小凌河乌金塘水库生态调度方案研究

(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)

辽宁省是我国北方缺水省份之一，人均水资源占有量仅为全国平均值的1/3，属资源性缺水地区。水资源时空分布不均，现状水资源开发利用极不均衡，水生态环境问题突出。目前，国内水库生态用水调度处于起步阶段，多数成果仅限于宏观定性方面的论述，在具体的微观定量方面还缺乏实质性的工作。国内主要有分析生态流量泄放的现状及存在的主要问题探讨[1]，构建可量化三级生态效应的评价指标体系[2]，淮河流域生态调度方案[3]，多目标优化调度模型[4]，观音阁到蔘窝水库区间水库群联合调度模型[5]，大伙房水库引水、供水联合调度模型[6]等。本文主要明确乌金塘水库控制断面的生态目标和生态用水需求，提出断面生态水量，模拟计算乌金塘水库的调度运行方式，提出能够维持河流基本生态用水需求、重点保障枯水期生态基流的调度方案。

1 流域及水库概况

小凌河是辽宁省西部较大河流之一，发源于朝阳县西南，自西北向东南流经朝阳、连山、凌海、锦州等市、县(区)，于凌海市娘娘宫乡南注入辽东湾，干流河长206km，流域面积5153km2。女儿河是小凌河下游的一大支流，在锦州市南汇入小凌河。女儿河河长134km，流域面积1490km2，在其中游建有乌金塘水库(大型)和虹螺山水库(中型)。

乌金塘水库是小凌河支流女儿河上的大型水库，地处葫芦岛市东北部黄土坎乡，坝址以上控制流域面积925km2，占小凌河流域面积的18%，坝址以上多年平均径流量1.35亿m3。水库是以防洪、城市供水为主，兼顾发电、灌溉、养鱼等综合利用的水库，特征指标见表1。

表1 乌金塘水库特征指标

2 流域水文情势变化

女儿河中游的乌金塘站多年平均天然年径流量1.35亿m3，年径流深146mm，径流系数0.23。最大年径流量4.78亿m3(1969年)，最小年径流量0.21亿m3(1981年)，最大与最小年径流比值为22.76。由图1可以看出，因气象因素导致小凌河流域多年平均径流量整体上呈减少趋势，近几年减少趋势明显，1956—2012年间经历了2个大的枯水段，分别为1979—1993年和1998—2009年。

图1 乌金塘站径流差积曲线

乌金塘水库工程于1973年建成，1956—1972年数据为建库前数据，1973—2012年数据为建库后数据，各月平均流量见表2和图2。

表2 乌金塘水库下游河道月平均流量指标改变统计 单位：m3/s

图2 乌金塘水库建库前后乌金塘站月平均流量过程

由图2可以看出，乌金塘水库建库后水文情势[7]均有变化趋势，建库后年内径流变化趋势较不明显，汛期7—8月由于水库调蓄，同期流量较建库前有所减少，从9月开始由于水库蓄水，下泄流量低于天然状态。

3 河道外需水及水库生态供水可能性

女儿河流域现状国民经济各部门总用水量为8172万m3，由表3可以看出，该流域工业及农业用水比重较大，分别占流域总用水量的40.39%、32.49%，建筑业及生态用水占比较小，仅占流域总用水量的1.04%、0.05%。

乌金塘水库现状向葫芦岛市区供水2008万m3，水库正常年份供水规模9万m3/d，富余水量指标1277万m3，具有一定的生态供水潜力。

表3 女儿河流域国民经济用水情况 单位：万m3

4 生态需水量

综合河流生态环境功能、生态环境状况、水资源禀赋条件等因素，采用Tennant法确定乌金塘水库断面生态流量，将生态放流方案分为基本生态需水量方案和适宜生态需水量方案。

4.1 基本生态需水量

冰封期主要为1月、2月、11月和12月4个月份，采用生态基流。以断面长系列天然月平均流量为基础，选择90%保证率下的最枯月平均流量计算断面基本生态需水量。3—10月按多年平均径流量的10%计算[8]。基本生态需水量见表4。

表4 基本生态需水量 单位：万m3

4.2 适宜生态需水量

冰封期主要为1月、2月、11月和12月4个月份，采用90%保证率下的最枯月平均流量作为断面基本生态环境需水量最小值[9-10]。5—8月生态水量按多年平均径流量的20%计算。3月、4月、9月和10月4个月份，与基本生态需水量方案相同，按多年平均径流量10%计算。适宜生态需水量见表5，乌金塘水库坝址断面逐月平均生态水量过程见图3。

表5 适宜生态需水量 单位：万m3

5 生态用水调度方案

以乌金塘水库为节点，以水库下游区间对生态用水新的需求，结合水库近年来实际调度运行经验，模拟计算不同生态用水情景下的乌金塘水库调度运行方式，对不同运行方式的影响进行分析。图4为女儿河生态调度系统概化图。

图3 乌金塘水库坝址断面逐月平均生态水量过程

5.1 边界条件及计算成果

径流系列采用1956—2007年(共52年)系列，选取丰(P=25%)、平(P=50%)、枯(P=75%)三个典型年，乌金塘水库无大型引调水工程，水库根据蓄水量及下游用水需求，适当调整下游泄放水量。通过52年长系列兴利调节计算分析乌金塘水库在基本、适宜情况下泄放生态水量的方案，计算成果见表6。

图4 女儿河流域生态调度系统概化图

表6 基本、适宜生态需水调度方案成果 单位：万m3

5.2 生态用水调度结果分析

乌金塘水库原设计供水任务仅为向葫芦岛市区供水，并未考虑生态环境需水问题，目前，水库供水量尚未达到设计供水能力，仍有富余能力供给生态水量。水库无下游补水任务，因此，水库在基本生态需水和适宜生态需水情况下，下泄生态水量均为纯放生态水量。根据年初水库蓄水位及预测年度来水情况选择生态泄流方案，年初水库水位较高且预测年度来水量偏丰时，可考虑适宜生态需水方案，水位较低或来水预测偏枯时，选择基本生态需水方案。

目前受限于水库城市生活与工业输水管道过流能力及水库水质，水库城市生活与工业供水量较少。乌金塘水库有较大的生态供水能力，基本方案、适宜方案均能满足。

6 结 论

本文通过分析乌金塘水库所在流域建库前后水文情势，在判断乌金塘水库供水富余指标前提下，确定水库具有一定的生态供水潜力，并将生态放流方案分为基本生态需水方案及适宜生态需水方案，分别确定两种方案下乌金塘水库可以泄放的生态水量。主要结论如下：乌金塘水库建库后水文情势趋于均化，建库后年内径流变化趋势较不明显；乌金塘水库正常年份供水规模9万m3/d，富余水量指标1277万m3，仍有一定的生态供水潜力；乌金塘水库有较大的生态供水能力，基本方案、适宜方案均能满足，下泄生态水量均为纯放生态水量，年初水库水位较高且预测年度来水量偏丰时，可考虑适宜生态需水方案，水位较低或来水预测偏枯时选择基本生态需水方案。

水资源紧缺的河流，年内来水较多，水库应在优先满足现有用水户需求的前提下，在保障防洪安全情况下，尽可能增加河道生态供水量。生态调度的保护目标主要为改善河道水质，并结合下游水生物敏感期需水。未来应更加完善水库调度运行方式，配合更亲近自然的河道整治形式，为河道水生生物提供栖息地。