白石水库坝下生态用水调度分析研究

赵丽丽

(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)

1 基本情况

白石水库是大凌河下游大(1)型水库，水库任务主要以供水为主，兼顾防洪、灌溉、发电及养鱼。水库工程等别为Ⅰ等，主要水工建筑物级别为1级。枢纽主要建筑物设计洪水标准为500a一遇，校核洪水标准为5000a一遇。水库设计洪水位132.27m，相应原始库容14.77亿m3，校核洪水位133.88m，相应原始库容16.45亿m3；正常高水位127.00m，防洪限制水位125.60m，死水位108.00m。

水库大坝为部分采用RCD工法的碾压混凝土重力坝。枢纽布置包括挡水坝段、溢流坝段、底孔坝段、取水坝段、电站坝段。溢洪道堰顶高程115m，最大泄流量20613m3/s；冲沙闸最大泄流量6013m3/s。

2 建库前后水文情势变化分析

水库工程于1996年开工，1999年汛后落闸蓄水，2000年汛后竣工。1956—1998年数据为建库前数据，1999—2012年数据为建库后数据。

水库建成后，受水库调节影响下游河道内的各月径流过程更加均匀。从表1中可以看出，有水库后考虑大凌河河口水田和苇田的插秧机芽前期用水，5月河道内平均流量较无水库时明显增加；而汛期因水库滞洪调蓄的影响，河道内径流量减少显著；汛后水库开始蓄水，河道内径流量较无水库时有所降低。建库前后各月月平均流量见表1，如图1所示。

表1 白石水库下游河道月平均流量指标改变统计表 单位：m3/s

图1 白石水库建库前后义县站月平均流量过程

3 河道内生态需水量分析

河流内生态需水量计算，需综合河流的生态环境功能、生态环境状况、水资源禀赋条件及开发利用程度等因素，合理确定生态环境保护目标，并选择合适的计算方法。将生态需水分为2级：基本生态需水和适宜生态需水，详见表2。

3.1 基本生态需水

河道内基本生态需水是维持河流基本形态、生态基本栖息地和基本自净能力等需要保留的最小河道内流量。结合北方河流冬季结冰的特点，将基本生态需水划分为冰冻期和非冰冻期，并依据白石水库断面最新的生态批复水量，确定水库断面基本生态需水在冰冻期为0，非冰冻期采用《LXB供水工程环境影响报告书》中批复值，即年平均需水量12520万m3。

3.2 适宜生态需水

适宜生态需水是指维持河流输沙、水生生物、防潮压咸、航运等功能而需要保留的河流内的需水量及过程。考虑到大凌河河道实际需水情况，为适应水生生物的繁衍，确定5—9月生态需水流量按照多年平均径流量的30%考虑；冰冻期11—次年2月不考虑生态需水，其余非冰冻期月份的河道内需水按照多年平均径流量的10%考虑。

表2 生态需水量表

4 生态用水调度方案研究

4.1 边界条件选定

4.1.1水库调度水位选取

将水库兴利库容平均分为4份，从死水位到正常蓄水位涉及的相应水位分别为：112.44、115.64、117.96m。将上述水位作为水库调度运用模拟的起调水位。

表3 起调水位及库容情况表

4.1.2典型来水频率选取

根据1956—2007年(共52a)系列的水库入库水量数据，筛选了来水频率25%、50%和75% 3个典型水量过程，其中来水频率25%时入库水量122034万m3，来水频率50%时入库水量60233万m3，来水频率75%时入库水量34856万m3。具体入库水量过程如图2所示。

图2 水库不同来水频率入库水量过程

4.1.3水库供水任务

根据水库初步设计及现状实际调查情况，水库2017年直供阜新市2920万m3、北票市1825万m3、义县1410万m3，考虑到省重点输水工程向各市县供水的配套工程在2020年前未必能够建设完成，因此确定2018—2020年水库城市生活与工业供水对象仍为阜新市、北票市和义县，供水总量为3者2017年供水量之和6155万m3。

白石水库补水任务有3项，多年平均总补水量21386万m3:①向库下大—复—锦区间补水，多年平均补水量1393万m3；②给径流负值补水，多年平均补水量2595万m3；③向凌海—河口区间补水，多年平均补水量17398万m3。

4.2 调度方案分析

经过对水库典型来水频率生态供水方案计算，水库年末库容出现了2种可能性：一种是来水频率25%条件下的入库水量较多，水库年末仍存蓄较大水量，仍有较大供水库容；另一种是来水频率50%和75%，水库年末库容已经接近死库容，需通过外调水补充不足的库容，达到一个目标蓄水库容。因此，白石水库2018年起调库容共3个，分别为19300万、28502万、37704万m3；考虑到2019和2020年水库供水任务未发生变化，根据2018年的水库年末库容情况，确定2019、2020年水库起调库容有2个，分别为28671万、33601万m3。

从表4—5中的数据对比分析可以看出，来水频率50%和75%年份水库仅依靠本流域和自身调节向河道内生态补水均无法满足河道内的基本和适宜生态需水要求，均需要依靠外调水量进行优化配置，特别是在水库低水位枯水情况下生态缺水极为严重。

表4 基本生态需水调度方案表 单位：万m3

表5 适宜生态需水调度方案表 单位：万m3

从表6可以看出，年初水库水位较高且预测年度来水量偏丰时，可考虑适宜生态流量调度方案，减少水库弃水，有效改善河道内环境。例如计算方案中年初库容37704万m3对应的属于来水25%的年份，此时适宜生态流量调度供水0.54亿m3、基本生态流量调度供水0.54亿m3，前者较后者可增供水量0.27万m3。

根据大凌河北方河流的特点，在结冰期水库不考虑向下游河道补水；考虑水库下游农业及湿地需水要求，水库可根据不同作物的灌溉制度加大放流，而河道内生态需求可结合水库放流过程，河道内生态不满足时在利用水库单独进行补偿。从生态补水过程可以看出，水库单独补偿生态过程主要集中在5—9月，其余时段的补水过程均较少。

5 结论

通过对白石水库的生态调度研究分析，经分析论证后结论如下：水库建设前后对下游水文情势影响较大；增加生态供水任务使水库原供水任务发生改变，需协调、调度好现有用水户和生态供水之间的用量，必要时可通过外调水解决。

表6 生态需水生态补水过程 单位：万m3