阎王鼻子水库生态调度方案分析研究

赵丽丽

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110006)

1 水库基本情况

阎王鼻子水库位于大凌河干流朝阳市肖家店村，坝址距朝阳市25km，控制流域面积9482km2，总库容2.17亿m3。水库设计任务为满足朝阳市近期工业和生活用水及朝阳市郊区部分农业灌溉用水，并以防洪为主、兼顾发电。水库枢纽主要由挡水坝段、冲沙闸坝段、溢流坝段、电站坝段、城市工业取水口坝段及农业取水口坝段等组成。水库工程于1996年10月正式开工，1999年9月下闸蓄水，2000年主体工程基本建成，2006年12月通过验收，正式投入使用。

2 建库前后水文过程变化分析

根据1956—2016年坝下逐月实测径流资料，选取水库下闸蓄水时间为节点，分析建库前后水文过程变化情况[1-2]。水库调蓄对大凌河径流变化影响较大，汛期7月、8月由于水库的调蓄，同期流量较建库前明显减少；从9月开始由于水库蓄水，下泄流量低于天然状态。建库前后各月月平均流量见表1。

表1 阎王鼻子水库下游河道月平均流量指标统计情况 单位：m3/s

3 生态需水量分析

基本生态需水是河湖生态环境需水要求的下限，是维持河湖给定的生态环境保护目标所对应的生态环境功能不丧失的重要表征指标；生态基流则是其年内需水过程的最小值[3-4]。

目标生态需水是指需要维系的河湖生态环境功能，一般包括维持河湖形态、生物栖息地、自净、输沙、景观、河口防潮压咸及其他生态环境功能等[5-6]。

根据大凌河水生生态调查资料，大凌河干流阎王鼻子水库以下河段鱼类主要以鲤科和鳅科为主，均为本土鱼类，未发现重要水生态环境敏感目标；同时该河段受人类活动影响大，水资源开发利用程度高，用水矛盾突出。基于上述因素，确定该河段生态需水重点考虑生态基流，同时兼顾鱼类生态敏感期需水，采用Tennant法确定断面生态流量。针对流域径流过程年内、年际差异显著的规律，将生态需水分为基本生态需水和目标生态需水。

3.1 基本生态需水

大凌河属于北方河流，冬季河流冰封期长，考虑大凌河实际情况，冰封期1月、2月、11月、12月暂不考虑冰封期生态水量；5—6月中旬为鱼类产卵期，采用多年平均径流量的20%作为下泄生态水量；6月下旬和7月、8月，下泄生态水量按多年平均径流量的20%计算；其余3月、4月、9月和10月，为保证下游基本生态用水，按多年平均径流量的10%进行流量下泄。

3.2 目标生态需水

在基本生态需水方案基础上，考虑到大凌河河道内鱼类生存需水时段，因4月鱼类未开始大量繁殖，所以5—9月采用多年平均径流量的30%作为鱼类生存需水量，其余3月、4月、10月采用多年平均径流量的10%作为目标生态流量。生态需水量见表2。

4 生态用水调度方案研究

水库现状供水尚未达到设计能力，仍有部分富余能力可用于生态环境补水，因此，增加生态补水任务不会改变水库原设计特征水位及库容。水库死水位204.50m，对应库容1111万m3；正常蓄水位210.5m，对应库容6035万m3。水库起调水位及库容的选取是为使生态供水调度方案更具操作性，对不同起调水位、不同典型年来水过程、不同年末控制水位对应的生态供水调度方案进行分析[7]。

4.1 边界条件选定

4.1.1 起调库容及水位选取

水库供水调度是在优先保障城镇居民生活用水的前提下进行生态用水调度的，并选取丰、平、枯等典型来水年份进行水库调度计算。在死库容和正常蓄水位对应库容之间插入3个水位，将水库兴利库容均分成4份，相应水位分别为206.62m、208.47m、209.68m，具体见图1。将上述水位作为水库调度运用模拟的起调水位。

图1 阎王鼻子水库起调水位示意

4.1.2 典型年选取

选取丰、平、枯3个典型年，其中丰水年入库水量为51020万m3，平水年入库水量为29579万m3，枯水年入库水量为20407万m3。具体入库水量过程见图2。

图2 水库典型年入库水量过程

4.1.3 水库供水任务

目前阎王鼻子水库每年向朝阳市西部产业新区内的凌钢和燕山湖电厂供水930万m3，考虑未来企业发展需求，近3年水库每年平均向朝阳市(含凌钢、燕山湖电厂)城市工业及生活供水2190万m3。水库补水任务有两项：ⓐ向库下现有地下水源地补水，多年平均补水量1069万m3；ⓑ向下游区间补水，多年平均补水量457万m3。

4.2 生态用水泄流方式分析

阎王鼻子水库下游河道较宽，河道坡度缓，淤积严重，小流量放流生态效果不明显，可采用集中放流和结合下游补水的方式提供生态水量。如在3月、4月、9月、10月的生态需水较小，可以采用集中在上旬或者每个月的前后5天泄放生态水量，5—8月可结合水库向下游的供水任务提供生态水量。分期集中生态泄流方式及目的见表3。

表3 分期集中生态泄流方式及目的

4.3 生态调度方案分析

基本生态需水、目标生态需水调度方案见表4。从表4中可以看出，年初水库水位较高且预测年度径流量偏丰时，基本生态和目标生态需水的要求水库均可以满足。通过分析，当起调库容为4804万m3时，采用目标生态流量供水方案较基本生态流量供水方案可增供纯生态水量2540万m3，水库弃水减少明显。

表4 基本、目标生态需水调度方案 单位：万m3

不同典型年生态补水过程见表5[8]。从表5可以看出，因1月、2月、11月、12月为结冰期，河道内结冰，水流动性差，不考虑生态需水；5月、6月是农业灌溉期，水库需放流完成下游补水任务，河道内生态需水结合水库放流后水库直供生态水量较少；3月、4月、9月、10月生态需水量约为汛期的一半，所以需水库提供的补水量亦较少；7月、8月为汛期，生态需水要求和水库弃水均较多，水库向下游的补水任务减少，因此水库纯放生态水量增多。

表5 生态需水生态补水过程 单位：万m3

5 结 论

在充分考虑大凌河流域河道外需水的前提下，通过对阎王鼻子水库的调度方案进行研究，经分析论证后得出如下结论：

a.水库原设计供水任务中未考虑生态环境供水，现状调度运用方式对下游水文情势影响较大。

b.水库坝下基本生态需水5059万m3，目标生态需水7599万m3。结合水库实际运行经验，长时段不间断小流量放流对下游生态环境改善功能有限，并且考虑到大凌河结冰期长，水流流动性差，水库放流达不到预期效果。因此在结冰期不考虑下游的生态供水，非结冰期中灌溉期5—8月结合下游供水，3月、4月、9月、10月通过分期集中泄流的方式提供下游生态用水，改善下游生态环境。

c.由于水库现状供水尚未达到设计能力，还有部分富余水量可满足生态环境放流。水库实际生态泄流过程中，应随时关注水库供水和来水情况，及时修正，并应为可能遭遇的枯水年份预留库容。