大型水库低温下泄对水生态和农业生产影响研究

陈立强 周亚群 李汉卿

一、研究背景及对象

水库低温下泄水产生的环境影响主要表现为深层水溶解氧含量低、水生生物生长和延迟繁殖甚至不繁殖、下游灌区农作物减产等。目前工程上水库低温下泄水减缓措施主要为多层（竖井式）取水口取水、浮式管型取水口取水、溢流式（叠梁门）分层取水等，这些措施均需在无水工况下修建水工建筑物，适宜在建或未建的水库工程，但对已建、蓄水运行的水库不适用。本文以安徽省港口湾水库为研究对象，调查和分析该水库运行期间低温下泄水对水生态、农业生产产生的影响，并建议“以新代老”修复性建设隔水幕墙以解决该水库低温下泄水产生的环境问题。

港口湾水库位于宁国市境内，水阳江上源西津河上，水库大坝位于东径 115°53′04″、北纬 30°35′04″，水库控制流域面积1120km2，总库容9.41亿m3，调节库容 3.97亿 m3，正常蓄水水位133.1m，是一座以防洪为主，结合发电、灌溉的大（Ⅱ）型水利水电枢纽工程。水库工程于1998年初正式开工建设，1999年10月截流成功，2000年12月大坝面板浇筑完成，2001年3月下闸蓄水，2002年1月水库主体工程通过验收。

二、水库水温结果调查和研究

港口湾水库为多年调节性水库，研究于2016年5月、6月、7月、9月、10月、12月以及2017年4月、8月分别对港口湾水库库区垂向不同深度处水温、电站下泄水温及下游西津河河道水温进行了测量。调查结果表明，该水库水深 0～10m左右为变温层，10～40m为温跃层，40m以下为滞温层，深层水温年内稳定维持在8.5℃～10℃之间，水库低温下泄水与河道水温温差实测结果见表1。

本研究以连续2年的水温实测结果为基础和率定条件，采用EFDC模型预测了水库10%、50%和90%水文来水年的水库水温结构及下泄水温情况，预测结果显示，不同水文年型下该水库库区的水温结构均为稳定分层型，4～10月水库水温分层明显。特丰水年6月份下泄水温与天然河道水温最大温差为8.4℃。

三、低温下泄水对环境的影响

1.对下游鱼类资源和渔业生产的影响

港口湾水库所在区域为温带性鱼类，根据生态调查结果，光倒刺鲃、翘嘴红鲌、细鳞鲴和光唇鱼等鱼类生长的适宜水温范围为20℃～26℃。水温低于该范围时会造成鱼类新陈代谢减慢、生长减缓，而且调查到的渔获种类繁殖（产卵和孵化)对水温的要求为22℃～26℃，低于20℃不宜产卵。港口湾水库所在水阳江水系鱼类产卵主要集中在4～7月，而该时期也是水库下泄低温水明显时期，经调查电站弃水实测水温均低于20℃，低温水会造成鱼类产卵推迟甚至不产卵。

根据水生态调查结果，水库下游西津河由于河道阻隔影响，相较于同区域的调查点位，西津河现场调查渔获物呈现鱼类总重量较大、鱼类丰富度低的特点；对比水阳江、西津河段均有的渔获物鳜鱼亲鱼怀卵量，水阳江渔获的1尾鳜鱼亲鱼怀卵量约4.4万粒，西津河渔获的1尾鳜鱼亲鱼怀卵量约2.6万粒。根据研究，2冬龄性成熟鳜鱼正常怀卵量范围为4～9万粒，水库下游亲鱼怀卵量明显低于4万粒，属于不正常范围。对比西津河与其下游水阳江段渔获物亲鱼的种类、数量和相同亲鱼鱼种的怀卵量，水库的低温下泄水造成了在水库坝下西津河段产卵的鱼类种类（丰富度）少，鱼类怀卵量低于正常范围，表明水库低温下泄水对坝下西津河的鱼类产卵及生长产生了一定的低温抑制作用。调查现场渔获物亲鱼种类及怀卵量情况见表2。

2.对农业生产的影响

港口湾水库坝下至西津河和东津河汇流口段西津河河道长20km，两岸除刘村坝灌区（1.0万亩）外无其他灌区。因此，选择刘村坝灌区西津河街道农业生产区为受低温水影响研究区，檀树坝灌区（取水水源为东津河）竹峰街道农业生产区为对照研究区。两者同为现有灌区，相距距离约8km，同为低矮丘陵地区灌区，粮食种类均为水稻，亩产量能够很好地反映两灌区的粮食供应生产水平。

表1 水库低温下泄水与河道水温温差实测结果表

表2 调查现场渔获物亲鱼种类及怀卵量情况表

表3 刘村坝西津街道片、檀树坝竹峰街道片历年水稻产量统计表

图1 两灌区水稻亩产量对比图

现有刘村坝灌区和檀树坝灌区的水源分别为港口湾水库下泄水和东津河区间来水，刘村坝灌区所在区域属于宁国市西津河街道，檀树坝灌区所在区域属于宁国市竹峰街道。根据2001～2015年宁国市统计年鉴，西津街道片区和竹峰街道片区耕地水稻产量统计及两灌区亩产差值见表3，两灌区水稻亩产量对比见图1。

刘村坝西津街道片区和对照区竹峰街道粮食单产差值分析结果显示，刘村坝与檀树坝灌区在统计年份2001～2003年亩产相关值不明显，相差值范围为1.33～12.66kg/亩，但是在统计年份2004年始直至2015年，刘村坝灌区亩产量明显低于檀树坝片，相差值范围为14.65～77.20kg/亩（除去统计年份2009年和2010年），且每年刘村坝灌区亩产均低于檀树坝片。

在同地区、同生产技术和同气象条件的情况下，通过长时段的同年份两灌区亩产变化情况分析可知，刘村坝片亩产低的原因可能是受港口湾水库下泄低温水影响。港口湾水库2001年下闸蓄水，至2003年蓄水到正常蓄水位，水库开始形成稳定的分层水温结构，2003年刘村坝片粮食生产开始受到影响（对应的统计年为2004年），而檀树坝灌区2001～2015年统计年份农业未受到低温水影响。无水库下泄低温水年份前，两灌区亩产基本持平；有水库下泄低温水年份后，刘村坝灌区同年份亩产明显低于檀树坝灌区亩产。综上所述，港口湾水库下泄低温水对刘村坝灌区水稻产量有一定程度的影响，多年平均减少41.6kg/亩，多年平均减少比例约10%。

四、建议

港口湾水库垂向水温结构为稳定分层型，调查发现水库运行期间低温下泄水对水生态和农业生产产生了一定的影响，需采取措施以减缓低温下泄水的不利影响。针对港口湾水库的特点，推荐采用隔水幕墙进行低温水控制，即在取水口前布置一道水温控制幕，通过对幕墙的调节挡住不适宜温度层的水，放流所需温度层的水。水温控制幕墙设计与安装都较为简单，工程费用和后期维护费用均较低且不影响发电量，适用于已运行的大型水库■