張志斌

(遼寧省本溪水文局 遼寧 本溪 117000)

隨著遼寧省對(duì)太子河流域水資源開發(fā)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(kù)工程項(xiàng)目。水庫(kù)建設(shè)在實(shí)現(xiàn)供水、防洪、灌溉、水力發(fā)電等功能的同時(shí)，對(duì)太子河流域內(nèi)主要河段的水文情勢(shì)和河流生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展變化產(chǎn)生了一定程度的影響。為此，本文以建立生態(tài)水文指標(biāo)為前提，就太子河流域大型水庫(kù)建設(shè)對(duì)生態(tài)水文指標(biāo)的影響進(jìn)行研究。

1 項(xiàng)目概況

太子河流域處于遼寧省中部地區(qū)，位于東經(jīng) 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?xùn)|側(cè)為鴨綠江支流渾江，南臨大洋河，西北接渾河，流經(jīng)本溪市、遼陽(yáng)市、鞍山市等城市，流域面積為13883km2，流域內(nèi)農(nóng)業(yè)、工業(yè)較為發(fā)達(dá)。為加強(qiáng)太子河流域的水資源開發(fā)與利用，在該流域修建了多個(gè)水庫(kù)，其中最為主要的大型水庫(kù)分別為1969年建成的湯河水庫(kù)、1973年建成的葠窩水庫(kù)以及2000年建成的觀音閣水庫(kù)，這三大水庫(kù)總庫(kù)容分別為7.07×108m3、7.9×108m3、21.68×108m3。

2 研究方法

2.1 生態(tài)水文指標(biāo)的確定

從上世紀(jì)90年代開始，國(guó)內(nèi)外的生態(tài)水文學(xué)家建立了一系列的生態(tài)水文指標(biāo)，用以研究河流水庫(kù)建設(shè)的生態(tài)水文效應(yīng)，包括IHA指標(biāo)體系、EFC指標(biāo)體系、FSA指標(biāo)體系、Growns指標(biāo)體系等。但是，這些指標(biāo)體系存在共同的弊端，主要體現(xiàn)在：指標(biāo)體系中的指標(biāo)數(shù)目較多，難以將其轉(zhuǎn)化為可供水庫(kù)水量調(diào)度使用的實(shí)用參數(shù)；大部分指標(biāo)體系集中于分析整個(gè)徑流過程，而缺少對(duì)基流量和暴雨徑流的獨(dú)立分析，使得分析結(jié)果無法準(zhǔn)確反映河流水庫(kù)建設(shè)對(duì)這兩種流量的影響。

為彌補(bǔ)以上研究缺陷，筆者提出一種新的生態(tài)水文指標(biāo)體系，該指標(biāo)體系既能夠體現(xiàn)河流的自然水文情勢(shì)特性，又能夠?qū)⑺倪^程劃分為具有直接生態(tài)意義的不同流量組分進(jìn)行分析，具體包括以下三個(gè)生態(tài)水文指標(biāo)：

2.1.1 基流量指標(biāo)

基流量是指河流流域內(nèi)常年出現(xiàn)并基本穩(wěn)定的水流流量，主要由地下水進(jìn)行補(bǔ)給，決定著河流生態(tài)系統(tǒng)中水生生物群落的結(jié)構(gòu)和數(shù)量。采取數(shù)字濾波遞歸法對(duì)基流進(jìn)行連續(xù)分離，其濾波函數(shù)為：

式中，fk表示k時(shí)過濾出的暴雨徑流；

qk表示k時(shí)的河流總徑流；

α表示濾波參數(shù)。

筆者在考慮基流量季節(jié)變化特征的情況下，將濾波參數(shù)選定為0.925，過濾次數(shù)確定為3，并利用AQUAPAK軟件過濾掉暴雨徑流。當(dāng)基流與總徑流的比值≥0.9時(shí)，將該時(shí)期認(rèn)定為基流時(shí)期，按月排列這一時(shí)期的日流量數(shù)據(jù)，選取中值作為該月的基流值。當(dāng)基流值確定之后，便可用下式對(duì)河道基流量進(jìn)行計(jì)算：

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察鉆探及室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，參考相關(guān)規(guī)范取值，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，該滑坡治理工程的土層物理力學(xué)參數(shù)及支擋結(jié)構(gòu)參數(shù)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(shù)；

Qn代表多年平均（月）的天然徑流量。

2.1.2 暴雨徑流指標(biāo)

暴雨徑流是指降水（暴雨）在短時(shí)間內(nèi)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(shí)施時(shí)段分析法，用以描述不同年段、各個(gè)季節(jié)在不同流量閾值之上的流量事件發(fā)生的頻率和歷時(shí)。其中，流量事件的發(fā)生頻率用平均值表示，流量事件的歷時(shí)用中值表示。必須注意的是，采取時(shí)段分析法進(jìn)行分析之前，必須確定流量事件的獨(dú)立性，即兩個(gè)相鄰流量事件應(yīng)間隔7天以上，且兩個(gè)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(biāo)

