太子河生态用水调度方案研究

吴 鹤

(辽宁省观音阁水库管理局有限责任公司，辽宁 本溪 117100)

辽宁省是中国北方缺水省之一，人均水资源量仅占全国平均水平的1/3，是一个缺水地区[1]。由于水资源分布不均、开发利用不平衡、水污染水生态问题较为突出，从而导致河道生态水量不足。随着区域经济的突快发展，用水量逐渐增大，水库等水利工程发挥了巨大作用，但是给河道生态也带来了问题。水库由于下泄生态水量不足，导致部分河段断流或者干涸。当前，国内对水库调节调度生态水还处于初级阶段，普遍在理论研究与试验模型阶段[2- 14]，在实践中缺少一定的实施。对于生态水量下泄的调度主要是通过管理部门行政手段开展，缺少管理机制与长效机制。在此基础上，为维持河流基本生态需水量，着力确保旱季生态基本流量，对太子河进行生态用水调节研究。

1 历次设计审批生态水量

观音阁水库和葠窝水库的原始设计没有下游河道生态和环境供水的任务。根据批准的《辽宁省观音阁水库输水工程环境影响报告书》，以Tennant法，生态水力学法、最小月均径流量法、维持河流水环境质量所需最小稀释水量7q10法等来计算成果，结合本溪水洞国家风景名胜区和本溪市区的景观效应分析，确定观音阁水库不同时段的生态基流量下泄，10—次年3月下泄生态基流量3.33m2/s和4—9月下泄生态基流量6.66m2/s。目前，只有观音阁水库有审批批复的生态流量。根据观音阁水库2015—2019年的实际运行数据，按照给水、发电、洗沙排水、汛期弃水及生态用水的原则，将水库实际下泄下游河道流量进行了统计，见表1。

表1 观音阁水库实际下泄下游河道水量 单位：万m3

由表1可以看出水库5—9月份生态流量要求满足较好，仅个别月份不满足要求；而10—次年4月生态流量要求满足较差。

2 生态需水量分析

在计算河流生态需水量时，应考虑生态环境功能，生态环境条件，水资源条件和开发利用程度，从而确定生态目标，选择合理的方法。根据太子河的生态调查数据，鲤科和鳅科是观音阁水库下游的主要鱼类，无水生态环境敏感目标。同时，由于人类活动影响，水资源开发利用较大，用水户用水矛盾较大。综合以上，生态水量应包括生态基流和鱼类需水要求，最后计算控制断面生态水量。

2.1 基本生态水量

太子河属于北方河流，冬季的冰期较长。结合实际情况，在冰封期间无需排放生态水。如果冬季释放，水将在冰面上短时间冻结，冰层下的流动空间狭窄，将导致整个河道无法完全通水，并且流动性差，流量达不到预期效果。因此，冬季11—次年2月的冰冻期将不考虑观音阁水库，葠窝水库和汤河水库的生态流量。在其他月份中，为了确保下游的基本生态用水，按每年年径流量的10%排放。各控制断面基本生态需水量见表2。

表2 基本生态需水量 单位：万m3

2.2 适宜生态水量

在冻结期，适宜的生态流量与基本生态流量一致，冬季观音阁水库，伏窝水库和塘河水库在冻结期不考虑排放生态流量。根据调查，鲤科和鳅科是观音阁水库下游的主要鱼类，产卵期大多为5—6月，产卵期一般为2个月左右。因此，适当增加产卵敏感期的水量，以满足鱼类产卵栖息地的需水量。为了避免对水库原用水户产生重大影响，鱼类生态敏感期(5—6月中旬)的需水量按年平均流量的20%计算。经计算得到，葠窝水库控制断面13.86m3/s，汤河水库控制断面1.70m3/s。即剑窝水库段的13.86m3/s和汤河水库段的1.70m3/s。由于6、7、8月下旬处于汛期，因此排放的生态水按年平均流量的20%计算。在3、4、9、10月的剩余4个月中，为了确保下游的基本生态用水，排放量为年均径流量的10%。各控制断面的适宜生态需水量见表3。

表3 适宜生态需水量 单位：万m3

2.3 水体自净需水复核

根据基本和适宜的生态需水量，进一步复核水体的自净能力。采用90%的最枯月平均流量作为设计流量，经过对径流系列统计计算，观音阁水库、葠窝水库、汤河水库各控制断面最枯月90%保证率平均流量分别为1.31、7.03、0.93m3/s。根据GB/T 25173—2010《水城纳污能力计算规程》要求[15- 16]，有水利工程控制的河段，可采用最小下泄流量或生态基流作为设计流量。太子河观音阔水库以下至唐马寨子断已被水利工程控制，因此所选各断面的下泄量均符合规范要求。

