陜西鎮(zhèn)安云鎮(zhèn)水庫工程生態(tài)基流量確定方法淺析

高宏周

(陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院，陜西西安710001)

河道內(nèi)生態(tài)基流量的計算方法現(xiàn)有的規(guī)劃設(shè)計編制規(guī)程、規(guī)范以及各導則中均有不同的計算方法，不同的方法計算的生態(tài)基流量結(jié)果差別很大。目前在水利水電工程規(guī)劃設(shè)計中，首先要考慮工程下游河道內(nèi)的生態(tài)環(huán)境用水問題，生態(tài)基流量是河流生態(tài)環(huán)境用水的最低限，以維持河道不因修建工程而出現(xiàn)河流斷流，生態(tài)惡化等問題。在水庫工程規(guī)模論證時，要把生態(tài)基流量當做水庫工程第一用水戶，首先予以滿足，其次是滿足城鎮(zhèn)供水、灌溉等任務(wù)。因此，在具體的水利水電工程項目規(guī)劃設(shè)計中，生態(tài)基流量的取值與水庫工程規(guī)模關(guān)系緊密，直接影響水庫工程規(guī)模的大小，特別是對于位于陜西省鎮(zhèn)安縣縣河上的庫盆條件較差的，屬于典型的“V”字型河谷的，河道比降較大，山區(qū)河流“小庫高壩”的云鎮(zhèn)水庫樞紐工程，生態(tài)基流影響程度更為明顯。故對于類似云鎮(zhèn)水庫這樣的水利工程規(guī)劃設(shè)計時，在滿足工程任務(wù)以及下游河道生態(tài)需水量要求，分析不同生態(tài)基流量對工程規(guī)模的影響程度，合理確定生態(tài)基流量，非常必要。

1 生態(tài)基流量及確定方法

1.1 生態(tài)基流量

在20世紀40年代，當時美國隨著水庫的建設(shè)和水資源開發(fā)利用程度的提高，美國的資源管理部門開始注意和關(guān)系漁場的減少問題，美國漁業(yè)和野生動物保護協(xié)會對河道內(nèi)流量與魚類生長繁殖、產(chǎn)量進行了許多研究，提出了河流最小生態(tài)(或環(huán)境)流量，即生態(tài)基流量的概念。

2004年水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院制定的《水資源可利用量估算辦法》(試行)中，河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量主要包括:(1)維持河道基本功能的需水量(包括防止河流斷流，保持水體一定的自凈能力，河道沖沙輸沙以及維持河湖水生生物的流量等);(2)通河湖泊濕地需水量(包括湖泊、沼澤地需水);(3)河口生態(tài)環(huán)境需水量(包括沖淤保港、防潮壓咸及河口生物需水等)。生態(tài)基流量也就是河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量包括的第一個層面，其定義為:維持河床基本形態(tài)，保障河道輸水能力，防止河道斷流、保持水體一定的自凈能力的最小流量，是維持河流的最基本環(huán)境功能不受破壞，必須在河道中常年流動的最小水量臨界值。

1.2 生態(tài)基流量的計算方法

按照生態(tài)基流量的定義包含的功能，目前較難定量確定，對于重要水生物資源的河流，最小生態(tài)基流量應(yīng)根據(jù)維持保護對象所必須的生存條件如一定的水深、流速或者淺談等需要的水量確定;對于一般河流，不涉及珍稀水生物的，可采取年平均流量的百分比確定，如法國規(guī)定河流的生態(tài)基流量不應(yīng)小于多年平均流量的1/10等。目前河流生態(tài)基流量的計算基本還是以傳統(tǒng)的水文學估算法，如保證率90%的年最小月平均流量法、多年平均流量百分比法、Tennant法、典型年最小月法等。此類方法在水利工程規(guī)劃設(shè)計工作中得到普遍應(yīng)用。

1)《水資源可利用量估算辦法》(試行)，通常按以下三種方法估算。a)以多年平均徑流量的百分數(shù)(北方地區(qū)一般取10%～20%，南方地區(qū)一般取20% ～30%)作為河流最小生態(tài)環(huán)境需水量;b)根據(jù)近10年最小月平均流量或90%保證率最小月平均流量，計算多年平均最小生態(tài)需水量;c)選擇滿足河道基本功能、未斷流，又未出現(xiàn)較大生態(tài)環(huán)境問題的某一年作為典型年，將典型年最小月平均流量或月徑流量，作為滿足年生態(tài)環(huán)境需水的平均流量或月平均的徑流量;