斷流是指河流某一河段出現(xiàn)河水停止流動(dòng)的水文狀況，能夠?qū)λ锖退|(zhì)產(chǎn)生重大影響。尤其在長(zhǎng)期斷流的情況下，甚至?xí)斐伤鷳B(tài)系統(tǒng)崩潰。在計(jì)算斷流指標(biāo)時(shí)，可選用IHA軟件計(jì)算每月斷流天數(shù)以及每年累計(jì)斷流天數(shù)，選用AQUAPAK軟件分析得出每年最大斷流的歷時(shí)。

2.2 研究河段的選取

本文將太子河流域劃分為3個(gè)研究河段（如圖1所示），即本溪河段、遼陽(yáng)河段、小林子河段，選取本溪水文站、遼陽(yáng)水文站、小林子水文站1955年～2007年的水文觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究分析湯河水庫(kù)、葠窩水庫(kù)、觀音閣水庫(kù)建設(shè)對(duì)這三個(gè)河段的生態(tài)水文指標(biāo)的影響。在圖1中，①河段為本溪河段，其生態(tài)水文指標(biāo)受觀音閣水庫(kù)建設(shè)的影響較大；②河段為遼陽(yáng)河段，其生態(tài)水文指標(biāo)受三大水庫(kù)建設(shè)的綜合影響；③河段為小林子河段，其生態(tài)水文指標(biāo)主要受葠窩水庫(kù)和湯河水庫(kù)的影響較大。

圖1 太子河流域的河段劃分

圖2 觀音閣水庫(kù)修建前后對(duì)本溪河段基流量的影響

3 結(jié)果分析

3.1 對(duì)基流量的影響

按照上文中提出的河道基流量計(jì)算方法，結(jié)合相關(guān)資料，對(duì)太子河流域當(dāng)中三個(gè)主要河段在修建水庫(kù)大壩前、后的逐月基流量進(jìn)行了計(jì)算，得出如下結(jié)果：

（1）在本溪河段當(dāng)中，受到觀音閣水庫(kù)運(yùn)行的影響，使得除汛期以外的其它月份的基流均出現(xiàn)了不同程度的增加，而在水庫(kù)流量調(diào)節(jié)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(yáng)河段內(nèi)，受水庫(kù)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(gè)月份的基流量卻有所減少，其中湯河水庫(kù)與葠窩水庫(kù)的投入運(yùn)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(kù)修建完畢并投入運(yùn)行后，因受到該水庫(kù)的影響，導(dǎo)致5月份的基流量增至最大。

（3）水庫(kù)大壩修建對(duì)小林子河段內(nèi)基流量的影響呈現(xiàn)出與遼陽(yáng)河段相同的態(tài)勢(shì)。為此，不再進(jìn)行重復(fù)介紹。

3.2 對(duì)暴雨徑流的影響

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

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

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

3.3 對(duì)斷流的影響

由相關(guān)資料可知，在太子河流域的各個(gè)河段當(dāng)中，僅有一個(gè)河段曾經(jīng)出現(xiàn)過斷流，即遼陽(yáng)河段。而在湯河水庫(kù)與葠窩水庫(kù)修建期間也發(fā)生過至少一次的斷流，但在觀音閣水庫(kù)建成并投入使用之后，便再未出現(xiàn)過斷流。

此外，在大壩修建之前，遼陽(yáng)河段斷流的發(fā)生幾率較小，而水庫(kù)工程的建設(shè)導(dǎo)致了斷流頻次的增加，并且很多斷流均出現(xiàn)在一個(gè)連續(xù)的時(shí)間段當(dāng)中。

4 結(jié)論

本文建立了一種新的生態(tài)水文指標(biāo)體系，用以研究太子河流域大型水庫(kù)建設(shè)對(duì)水文情勢(shì)的影響，得出以下結(jié)論：

(1）湯河水庫(kù)、葠窩水庫(kù)、觀音閣水庫(kù)的投運(yùn)進(jìn)一步減少了太子河流域內(nèi)本溪河段、遼陽(yáng)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(gè)太子河流域當(dāng)中，只有遼陽(yáng)河段出現(xiàn)斷流，水庫(kù)建設(shè)前的斷流發(fā)生較少，隨著湯河水庫(kù)、葠窩水庫(kù)的投運(yùn)，斷流頻次增加，并且觀音閣水庫(kù)的投運(yùn)進(jìn)一步加劇了這種情況。

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

(4）太子河流域內(nèi)的本溪與遼陽(yáng)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(jié)果符合太子河流域?qū)ι鷳B(tài)基流量的要求。陜西水利

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