大伙房水库运行对下游水文情势的影响分析

2019-05-21张峰远

水利规划与设计 2019年5期

张峰远

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司,辽宁沈阳 110006)

河流水文情势与生态环境关系密切，天然河流流态的改变会对河流生态产生重要影响。水流条件的改变同时也会在不同程度上影响动物的栖息条件，进而对其分布和丰度产生影响，从而影响生物群落的组成和多样性。水利工程的建设，尤其是大型水库工程、引调水工程的建设会显著改变河流的天然径流过程，对河流生态系统产生较大的影响。

Richter等于1996年创立了IHA(Indicator of Hydrologic Alteration)法评估河流生态水文变化，依据河流的日水文资料，从流量大小幅度、时间、频率、历时和变化率等方面计算33个具有生态意义的关键水文参数值。IHA指标系列与生态相关性强、易采集，适用于评价水文系统变化的程度及其对生态系统的影响。国内外已有许多研究成果采用该指标体系评价河流建库、分取水对河流生态水文特性的改变。鉴于此，本文采用该方法评价大伙房水库对下游浑河径流过程的影响。

1 研究区概况

浑河发源于抚顺市清原县弯甸子乡境内的长白山支脉滚马岭，与太子河汇流成大辽河，经营口注入渤海，流域面积11481km2。大伙房水库为浑河流域唯一的大型水库，水库于1954年开工兴建，1957年拦洪，1958年8月竣工。工程运行至今，共经历了1974年、1978年、2002年三次加固改建设计，并于2005年汛前完成了大伙房水库除险加固。大伙房水库总库容22.68亿m3，工程规模为大(1)型，水库正常蓄水位131.5m，防洪限制水位126.4m，死水位108.0m。

2 研究方法

IHA模型从流量(水位)变幅、时间、频率、持续期和变动率等方面评价河流水文状态改变，并采用变动范围法(Range of Variability Approach，RVA)来分析河流水文因子的变化。按照水文情态的某种特征(比如流量、出现历时、频率及变化率等)，IHA指标体系分为5组：第1组为月均流量指标；第2组为年均极值指标；第3组为年极值出现时间指标；第4组为高低流量频率与历时指标；第5组为流量变化率与频率指标。

RVA方法认为如果水库建成后水文数据的IHA指标值落到RVA阈值内的频率与水库建成前的频率保持一致，则表明水库运行对河流的影响轻微，河流仍然保有自然的流量变化特征；但若受影响的流量数据统计值落于RVA阈值内的频率远大于或远小于水库建设前的频率，则表示水库运行已经改变了原有河流的流量变化特征，此改变可能对河流水域生态系统产生严重的负面影响。水文改变度大小定义如下：

(1)

式中，Di—第i个IHA的水文改变度；Yi—第i个IHA在建库后仍落于RVA阈值内的年数；Yf—水库建设后IHA预期落于RVA阈值内的年数，以γ×YT来计算，γ为水库建设前的IHA落于RVA阈值内的比例，YT—水库建设后受影响流量数据的总年数。定义若Di值介于0～33%间属于无或低度改变，33%～67%属于中度改变，67%～100%属于高度改变。由此量化的数值判断水文情势受水库建设与运行影响的程度。

3 结果分析

选取大伙房水库下游抚顺站为代表站，利用1935—2015年实测日径流资料，选取大伙房水库建设为水文系列划分节点，水库于1954年开工兴建，1957年拦洪，1958年8月竣工，1935—1956年数据为建库前数据，1959—2015年数据为建库后数据。

根据IHA第1组指标评价人类活动对浑河径流过程的影响，建库前后月平均流量过程见表1。年内径流过程均化趋势明显，5月份由于下游水田泡田插秧供水，断面流量增加明显，汛期7、8月份由于水库的调蓄，同期流量较建库前有所减少。从9月份开始由于水库蓄水，下泄流量明显低于天然状态。

建库前后年均极值指标改变见表2，由于水库调蓄，下游年均最小1d、3d、7d、30d流量均有所增加，年均最小90d流量有所减少，1960年曾出现连续4个月(1—4月)流量为0的极端情况；年均最大1d、3d、7d、30d、90d流量均有所减少；建库前实测资料中未出现流量为0的情况，建库后1959—1961年间由于水库初期蓄水运行，共出现142天流量为0的情况；由于建库后河道径流量整体减少，基流指数较建库前有所增加。

建库前后年极值出现时间指标改变见表3，由于水库调蓄，年最小、最大流量出现时间均提前。由于水库下游农业供水，若该年没有大的洪水，年最大流量出现时间普遍提前到5月份。

建库前后高低流量发生次数与历时指标改变见表4。将建库前实测日流量资料由大到小排序，分别选取25%和75%的流量作为高低脉冲流量的阈值，分别为8.27m3/s、227.7m3/s。由于水库调蓄，年低流量脉冲次数增加，持续时间减少，高流量脉冲次数减少，持续时间略有增加。

建库前后流量变化率与逆转次数指标改变见表5。建库后流量增加率和减少率都有所减少，每年流量逆转次数增加。

4 结语

(1)浑河抚顺站33个IHA指标中有7个为高度改变，整体水文特征改变为高度改变。大伙房水库的运行对浑河径流产生了很大的影响。

(2)从大伙房水库的季节性的泄水方式角度来看，枯水期水库会相应的增加泄水量，以满足下游河道灌溉等社会经济发展的用水需求；而在丰水期水库会减少泄水量，以保证下游居民的生命安全。水库运行使得河流出现了相互独立的流态，削弱了河流及其周边环境的联系，使得河流生物多样性和生物生产能力下降，影响了河流复合生态系统自然功能的发挥。