袁湾水库建设对潢河水文情势影响研究

杜鹏程 谢国庆

袁湾水库工程是列入2020 年国家150 项重大水利工程项目清单和《河南省人民政府关于新时代支持革命老区振兴发展的实施意见》的重点水利项目，位于河南省信阳市淮河上游右岸一级支流潢河上游，坝址位于光山县泼陂河镇和晏河乡交界处。该工程以防洪为主，结合供水、灌溉，兼顾发电、改善生态等综合利用。工程由拦河主坝、副坝和水电站等组成。水库总库容2.51 亿m3，防洪库容1.21 亿m3，最大坝高32.10m，为大（2）型水库。

该工程建成后，结合淮河上游防洪体系其他已建和规划工程，可使淮河干流王家坝以上圩区的防洪标准由现状的10 年一遇提高到20 年一遇，灌溉农田11.6 万亩，年提供城市生活及工业供水5040 万m3，对于帮助大别山革命老区的新县、光山和潢川等县巩固脱贫攻坚成果、推进乡村振兴、优化区域水资源配置、促进地区经济社会发展有积极作用。

袁湾水库工程筑坝蓄水和生产生活取水对上下游水文情势将产生一定影响。

一、潢河水文情势现状

潢河又名潢水，发源于河南省新县田铺乡万字山，于潢川县境内汇入淮河。流域地处淮河上游南部，大别山中心地带，全长140km，流域面积2400km2，流经新县、光山县、潢川县，年平均径流量为10.59 亿m3，河床比降平均约1.18/1000，高程约40～268m。

上中游为山区、浅山丘陵区，河床平均宽80～150m，河道比降大；下游由丘岗地区过渡到平原区，河床宽150～200m，水流平缓。汛期最大流量可达3726m3/s，冬季最小流量仅2～3m3/s。

根据1967—2015 年水文站实测和汇流面积推演得出潢河袁湾水库坝址径流量最小值为6547 万m3（2001—2002 年）、最大值为69599 万m3（1987—1988 年）、多年平均值为24707 万m3、50%年型为22650 万m3、75%年型为14834 万m3、95%年型为8500 万m3。

袁湾水库坝址多年平均悬移质输沙量7.30 万t，推移质输沙量1.46 万t，年输沙模数为152t/（km2·a）。

二、库区水文情势变化分析

袁湾水库建成蓄水后，水库坝前到库区回水尾端15.4km 处的天然河段将转换成水库形态，水深、水面面积及流动速度等会出现相应变化。相比库区建成前，库区回水区域内的水面面积和水深会在一定程度上增加，同时由回水尾端至坝前水深的增幅也会不断增加，最高水深增大幅度可达到23m；库区内由库区回水末端至坝前流速会出现部分减缓，坝前断面流动速度减缓幅度最高。在水库稳定工作时，水库水位在62m 与68.5m 的死水位和正常蓄水位间不断变化，水深变幅平均为6.5m。

三、坝址生态流量保障性分析

根据流域地形地貌特点，考虑到袁湾水库具有年调节能力，将改变其下游河道的径流时空分布。因此，袁湾水库坝址处需下泄一定的流量满足坝下河道内用水需求。

根据《关于印发水电水利建设项目水环境与水生生态保护技术政策研讨会议纪要的函》和《水电水利建设项目生态用水、低温水和过鱼设施环境影响评价技术指南（试行）》，为维护河段水生生态系统稳定，水利水电工程必须下泄一定的生态流量，将其纳入工程水资源综合配置中统筹考虑。生态流量需要考虑以下因素：（1）工农业生产及生活需水量；（2）维持水生生态系统稳定所需水量；（3）维持河道水质的最小稀释净化水量；（4）水面蒸发量；（5）维持地下水位动态平衡补给需水；（6）河道外生态需水量；（7）鱼道需水量。其中袁湾水库坝址处生态流量需考虑工农业生产及生活需水量、维持水生生态系统稳定所需水量、维持河道水质的最小稀释净化水量和鱼道需水量。

根据坝址下游河道用水需求分析和推荐的计算方法，本报告采用Tennant 法、最小月平均径流法、90%保证率法、湿周法、鱼道流量模型等确定减水河段维持水生生态系统稳定逐月所需水量并取最大值，得出袁湾水库拟采取生态流量下泄方案如表1。经过调算的袁湾水库90%年型逐月下泄水量均大于或等于拟定的生态流量下泄方案，详见图1。

图1 袁湾水库90%年型逐月下泄水量与生态流量对比图

表1 袁湾水库生态流量下泄方案表（单位：m3/s）

四、坝下水文情势变化分析

根据水文调算的潢河袁湾水库坝下断面90%年型建库前和建库后逐月水量资料，计算出流量，再通过曼宁公式求出流速、水深，进而比对建库前和建库后水文情势变化情况。

（一）流量

在P=90%来水频率下，建库前坝下径流量为11236 万m3/a，建库后调算为7389 万m3/a，减少34.2%；建库前坝下逐月流量为0.65～8.25m3/s，建库后调算为0.86～11.78m3/s，变化率-89.1%～373.3%；建库后有10 个月（1—5 月、7—8 月、10—12 月）流量减少，减少率-89.1%～-1.1%，3 月份减少幅度最大；建库后有2 个月（6 月、9 月）流量增加，增长率为36.4%～373.3%，6 月份增加幅度最大。

