岸堤水库对河段生态水文情势的影响分析

吴海峰

（山东省临沂市水利勘测设计院,山东 临沂 276000）

0 引言

流域生态水文情势是确保流域生态系统稳定、完整及生物种群多样性的基础,水利工程建设和运行必将改变流域自然生态水文情势及生态系统结构功能。沂河支流东汶河流域水资源丰富、径流稳定,且流域内鱼类物种资源多种多样,常年分布着鱼类物种产卵场、索饵场和越冬场,生态保护价值显著,但是流域内鱼类种群再生能力脆弱,容易受外界环境因素影响[1]。为此,进行沂河支流东汶河流域水利工程建设运行对河段生态水文情势的影响研究对流域生态系统保护十分重要。

1 研究区概况

岸堤水库位于沂河支流东汶河流域,具有防洪、灌溉、养殖、供水、发电、旅游等综合功能。水库于1959 年建成,于次年4 月竣工蓄水,并于1997 年进行除险加固,使水库工程质量达到优良等级。岸堤水库100 a一遇设计标准3 d净雨量340 mm,最大洪峰14200 m3/s,入库水量5.81×108m3；万年一遇校核标准3 d净雨量1040 mm,最大洪峰31100 m3/s,入库水量18.4×108m3。岸堤水库水文站是岸堤水库入库流量监测控制站,岸堤水库水文站以上河道并无大型水利工程,受干扰程度较轻,能近似反映所在流域天然来水状况。为减轻人类活动和气候变化对分析结果的影响,本文选取1990 年~2016 年岸堤水库水文站逐日流量均值实测值和岸堤水库相同历史期逐日出库流量序列,进行水库影响下流域河段生态水文情势演变分析及水文变化指标的计算,并运用RVA进行岸堤水库对坝下河段生态水文情势影响程度的量化分析。

2 对河段生态水文情势的影响

2.1 月平均流量的变化

流域生态系统和生物多样性的维持主要靠流域河段流量大小及机械性变化情况,从表1 可以发现,岸堤水库建成运行后对流域河段月流量均值存在显著影响：1 月~5 月和11 月~12 月流量均值增大幅度最为明显,6 月10 月则减小,其中1 月、2 月、3 月、9 月、12 月月平均流量改变幅度最大,4 月、7 月、10 月月平均流量改变幅度次之,5 月、6 月、8 月、11 月改变幅度最小。总体而言,岸堤水库的运行促使坝下流域河段月平均流量趋于均一化变动趋势,季节性差异减小,主要原因在于水库运行在满足防洪、发电、供水、灌溉等需求的过程中起到了“蓄丰补枯”的积极作用,确保了流域灌区生态用水。径流的调整为流域不同物种提供了适宜的水文条件。但是岸堤水库运行加剧了坝下流域河段流量的均一化,必将改变流域内生物种群结构和生态系统,不利于流域生物洄游、迁徙及生态环境多样性。

2.2 年极端流量的变化

从图1 和图2 可知,岸堤水库运行之后坝下河段年内流量最大值明显减小,90 d流量最大值指标的发生微小幅度改变,但其他流量指标均变化幅度较大。水库运行所影响的最大1 d流量均比目标下限小（图1）,而年最小1 d流量明显增加,其他流量指标高度变化。水库运行后最小1 d流量均值比目标上限高,而且表现出较大的年际变动（图2）。最小流量指标的变动程度整体上大于最大流量指标,充分表明岸堤水库的运行对流域河段年内最小流量影响更大,极端流量变动必将扰动流域生态系统,影响水生物栖息环境,阻碍流域与河岸营养的交换,不利于水生物生长。

图1 水库运行前后流域河段最大1 d流量均值

图2 水库运行前后流域河段最小1 d流量均值

此外,岸堤水库运行前最大流量通常出现在7 月~10 月,且通常集中于7 月下旬~8 月上旬,岸堤水库运行后,最大流量出现的时间范围更加宽泛,4 月~11 月均有而且5 月上旬~8 月下旬期间较为集中,也就是说,年最大1 d流量出现的时间整体上提前了1 个月,由于灌区春灌期的影响,岸堤水库必须加大出流量满足灌区农业灌溉用水所需,所以生态水文情势低度改变。岸堤水库运行前最小流量出现的时间范围扩大,最小1 d流量集中出现在2 月~3 月,由于12 月至次年3 月所在流域进入凌汛期,水库必须在凌汛期到来前减小其下泄流量,从而达到封河稳定的目的,为确保开河安全,凌汛期结束时下泄流量仍需继续减小。所在流域鱼类通常在汛期涨水时期产卵,所以岸堤水库运行使年内最大流量出现时间大大提前必将引起鱼类繁殖条件的改变,从而扰乱其正常的繁殖活动,影响水生物种群结构与规模。

2.3 流量频率与延时

河流生态过程直接受到流量高低的影响和驱动,进而影响不同水生物物种的生存机会。根据表2 可以看出,岸堤水库运行之后年内高低流量出现频率明显减小,而且持续时间大大缩短,总体而言,低流量指标的变动率高于高流量指标,岸堤水库运行对低流量的出现频次和持续时间影响更为显著。所在流域坝下河段鱼类在产卵期和育苗期内由于高流量持续时间过短而难以获得足够的水域和充分的营养,从而影响水生态系统的发展,甚至导致部分生态环境的恶化和消失。

表2 岸堤水库运行对高低流量的影响

此外,根据分析,岸堤水库运行后,坝下流域河段流量变动频次明显增多,流量年增大（减小）率均值出现较大幅度的波动,究其原因主要是岸堤水库电力荷载的变动导致下泄流量出现频繁的“陡涨陡落”,进而影响浮游生物及其他水生物生长栖息环境。

综合岸堤水库运行对所在流域生态水文情势变化指标的影响程度,改变程度显著。充分表明,岸堤水库运行及调度方式对所在流域河段水文情势存在较大程度的影响和改变,进一步扰动了水生物栖息环境。

3 结论

岸堤水库的运行导致坝下流域河段生态水文情势出现显著性改变,由于水库径流的调节作用,流域年内径流过程表现出均一化趋势特征,最大流量规模减小且出现时间显著提前,最小流量恰好相反变动,流量呈现出“陡涨陡落”趋势,且变动愈加频繁,极大地影响了坝下游流域河段水生物种群结构规模、栖息环境、生态系统。但岸堤水库的建设对流域水文情势仍有很大的积极影响,“蓄水补枯”作用有效确保了流域下游河道在枯水期的生态灌溉用水,使得水资源利用效率大大提升,水库同时还发挥着防凌防洪、保护生态环境等作用。