白石水庫壩下生態用水調度分析研究

趙麗麗

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司， 遼寧 沈陽 110006)

1 基本情況

白石水庫是大凌河下游大(1)型水庫，水庫任務主要以供水為主，兼顧防洪、灌溉、發電及養魚。水庫工程等別為Ⅰ等，主要水工建筑物級別為1級。樞紐主要建筑物設計洪水標準為500a一遇，校核洪水標準為5000a一遇。水庫設計洪水位132.27m，相應原始庫容14.77億m3，校核洪水位133.88m，相應原始庫容16.45億m3；正常高水位127.00m，防洪限制水位125.60m，死水位108.00m。

水庫大壩為部分采用RCD工法的碾壓混凝土重力壩。樞紐布置包括擋水壩段、溢流壩段、底孔壩段、取水壩段、電站壩段。溢洪道堰頂高程115m，最大泄流量20613m3/s；沖沙閘最大泄流量6013m3/s。

2 建庫前后水文情勢變化分析

水庫工程于1996年開工，1999年汛后落閘蓄水，2000年汛后竣工。1956—1998年數據為建庫前數據，1999—2012年數據為建庫后數據。

水庫建成后，受水庫調節影響下游河道內的各月徑流過程更加均勻。從表1中可以看出，有水庫后考慮大凌河河口水田和葦田的插秧機芽前期用水，5月河道內平均流量較無水庫時明顯增加；而汛期因水庫滯洪調蓄的影響，河道內徑流量減少顯著；汛后水庫開始蓄水，河道內徑流量較無水庫時有所降低。建庫前后各月月平均流量見表1，如圖1所示。

表1 白石水庫下游河道月平均流量指標改變統計表 單位：m3/s

圖1 白石水庫建庫前后義縣站月平均流量過程

3 河道內生態需水量分析

河流內生態需水量計算，需綜合河流的生態環境功能、生態環境狀況、水資源稟賦條件及開發利用程度等因素，合理確定生態環境保護目標，并選擇合適的計算方法。將生態需水分為2級：基本生態需水和適宜生態需水，詳見表2。

3.1 基本生態需水

河道內基本生態需水是維持河流基本形態、生態基本棲息地和基本自凈能力等需要保留的最小河道內流量。結合北方河流冬季結冰的特點，將基本生態需水劃分為冰凍期和非冰凍期，并依據白石水庫斷面最新的生態批復水量，確定水庫斷面基本生態需水在冰凍期為0，非冰凍期采用《LXB供水工程環境影響報告書》中批復值，即年平均需水量12520萬m3。

3.2 適宜生態需水

適宜生態需水是指維持河流輸沙、水生生物、防潮壓咸、航運等功能而需要保留的河流內的需水量及過程?？紤]到大凌河河道實際需水情況，為適應水生生物的繁衍，確定5—9月生態需水流量按照多年平均徑流量的30%考慮；冰凍期11—次年2月不考慮生態需水，其余非冰凍期月份的河道內需水按照多年平均徑流量的10%考慮。

表2 生態需水量表

4 生態用水調度方案研究

4.1 邊界條件選定

4.1.1水庫調度水位選取

將水庫興利庫容平均分為4份，從死水位到正常蓄水位涉及的相應水位分別為：112.44、115.64、117.96m。將上述水位作為水庫調度運用模擬的起調水位。

表3 起調水位及庫容情況表

4.1.2典型來水頻率選取

根據1956—2007年(共52a)系列的水庫入庫水量數據，篩選了來水頻率25%、50%和75% 3個典型水量過程，其中來水頻率25%時入庫水量122034萬m3，來水頻率50%時入庫水量60233萬m3，來水頻率75%時入庫水量34856萬m3。具體入庫水量過程如圖2所示。

圖2 水庫不同來水頻率入庫水量過程

4.1.3水庫供水任務

根據水庫初步設計及現狀實際調查情況，水庫2017年直供阜新市2920萬m3、北票市1825萬m3、義縣1410萬m3，考慮到省重點輸水工程向各市縣供水的配套工程在2020年前未必能夠建設完成，因此確定2018—2020年水庫城市生活與工業供水對象仍為阜新市、北票市和義縣，供水總量為3者2017年供水量之和6155萬m3。

白石水庫補水任務有3項，多年平均總補水量21386萬m3:①向庫下大—復—錦區間補水，多年平均補水量1393萬m3；②給徑流負值補水，多年平均補水量2595萬m3；③向凌海—河口區間補水，多年平均補水量17398萬m3。

4.2 調度方案分析

經過對水庫典型來水頻率生態供水方案計算，水庫年末庫容出現了2種可能性：一種是來水頻率25%條件下的入庫水量較多，水庫年末仍存蓄較大水量，仍有較大供水庫容；另一種是來水頻率50%和75%，水庫年末庫容已經接近死庫容，需通過外調水補充不足的庫容，達到一個目標蓄水庫容。因此，白石水庫2018年起調庫容共3個，分別為19300萬、28502萬、37704萬m3；考慮到2019和2020年水庫供水任務未發生變化，根據2018年的水庫年末庫容情況，確定2019、2020年水庫起調庫容有2個，分別為28671萬、33601萬m3。

從表4—5中的數據對比分析可以看出，來水頻率50%和75%年份水庫僅依靠本流域和自身調節向河道內生態補水均無法滿足河道內的基本和適宜生態需水要求，均需要依靠外調水量進行優化配置，特別是在水庫低水位枯水情況下生態缺水極為嚴重。

表4 基本生態需水調度方案表 單位：萬m3

表5 適宜生態需水調度方案表 單位：萬m3

從表6可以看出，年初水庫水位較高且預測年度來水量偏豐時，可考慮適宜生態流量調度方案，減少水庫棄水，有效改善河道內環境。例如計算方案中年初庫容37704萬m3對應的屬于來水25%的年份，此時適宜生態流量調度供水0.54億m3、基本生態流量調度供水0.54億m3，前者較后者可增供水量0.27萬m3。

根據大凌河北方河流的特點，在結冰期水庫不考慮向下游河道補水；考慮水庫下游農業及濕地需水要求，水庫可根據不同作物的灌溉制度加大放流，而河道內生態需求可結合水庫放流過程，河道內生態不滿足時在利用水庫單獨進行補償。從生態補水過程可以看出，水庫單獨補償生態過程主要集中在5—9月，其余時段的補水過程均較少。

5 結論

通過對白石水庫的生態調度研究分析，經分析論證后結論如下：水庫建設前后對下游水文情勢影響較大；增加生態供水任務使水庫原供水任務發生改變，需協調、調度好現有用水戶和生態供水之間的用量，必要時可通過外調水解決。

表6 生態需水生態補水過程 單位：萬m3