張程
摘 要:作為河流水文情勢的重要影響因素之一,良好的水庫建設(shè)對于保證河流生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重要作用。本文以阿克肖水庫為例,首先對水庫周圍河流水文情勢進(jìn)行概述,然后具體探討了水庫建設(shè)對河流水文情勢的影響,以期為相關(guān)技術(shù)與研究人員提供參考。
關(guān)鍵詞:水庫建設(shè) 河流 水文情勢 影響
水庫建設(shè)引發(fā)的河流水文情勢改變是河流生態(tài)系統(tǒng)失衡的重要因素,在河流水文指標(biāo)生態(tài)學(xué)意義分析前提下,采用能夠提供斷流、基流量、退水率、漲水率、高流量等指標(biāo)的計算方法對河流數(shù)據(jù)分析,以探討水庫建設(shè)前后水文指標(biāo)的變異,可在一定程度上反映水庫建設(shè)對河流水文情勢及生態(tài)系統(tǒng)的影響。因此,加強(qiáng)有關(guān)水庫建設(shè)對河流水文情勢的影響分析,對于改善生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實意義。
1.水庫周圍河流水文情勢概述
阿克肖水庫工程位于新疆皮山河上游阿克肖河的尾端,與下游皮山河的另一條直流肯艾孜河交叉口相距3km左右。水庫總體庫容為4395萬m3,調(diào)節(jié)庫容穩(wěn)定在3271.4萬m3左右,屬于中型III等水利水電工程。工程總工期持續(xù)2.5年,準(zhǔn)備期定為4個月,主體工程施工期為24個月,工程竣工期為2個月。
(1)徑流:阿克肖河徑流主要補(bǔ)給源為高山冰雪融水,阿克肖河上沒有相關(guān)徑流與水文站資料,依據(jù)阿克肖水庫壩址徑流量分析計算可知,其壩址斷面年平均徑流量為 2.038億m3。
(2)洪水:依照洪水形成方式分類,低山帶多為暴雨洪水,中山帶多為季節(jié)性積雪融水型洪水,高山帶多為冰雪融水型洪水;依照洪水成因分類,可將洪水分成高山冰雪融水型洪水、季節(jié)性積雪融水型洪水及暴雨與冰雪融水混合型洪水。依據(jù)阿克肖河水文站洪水資料可知,阿克肖河洪水多發(fā)生在夏季和春季,多以融水型洪水為主,暴雨洪水為輔,夏季洪水多為高山冰雪融水型洪水,春季洪水多為季節(jié)性積雪融水型洪水。
(3)泥沙:阿克肖河流域泥沙含量相對較高,且泥沙年內(nèi)分配不均勻,夏季輸沙量相對更為集中,5~8月輸沙量約為全年輸沙量的91%;其年平均懸移質(zhì)輸沙量可達(dá)102.48×104t,年平均懸移質(zhì)輸沙率為32.48kg/s;而阿克肖水庫壩址年平均懸移質(zhì)輸沙率為18.7kg/s,年平均懸移質(zhì)輸沙量為59.05×104t,年平均推移質(zhì)輸沙量為8.86×104t,年平均輸沙總量為67.91萬×104t。
(4)冰期:依據(jù)水文站冰期觀測資料可知,阿克肖水文站最早冰期在10月18日,最晚全部融冰期在4月9日,最長封凍日期天數(shù)為138天,最短封凍日期天數(shù)為40天;多年最大河心冰厚為0.9m,最大岸邊冰厚為0.99cm。
2.水庫建設(shè)對河流水文情勢的影響
2.1初期蓄水的影響
依據(jù)工程總體設(shè)計,工程10天的蓄水量可達(dá)至死水位2420m。在蓄水早期,主要采用導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞進(jìn)行下游供水。依據(jù)水庫壩址斷面下泄水量計算結(jié)果可知,蓄水早期的平均流量會減少6.14m3/s,下降幅度約為76.7%。在蓄水早期,壩址斷面下泄流量穩(wěn)定在1.86m3/s,能充分符合下泄生態(tài)基流的1.28m3/s要求,且可滿足灌溉區(qū)域的用水要求。
2.2施工期的影響
該工程選用上下游圍堰擋水,河床進(jìn)行一次性截斷,導(dǎo)流洞與泄洪沖沙洞共同導(dǎo)流的施工導(dǎo)流方式。依據(jù)施工組織設(shè)計,截流施工定在當(dāng)前8月底選用單戧立堵法進(jìn)行。截流時,由于截流龍口寬度大小不斷降低,龍口泄流逐漸轉(zhuǎn)變成導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞泄流方式,下泄流量主要是河道天然來流量,因此截流過程不會對下游水文情勢產(chǎn)生影響。截流完成后,施工過程中主要采用導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞實施施工導(dǎo)流,下泄流量繼續(xù)為河道天然來水量,也不會對下游水文情勢產(chǎn)生影響。
2.3工程運(yùn)行的影響