2)《水資源供需預測分析技術(shù)規(guī)范》(SL429-2008)5.8.2條文說明“生態(tài)基流一般在河道控制節(jié)點的天然徑流系列中，統(tǒng)計90%頻率最小月平均流量，進行估算”［3］;

3)《水利水電建設(shè)項目水資源論證導則》(SL525-2011)6.2.3條文說明“對于河道生態(tài)流量的確定，原則上按多年平均流量的10% ～20% 確定”［4］;4)Tennant法認為，平均流量的10%是許多水生生物生存的下限;5)2005年國家環(huán)?？偩纸M織的“水電水利建設(shè)項目水環(huán)境與水生態(tài)保護技術(shù)政策研討會會議紀要”中要求“維持水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定所需最小水量一般不應(yīng)小于河道控制斷面多年平均流量的10%”。

2 生態(tài)基流對云鎮(zhèn)水庫規(guī)模影響程度分析

2.1 生態(tài)基流量的計算

陜西云鎮(zhèn)水庫位于鎮(zhèn)安縣境內(nèi)乾右河支流縣河上游的云蓋寺鎮(zhèn)，為Ⅳ等小(1)型水庫工程，主要任務(wù)是城鎮(zhèn)供水和煙田灌溉，壩址以上控制流域面積74.4 km2。經(jīng)水文分析計算，水庫壩址斷面處1959-2011年共53年系列，多年平均天然徑流量為2 621萬 m3。

根據(jù)壩址處天然徑流過程和上述生態(tài)基流的計算方法，按照多年平均徑流量的百分數(shù)、近10年最小月平均流量和90%保證率最小月平均流量三種方法，計算的生態(tài)基流量成果見表1。

表1 云鎮(zhèn)水庫壩址天然徑流量計算生態(tài)基流成果表

《全國水資源綜合規(guī)劃技術(shù)細則》需水預測部分，對上述方法計算的生態(tài)基流推薦取最小值。但目前普遍認為生態(tài)基流量占多年平均徑流量的10%是最低閾值，顯然云鎮(zhèn)水庫生態(tài)基流量計算成果中，90%保證率最小月平均流量法和近10年最小月平均流量法計算結(jié)果是小于10%的，因此，云鎮(zhèn)水庫的生態(tài)基流量按多年平均流量百分比確定?？紤]到云鎮(zhèn)水庫位于乾右河支流的縣河上，屬陜西省長江流域，但壩址處控制流域面積較小，且多年平均徑流量不大等水文特點，生態(tài)基流量按北方河流的10% ～20%之間取值。

2.2 生態(tài)基流量對工程規(guī)模的影響程度

在論證工程規(guī)模時，傳統(tǒng)的做法是在天然徑流來水系列中直接扣除生態(tài)基流量，再進行水庫調(diào)節(jié)計算。當前許多水利工程專家認為，在徑流調(diào)節(jié)計算時，應(yīng)該將生態(tài)基流量作為水庫工程的第一用水戶，百分之百保證，即在徑流調(diào)節(jié)時段，當天然來水量小于計算確定的生態(tài)基流量時，應(yīng)由水庫的調(diào)節(jié)庫容向下游河道補水，滿足河道生態(tài)基流量的要求。這樣考慮的結(jié)果是:生態(tài)基流量要占用一定的調(diào)節(jié)庫容，將增大了水庫的工程規(guī)模，因此，生態(tài)基流量就成為了決定工程規(guī)模的影響因素之一。那么云鎮(zhèn)水庫生態(tài)基流量按照北方河流10%～20%考慮，百分比取多少比較合適?不同百分比對工程規(guī)模的影響程度有多大呢?為了說明云鎮(zhèn)水庫生態(tài)基流量的大小對工程規(guī)模的影響程度，假定不同生態(tài)基流量下水庫的死水位、供水保證率、灌溉保證率以及水庫的泥沙淤積形態(tài)等邊界條件均相同，擬定生態(tài)基流量為多年平均徑流量的10%、15%和20%時，在滿足城鎮(zhèn)供水和煙田灌溉任務(wù)前提下，經(jīng)調(diào)節(jié)計算，確定不同生態(tài)流量下的水庫調(diào)節(jié)庫容及正常蓄水位。不同生態(tài)基流量徑流調(diào)節(jié)計算成果見表2。

