葠窩水庫運行后對太子河流水文情勢變化特征研究

王海剛

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

0 引 言

太子河貫穿遼寧省中部，主要流經(jīng)本溪、鞍山、營口、遼陽、撫順等城市，流域內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展迅速，景觀變化劇烈。太子河有南、北二源，兩源于本溪縣南店子鎮(zhèn)匯合成干流，河流全長412.9km，年徑流量33.3億m3，總面積13883km2。太子河葠窩水庫上游段植被良好，地勢陡峭，森林覆蓋率較高，該段占全流域60%；葠窩水庫至遼陽段地勢較緩，植被覆蓋率低，人口密集，地貌以低山丘陵為主，水土流失問題突出；遼陽以下段以平原為主，河流斷面淺，坡度較緩，河流彎曲，河道泄洪能力低極易造成洪澇災(zāi)害。

葠窩水庫的建成運行太子河中下游的河湖關(guān)系及其水文情勢。研究表明，5-6月初(汛前)葠窩水庫預(yù)泄使得太子河水位抬高，并潛在影響了防洪形勢；9-10月(汛末)葠窩水庫蓄水使得太子河水位降低，從而導(dǎo)致抗旱能力的減弱、枯水期提前，在一定程度上影響了濕地、河湖生態(tài)環(huán)境；在其它月份，太子河水文情勢受葠窩水庫運行的影響相對較小。然而，河流水文情勢應(yīng)包括[1-3]。因此，結(jié)合太子河水文太子河水文情勢在葠窩水庫運行前后的變化特征，可為流域生態(tài)環(huán)境保護及太子河水資源可持續(xù)利用提供決策依據(jù)。

1 太子河水位資料

以太子河遼陽站為代表站，收集整理1959-2018年遼陽站逐日平均水位資料，并參考IHA法中的流量指標構(gòu)建反映太子河水文情勢的水位指標，如表1所示。

表1 河流水位指標

表1 河流水位指標

本研究按水文年統(tǒng)計1959-2018年遼陽站逐日平均水位資料及其歷年的水文指標，5月太子河流域逐漸進入汛期，清河、細河、臥龍河、小湯河、五道河來水增加，干流水位持續(xù)上漲；8月以上支流來水量開始下降，而該時段正處于主汛期的渾河流域出現(xiàn)河水倒灌、高水位“頂托”現(xiàn)象，從而使得太子河維持高水位；10月渾河干流水位、流量開始減小，太子河出流加快水位不斷減小，并開始進入枯水期。考慮到波動變化的太子河水位特征，水文年為5月至次年4月。

設(shè)分界點為1973年葠窩水庫建成運行時間，對太子河水文情勢在水庫建成前后的變化特征進行對比分析。采用95%的置信度水平和t檢驗法，對水位指標的變化顯著性進行判定，通過對比百分比絕對值反映各指標變化的劇烈程度。

2 水文情勢變化

葠窩水庫建成運行前、后太子河的水文情勢變化特征，如表2所示。從表2可以看出：①太子河流域各月平均水位均呈現(xiàn)出不同幅度的減少，通過顯著檢驗的月份有11月至次年3、5、8月；太子河年平均水位也表現(xiàn)出顯著降低的變化特征，1973-2018年的多年平均水位12.41m較1959-1972年的13.76m減少了1.35m。近20a太子河徑流量的減少在很大程度上取決于流域降水量的減小，這也是引起太子河年平均水位降低的關(guān)鍵。為騰空防洪庫容，葠窩水庫加大了預(yù)泄期下泄流量并使得渾河流域?qū)μ雍铀坏?頂托"現(xiàn)象明顯增強。原則上，在維持其他條件不變的情況下應(yīng)該抬高太子河6、7月的平均水位，但實際水位卻有所下降，表明降水變化可能也是影響6、7月平均水位降低的重要因素。11月太子河水位顯著降低，這主要與葠窩水庫的建成運行有關(guān)。太子河中下游水位受葠窩水庫蓄水作用而下降，從而使得渾河干流與太子河徑流速度的加快、水力坡度的加大，這不僅降低了渾河下游水量減少受三峽水庫蓄水的不利影響，而且減少了太子河蓄水量，并進一步降低了太子河解決枯水期問題的能力。②太子河低脈沖歷時延長且發(fā)生次數(shù)顯著增加、不同歷時極端低水位顯著降低，反映出太子河枯水問題與流域本身枯期降水減少、蓄水量減少、汛末水位過快降低有關(guān)；太子河的高脈沖歷時及不同歷時極端高水位顯著降低，這可能與太子河流域、渾河流域聯(lián)合防洪調(diào)控有關(guān)；太子河最低1d水位發(fā)生時間有所提前且極端水文事件發(fā)生時間變化并不顯著，漲落水交替次數(shù)、漲水率、落水率等反映太子河水文條件變化情況的指標均未出現(xiàn)顯著的變化[4]。③統(tǒng)計時段取11月，對落水變化特征做進一步深入分析；1959-1972、1973-2018年11月的多年平均落水率為0.11m/d和0.15m/d，并且t檢驗結(jié)果顯著，表明太子河11月水流速度加快，水位下降速度較快。

表2 太子河水文情勢變化

續(xù)表2 太子河水文情勢變化

圖1反映了變化百分比絕對值的排序特征。從圖1可以看出，低脈沖歷時、低脈沖發(fā)生次數(shù)和高脈沖歷時最大的是高脈沖歷時水文指標，絕對值達到70%，其它指標均不超過15%。研究表明，除高脈沖歷時排序靠前的其它水位指標均可反映枯水期水文情勢，可見太子河枯水期水文情勢受葠窩水庫建成運行的影響程度相對較大。根據(jù)低脈沖發(fā)生次數(shù)及歷時、最低1d水位發(fā)生時間、不同歷時極端最低水位、枯期月平均水位等指標反映的太子河枯水期水文情勢變化，可以將太子河枯水問題歸結(jié)為枯水位降低、枯水歷時延長、枯水期提前三大類。太子河枯水問題在很大程度上影響了河道航運、生產(chǎn)供水、周邊居民生活以及社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，同時給生態(tài)環(huán)境帶來較大的不利影響。例如，水量減少、水位降低可引起水質(zhì)變差或河道自凈功能退化的問題，從而降低太子河枯期水環(huán)境和水資源承載力；此外，水量減少可在一定程度上影響魚類的安全越冬，使得各類水生物種的活動空間縮小。

圖1 太子河水位指標變化百分比絕對值

太子河水文情勢變化是取用水、葠窩水庫、氣候變化等各類因素綜合作用的結(jié)果，未來仍需進一步深入研究水文情勢變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)、不同影響因素對水文指標變化的貢獻率、生態(tài)環(huán)境保護措施等。

3 結(jié) 論

在流域內(nèi)人類活動、降水變化、葠窩水庫等各類因素的綜合作用下，相對于1959-1972年，1973-2018年太子河水文情勢發(fā)生明顯的變化，其中表現(xiàn)出明顯的降低趨勢，11月落實率呈現(xiàn)出明顯增大的變化特征，總體上枯水期變化百分比絕對值偏高。表明，枯水期太子河具有較為顯著的水文情勢變化特征，為有效解決太子河枯水問題應(yīng)加快水庫群調(diào)度模式的優(yōu)化研究。