太子河流域大型水庫建設對生態水文指標的影響

張志斌

(遼寧省本溪水文局 遼寧 本溪 117000)

隨著遼寧省對太子河流域水資源開發與利用的重視程度不斷加大，相繼投資興建了幾座大型水庫工程項目。水庫建設在實現供水、防洪、灌溉、水力發電等功能的同時，對太子河流域內主要河段的水文情勢和河流生態系統的發展變化產生了一定程度的影響。為此，本文以建立生態水文指標為前提，就太子河流域大型水庫建設對生態水文指標的影響進行研究。

1 項目概況

太子河流域處于遼寧省中部地區，位于東經 122°26'～124°53'，北緯 40°29'～41°39'之間，呈東西向，是渾太流域的子流域。太子河東側為鴨綠江支流渾江，南臨大洋河，西北接渾河，流經本溪市、遼陽市、鞍山市等城市，流域面積為13883km2，流域內農業、工業較為發達。為加強太子河流域的水資源開發與利用，在該流域修建了多個水庫，其中最為主要的大型水庫分別為1969年建成的湯河水庫、1973年建成的葠窩水庫以及2000年建成的觀音閣水庫，這三大水庫總庫容分別為7.07×108m3、7.9×108m3、21.68×108m3。

2 研究方法

2.1 生態水文指標的確定

從上世紀90年代開始，國內外的生態水文學家建立了一系列的生態水文指標，用以研究河流水庫建設的生態水文效應，包括IHA指標體系、EFC指標體系、FSA指標體系、Growns指標體系等。但是，這些指標體系存在共同的弊端，主要體現在：指標體系中的指標數目較多，難以將其轉化為可供水庫水量調度使用的實用參數；大部分指標體系集中于分析整個徑流過程，而缺少對基流量和暴雨徑流的獨立分析，使得分析結果無法準確反映河流水庫建設對這兩種流量的影響。

為彌補以上研究缺陷，筆者提出一種新的生態水文指標體系，該指標體系既能夠體現河流的自然水文情勢特性，又能夠將水文過程劃分為具有直接生態意義的不同流量組分進行分析，具體包括以下三個生態水文指標：

2.1.1 基流量指標

基流量是指河流流域內常年出現并基本穩定的水流流量，主要由地下水進行補給，決定著河流生態系統中水生生物群落的結構和數量。采取數字濾波遞歸法對基流進行連續分離，其濾波函數為：

式中，fk表示k時過濾出的暴雨徑流；

qk表示k時的河流總徑流；

α表示濾波參數。

筆者在考慮基流量季節變化特征的情況下，將濾波參數選定為0.925，過濾次數確定為3，并利用AQUAPAK軟件過濾掉暴雨徑流。當基流與總徑流的比值≥0.9時，將該時期認定為基流時期，按月排列這一時期的日流量數據，選取中值作為該月的基流值。當基流值確定之后，便可用下式對河道基流量進行計算：

根據現場勘察鉆探及室內試驗數據，參考相關規范取值，并結合工程經驗，該滑坡治理工程的土層物理力學參數及支擋結構參數見表1所示.

式中，QL代表河道基流量；

ξ1代表河道基流量的保證系數；

Qn代表多年平均（月）的天然徑流量。

2.1.2 暴雨徑流指標

暴雨徑流是指降水（暴雨）在短時間內匯入河流，形成的特大徑流。在本文研究中，筆者利用MSEXCELTM軟件實施時段分析法，用以描述不同年段、各個季節在不同流量閾值之上的流量事件發生的頻率和歷時。其中，流量事件的發生頻率用平均值表示，流量事件的歷時用中值表示。必須注意的是，采取時段分析法進行分析之前，必須確定流量事件的獨立性，即兩個相鄰流量事件應間隔7天以上，且兩個洪峰之間的流量過程不超過較低洪峰流量的75%。

2.1.3 斷流指標

斷流是指河流某一河段出現河水停止流動的水文狀況，能夠對水生生物和水質產生重大影響。尤其在長期斷流的情況下，甚至會造成水生生態系統崩潰。在計算斷流指標時，可選用IHA軟件計算每月斷流天數以及每年累計斷流天數，選用AQUAPAK軟件分析得出每年最大斷流的歷時。

2.2 研究河段的選取

本文將太子河流域劃分為3個研究河段（如圖1所示），即本溪河段、遼陽河段、小林子河段，選取本溪水文站、遼陽水文站、小林子水文站1955年～2007年的水文觀測數據，研究分析湯河水庫、葠窩水庫、觀音閣水庫建設對這三個河段的生態水文指標的影響。在圖1中，①河段為本溪河段，其生態水文指標受觀音閣水庫建設的影響較大；②河段為遼陽河段，其生態水文指標受三大水庫建設的綜合影響；③河段為小林子河段，其生態水文指標主要受葠窩水庫和湯河水庫的影響較大。