3 河流生态需水量确定

确定太子河生态需水量分为基本生态需水量、适宜生态需水量两个层面。各断面生态水量过程如图1—3所示。由图1—3可知，3个水库控制断面逐月平均生态水量过程线基本一致。

图1 太子河观音阁水库坝址断面逐月平均生态水量过程

图2 太子河葠窝水库坝址断面逐月平均生态水量过程

图3 太子河汤河水库坝址断面逐月平均生态水量过程

4 不同情景下生态用水调度方案

为了使生态供水调度方案更具可操作性，分析不同初始水位，不同典型年份径流过程和不同控制水位对应的生态供水调度方案。

4.1 汤河水库生态用水调度

目前，汤河水库的年取水指标为23198万m3。根据长系列径流调节结果，汤河水库多年的平均供水量为21900万m3。不能满足城市生活和工业用水的要求，水库没有多余的水量来供应稳定的生态环境水，但是当水库水位较高并且有更多的进水时，可以适当地释放以减少弃水。

4.2 葠窝水库生态用水调度

4.2.1确定调节水位

对于葠窝水库和观音阁水库，按先小后大、先下游后上游的原则。在运行计算中，采用葠窝水库先补水，不足部分由观音阁水库补给的方式。在死水位和正常水位之间插入3个水位，以划分水库的兴利库容。3个水位分别为85.10、89.90、93.52m，相应的初始起调库容分别为1.24亿、2.30亿、3.36亿m3。目前，葠窝水库为病险水库，汛期限水位为81.2m。目前，可调节库容5700万m3。因此，仅选择最低水位85.10m进行分析。

4.2.2选择典型年份

葠窝水库主要承担着农业灌溉，因此水库的入库水量受到下游农业缺水和观音阁水库泄洪的极大影响。但是，雨季下游的农业缺水要求从观音阁水库释放的水较少；干旱年份下游农业供水受到破坏，因此观音阁水库需释放的水最少。在正常年份，下游的农业需水量最大，观音阁水库需要释放水量最大。葠窝水库丰、平、枯的入库水量分别为15.14亿、16.08亿、 13.11亿m3。

4.2.3供水任务

根据调查，葠窝水库对城市生活和工业的直接供水量为4378万m3，并据此计算供水量。同时承担下游农业供水任务，不足部分由观音阁水库补给。

4.2.4生态供水方案

生态需水量分为两个层次：基本生态需水量和适宜生态需水量，见表4。

表4 生态需水量 单位：万m3

4.2.5结果分析

表5给出了85.10 m水位的调节计算结果。从表5可以看出，水库汛期产生了大量的弃水，当需要农业用水时观音阁水库需要大量补水。因此，可以适当增加汛期的用水量，以减少弃水量，减少非汛期的生态释放和观音阁的补偿流量。

表5 葠窝水库生态供水方案成果 单位：万m3

4.3 观音阁水库生态用水调度

4.3.1确定调节水位

对于葠窝水库和观音阁水库，按先小后大、先下游后上游的原则。在运行计算中，采用葠窝水库先补水，不足部分由观音阁水库补给的方式。在死水位和正常水位之间插入三个水位，以划分水库的兴利库容。3个水位分别为96.68、102.12、1068.18m，相应的初始起调库容分别为3.83亿、7.29亿、10.75亿m3。

4.3.2选择典型年份

采用葠窝水库与观音阁水库共同选取的三个典型年。观音阁水库丰、平、枯的入库水量分别为10.75亿、8.74亿、6.98亿m3。

4.3.3供水任务

根据调查，观音阁水库对城市生活与工业的直接供水量为9401万m3，并据此计算供水量。同时承担葠窝水库补水以及下游农业灌溉供水任务。

4.3.4生态供水方案

生态需水量分为两个层次：基本生态需水量和适宜生态需水量，见表6。

表6 生态需水量 单位：万m3

4.3.5结果分析

从表7可以看出，观音阁水库的下泄生态水量大，满足所有方案。尤其是在中高水位的丰水年，水库可以减少生态水量下泄。

表7 观音阁水库生态供水方案成果 单位：万m3

5 结语

通过太子河生态用水调度研究，提出的生态用水调度方案能够指导观音阁水库、葠窝水库及汤河水库生态水的调度实际运行，对改善水生态和水文状况具有重要作用。但是，太子河流域原用水户较多，下游农业用水量较大，即使水库排放了足够的生态水，在枯水年份，农业灌溉可能会与生态水争夺水，导致控制断面生态水不足，在提出的生态用水调度方案中尚未考虑该因素。对于这些问题需要相关部门进行督导、协调等，才能保证河流生态用水。