(1)對壩址下游河段泥沙情勢的影響:因水庫可攔蓄來流泥沙,水庫正常工作后引發(fā)的清水下泄將會沖刷壩址下游河道,而下泄清水導(dǎo)致的沖刷有靠近壩址區(qū)段起始不斷朝下游推進(jìn),但沖刷作用與沖刷強(qiáng)度會隨與壩址的間距增加逐漸減慢與減弱。在水庫內(nèi)泥沙淤積過程不斷達(dá)到平衡的過程中,水庫清水下泄對壩下河段的沖刷程度也會逐漸減弱,且當(dāng)沖刷年限不斷延長時,河床會慢慢生成粗化抗沖保護(hù)層,河道沖淤會再次恢復(fù)平衡。水庫完成后,下泄水流中的平均含沙量會相對縮小,泥沙粒徑也會比建庫前天然河流泥沙粒徑微細(xì),由此可很大程度避免下游河道泥沙淤積,進(jìn)而改善下游河道的運(yùn)行環(huán)境條件。
(2)對水庫庫區(qū)泥沙情勢的影響:水庫庫區(qū)位于山區(qū)河段,庫區(qū)河段天然河床比降穩(wěn)定在17.1%,水流具有強(qiáng)烈的挾沙能力,同時來水懸移質(zhì)泥沙粒徑相對較細(xì),中粗砂占比不到5%,為水流挾沙及排沙提供便利。依據(jù)泥沙淤積運(yùn)算結(jié)果,水庫在汛期期間死水位為2420m工作環(huán)境下,將會有65%左右的懸移質(zhì)泥沙涌進(jìn)死庫容,死庫容估計淤滿年限為30年,且達(dá)至沖淤平衡,產(chǎn)生錐體淤積狀態(tài)。在實現(xiàn)沖淤平衡后,殘余死庫容預(yù)估為10.3萬m3,死庫容淤積量約占死庫容的98%,殘余調(diào)節(jié)庫容則為3271.4萬m3,調(diào)節(jié)庫容淤積量約占調(diào)節(jié)庫容的5%,可確保調(diào)節(jié)庫容充足。
2.4運(yùn)行期的影響
(1)對下游河段水文情勢的影響:水庫運(yùn)行后的影響主要表現(xiàn)為兩方面,一是工程完成后,下游灌區(qū)需水過程及需水量出現(xiàn)改變,下游河段引水過程也會伴隨出現(xiàn)變化,進(jìn)而工程建設(shè)前的河道徑流過程也會發(fā)生改變;二是水庫蓄水調(diào)度運(yùn)行會影響河流徑流過程。如以阿克肖水庫壩址斷面為例,在P=75%來水頻率下,相比現(xiàn)狀年,設(shè)計水平年阿克肖水庫運(yùn)行后其壩址斷面年下泄徑流量降低0.05億m3,減少幅度為2.8%;在1月、2月、5月、7~11月期間下泄流量減少幅度為0.0%~78.8%,而8月減幅最大;其他月份下泄流量會出現(xiàn)不同程度的增加,增加幅度為10.5%~210.6%,而在4月和6月增幅相對較高;在P=50%來水頻率下,相比現(xiàn)狀年,設(shè)計水平年阿克肖水庫運(yùn)行后其壩址斷面年下泄徑流量降低0.05億m3,減少幅度為2.8%;在1月、3~6月及10月期間下泄流量出現(xiàn)不同程度的增加,增加幅度為2.9%~323.9%,而3~5月增幅相對較高;2月份下泄流量相對穩(wěn)定;其他月份下泄流量出現(xiàn)減少,減少幅度為0.2%~63.3%,而8月份減少幅度最大。
(2)對庫區(qū)水文情勢的影響:水庫完工后,因水庫實施蓄水,水庫壩前到庫區(qū)回水尾端5公里處的天然河段將轉(zhuǎn)換成水庫形態(tài),水深、水面面積及流動速度等會出現(xiàn)相應(yīng)變化。相比庫區(qū)建成前,庫區(qū)回水區(qū)域內(nèi)的水面面積和水深會在一定程度上增加,同時由回水尾端至壩前水深的增幅也會不斷增加,最高水深增大幅度可達(dá)到70m;庫區(qū)內(nèi)由庫區(qū)回水末端至壩前流速會出現(xiàn)部分減緩,壩前斷面流動速度減緩幅度最高。在水庫穩(wěn)定工作時,水庫水位在2420m與2452m的死水位和正常蓄水位間不斷變化,水深變幅平均為32m。
3.結(jié)語
水庫建設(shè)的質(zhì)量將直接影響河流水文情勢的正常平衡及河流的生態(tài)穩(wěn)定,因此,相關(guān)技術(shù)與研究人員應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)水庫建設(shè)對河流水文情勢的影響研究,總結(jié)水庫建設(shè)對河流水文情勢的影響因素,以逐步改善河流生態(tài)系統(tǒng)平衡狀態(tài)。
參考文獻(xiàn):
[1]郭文獻(xiàn),夏自強(qiáng),王乾.丹江口水庫對漢江中下游水文情勢的影響[J].河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版).2011,13(14):74-75.
[2]蔡文君,殷峻暹,王浩.三峽水庫運(yùn)行對長江中下游水文情勢的影響[J].人民長江.2012,06(10):61-62.
[3]周召梅,李強(qiáng).長沙綜合樞紐工程對湘江水文情勢水生態(tài)環(huán)境影響及對策[J].水利科技與經(jīng)濟(jì).2010,05(35):57-58.endprint