圖1 太子河流域的河段劃分

圖2 觀音閣水庫修建前后對本溪河段基流量的影響

3 結果分析

3.1 對基流量的影響

按照上文中提出的河道基流量計算方法，結合相關資料，對太子河流域當中三個主要河段在修建水庫大壩前、后的逐月基流量進行了計算，得出如下結果：

（1）在本溪河段當中，受到觀音閣水庫運行的影響，使得除汛期以外的其它月份的基流均出現了不同程度的增加，而在水庫流量調節功能的作用下，大壩修建之后的冬季基流約為大壩修建前的3倍左右，如圖2所示。

（2）在遼陽河段內，受水庫群的影響，造成了汛期來臨前5月和6月的基流量增加，而汛期及其后各個月份的基流量卻有所減少，其中湯河水庫與葠窩水庫的投入運行，使得該河段6月份基流量增加為最大值，但在觀音閣水庫修建完畢并投入運行后，因受到該水庫的影響，導致5月份的基流量增至最大。

（3）水庫大壩修建對小林子河段內基流量的影響呈現出與遼陽河段相同的態勢。為此，不再進行重復介紹。

3.2 對暴雨徑流的影響

（1）在本溪河段當中，觀音閣水庫的投運對該河段暴雨徑流過程的主要影響出現在夏季。該時間段內，所有流量事件的發生頻率均大幅度減少，由此可以判斷水庫投運后的削峰填谷以及洪水截流措施對河段暴雨徑流有著極大的消減作用。由于水庫在秋季主要是以蓄水發電為主，從而導致了＜35m3/s的流量事件發生頻率有所增加，＞35m3/s的大幅度減少。在冬季時，所有的流量事件全部消失。春季流量事件的發生頻率減少，但歷時卻有所增加。

（2）通過對水庫大壩修建前后進行對比分析后發現，遼陽河段在湯河水庫與葠窩水庫投運后的暴雨徑流過程的頻率和歷時均出現了較大程度的變化，同時，觀音閣水庫的投運在一定程度上加劇了這種變化。其中，主要的影響仍然出現在夏季，＜100m3/s的流量事件發生頻率有明顯的增長趨勢，但歷時卻顯著減少，由此說明水庫在防洪截流方面發揮了作用。在秋季時，＞100m3/s的流量事件在觀音閣水庫投運前較少發生，水庫投運后基本未再發生，這充分說明水庫發揮出了蓄水發電及調豐補枯的作用。在冬季時，大壩的修建對洪水徑流的頻率并未帶來太大的影響。在春季時，＜200m3/s的流量事件的發生頻率及歷時均略有增加。

（3）小林子河段在湯河水庫與葠窩水庫投運后的暴雨徑流過程的出現頻率及歷時也均發生了較大的變化，并且隨著觀音閣水庫的投運，使這種變化顯著加劇。

3.3 對斷流的影響

由相關資料可知，在太子河流域的各個河段當中，僅有一個河段曾經出現過斷流，即遼陽河段。而在湯河水庫與葠窩水庫修建期間也發生過至少一次的斷流，但在觀音閣水庫建成并投入使用之后，便再未出現過斷流。

此外，在大壩修建之前，遼陽河段斷流的發生幾率較小，而水庫工程的建設導致了斷流頻次的增加，并且很多斷流均出現在一個連續的時間段當中。

4 結論

本文建立了一種新的生態水文指標體系，用以研究太子河流域大型水庫建設對水文情勢的影響，得出以下結論：

(1）湯河水庫、葠窩水庫、觀音閣水庫的投運進一步減少了太子河流域內本溪河段、遼陽河段以及小林子河段的汛期基流量，汛前基流量卻隨之增加。

(2）在整個太子河流域當中，只有遼陽河段出現斷流，水庫建設前的斷流發生較少，隨著湯河水庫、葠窩水庫的投運，斷流頻次增加，并且觀音閣水庫的投運進一步加劇了這種情況。

(3）湯河水庫、葠窩水庫、觀音閣水庫的建設，對本溪河段、遼陽河段以及小林子河段的暴雨徑流過程的量級、頻率、歷時等方面具有一定程度的影響，其中最為主要的影響是，水庫建設減少了汛期的洪水發生次數。

(4）太子河流域內的本溪與遼陽河段的年基流量均為3.38，小林子河段的年基流量為3.43，以上結果符合太子河流域對生態基流量的要求。陜西水利

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