表2 不同生態(tài)基流量徑流調(diào)節(jié)成果表

從計算結(jié)果看，隨著生態(tài)基流量的增大，調(diào)節(jié)庫容和正常蓄水位是隨之增大和升高的。以生態(tài)基流量10%(占多年平均天然徑流量)為基準，當生態(tài)基流量為15%時，調(diào)節(jié)庫容867萬m3，正常蓄水位905.9 m，庫容增加了120萬m3，水位上升了2.9 m，單位生態(tài)基流量使得正常蓄水位上升了69.0 m;生態(tài)基流量從15%增到20%時(增加生態(tài)基流量0.042 m3/s)，調(diào)節(jié)庫容增加了189萬m3，正常蓄水位上升了3.9 m，單位流量使水位升高了92.9 m，由此可以推斷，生態(tài)基流量每增加5%，增加的調(diào)節(jié)庫容和正常蓄水位升高呈增加趨勢。

經(jīng)上述對比分析，生態(tài)基流量對云鎮(zhèn)水庫工程規(guī)模的影響幅度很大，這也基本符合水庫地處秦嶺南麓的中低山區(qū)，河道為“Ⅴ”型，壩址以上河道比降54.0‰，小庫高壩等山區(qū)水庫工程的特點，即對于地處山區(qū)的水庫工程，生態(tài)基流量與工程規(guī)模大小影響較大，成為決定工程規(guī)模的主要因素之一。

2.3 生態(tài)基流量的確定

生態(tài)基流量，在對工程規(guī)模的影響程度分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)結(jié)合各生態(tài)流量對應(yīng)的工程規(guī)模經(jīng)濟指標等對比分析確定。各工程規(guī)模下的主要指經(jīng)濟標見表3。

表3 不同生態(tài)基流量工程規(guī)模主要經(jīng)濟指標

由上表看，生態(tài)基流量差5%(0.042 m3/s)，工程靜態(tài)總投資差值很大，并呈增大趨勢，與生態(tài)基流量對工程規(guī)模的影響程度分析結(jié)論一致。根據(jù)經(jīng)濟評價指標，顯然生態(tài)基流量10%對應(yīng)的規(guī)模時較優(yōu)的;另外，根據(jù)《陜西省商洛市鎮(zhèn)安縣縣河云鎮(zhèn)水庫工程環(huán)境影響報告書》，經(jīng)現(xiàn)狀調(diào)查，縣河流域無珍稀瀕危水生生物，不用考慮生水生物生存條件對生態(tài)流量的要求。因此，從不同生態(tài)流量下工程規(guī)模經(jīng)濟比較 分析看，生態(tài)基流量占天然徑流量的10%是合適的，既能夠保持工程規(guī)模在一定的合理范圍內(nèi)，滿足工程任務(wù)要求，也能維持河道基本功能，不斷流，保持一定自凈能力要求。

3 結(jié)語

水庫工程生態(tài)基流量的確定，要協(xié)調(diào)壩址斷面以下河段的生活、生產(chǎn)和河道生態(tài)用水等。就云鎮(zhèn)水庫工程而言，不考慮下游生活、生產(chǎn)用水需求(云鎮(zhèn)水庫承擔)和無珍稀水生生物用水要求，僅需滿足河道基本功能的需水。在傳統(tǒng)生態(tài)基流量計算方法的基礎(chǔ)上，通過生態(tài)基流對工程規(guī)模的影響程度分析，綜合確定。對于山區(qū)河流河道比降大、庫盆條件差，屬典型的小庫高壩的水庫工程，研究生態(tài)基流量對工程規(guī)模影響的程度，從而確定生態(tài)基流量具有重要意義。

［1］陜西省商洛市鎮(zhèn)安縣縣河云鎮(zhèn)水庫工程可行性研究報告，陜西省水電設(shè)計院.2014年5月.

［2］陜西省商洛市鎮(zhèn)安縣縣河云鎮(zhèn)水庫工程環(huán)境影響報告書，陜西省水電設(shè)計院.2014年8月.

［3］水資源供需預測分析技術(shù)規(guī)范(SL429-2008)，北京:中國水利水電出版社.2008年.

［4］建設(shè)項目水資源論證導則(SL322-2013)，北京:中國水利水電出版社.2014年.

［5］建設(shè)項目水資源論證培訓教材，北京:中國水利水電出版社.2013年.