（二）流速

在P=90%来水频率下，建库前坝下逐月流速为0.2～0.54m/s，建库后调算为0.22～0.62m/s，变化率-58.6%～85.5%；建库后有10 个月（1—5 月、7—8 月、10—12 月）流速减少，减少率-58.6%～-0.4%，3 月份减少幅度最大；建库后有2 个月（6 月、9 月）流速增加，增长率为13.2%～85.5%，6 月份增加幅度最大。

（三）水深

在P=90%来水频率下，建库前坝下逐月水深为0.07～0.31m，建库后调算为0.08～0.38m，变化率-73.6%～155.1%；建库后有10 个月（1—5 月、7 月、8 月、10—12 月）水深减少，减少率-73.6%～-0.7%，3 月份减少幅度最大；建库后有2 个月（6 月、9 月）水深增加，增长率为20.5%～155.1%，6 月份增加幅度最大。

五、对潢河水资源的影响分析

袁湾水库引水工程实施后，多年平均情况下，从袁湾水库年取水量约为6300 万m3（含生活、工业、灌溉供水）。通过模型调算，得出袁湾水库引水工程建成前、后水库坝址处年径流变化，规划年2030 年，坝址处多年平均径流量减少了25.5%，75%、90%年份对坝址处径流量影响分别为27.2%、34.2%，满足国际上对河流的开发利用率一般不超过40%的要求，水库工程建成后不同来水频率对坝址处径流量的影响见表2。

表2 袁湾水库建成后对坝址径流量的影响表（单位：万 m3）

六、对潢河考核断面生态流量的影响分析

根据《信阳市重点河段生态流量调查评价及闸坝联合调度方案》中潢河考核断面生态流量成果，潢河干流至入淮河口共有两个考核断面：潢川橡胶坝断面和潢川县入淮河口断面。潢河水功能区考核断面水量特性见表3。

表3 潢河水功能区考核断面水量特性表

袁湾水库坝址位于考核断面上游，距离下游潢川橡胶坝断面、潢川县入淮河口断面距离分别为56km、98km，水库建成运行后，可向受水区提供生活、工业用水、农业灌溉用水等，同时确保生态基流，对河道径流丰枯具有一定的调节作用。

根据数据统计分析，建库后，90%保证率橡胶坝考核断面流量为1.99m3/s，大于《信阳市重点河段生态流量调查评价及闸坝联合调度方案》确定的生态流量1.11m3/s；90%保证率入淮口考核断面流量为2.08m3/s，大于《信阳市重点河段生态流量调查评价及闸坝联合调度方案》确定的生态流量1.25m3/s。

可以看出，袁湾水库建成后，潢川站断面、入淮口断面多年平均径流量分别减少了7.2%和6.3%，但其对下游枯水期径流有一定的调节作用，可以保障下游河道生态流量。

七、对泥沙的影响分析

袁湾水库建成后，库区水体流速迅速变小，水体中泥沙大量沉积于库底。袁湾水库下坝址多年平均年输沙量为8.76 万t，库区多年平均来水量约24707 万m3，来水多年平均含沙量0.35kg/m3，约350mg/L。

水库坝址多年入库水量为24707 万m3，兴利库容为5050 万m3，按水库平均拦沙率经验公式（Brune公式，如下）计算，水库平均拦沙率为92.7%，水库正常运行期（水库有效使用年限按50 年考虑）的淤沙量为406 万t、290 万m3。

式中：β 为水库平均拦沙率；v兴为兴利库容，万m3；ω入多年平均入库来水量，万m3。

袁湾水库死库容为1040 万m3，可以满足淤沙要求。下泄水体平均悬移质含沙量0.026kg/m3，约26mg/L，满足Ⅲ类标准（30mg/L）要求。对比来水含沙量350mg/L，可见建库可以使下泄水含沙量大幅度降低。

八、水库运行对下游防洪的影响

袁湾水库与出山店水库、张湾水库、晏河水库联合运用使淮河王家坝以上圩区防洪标准提高到20年一遇，将淮河干流控制断面淮滨站20 年一遇设计流量控制在7000m3/s 以内，同时使潢河下游防洪标准提高到20 年一遇。调洪成果见表4和表5。

表4 潢河袁湾水库坝址调洪演算成果表

表5 潢河袁湾水库下游河道主要断面防洪能力复核成果表

九、结论

拟建袁湾水库的兴利运用将直接影响潢河的水文情势，影响河道的水资源量、流量、流速、水深和泥沙含量，提高防洪能力，也影响河道水生生境，必须保障坝址和考核断面的生态流量。相关建设和管理人员应加强袁湾水库建设对潢河水文情势的影响研究，了解袁湾水库建设对潢河水文情势的影响因素，合理调度，以逐步改善潢河生态系统平衡状态。研究成果可为其他水库建设提供借鉴