。同时基于生境改善综合技术，结合生态流量下泄、增殖放流、过鱼设施、栖息地保护和生态调度等措施构建的多措施集成方案能够综合改善河道生境■