葠窝水库运行后对太子河流水文情势变化特征研究

王海刚

(辽宁省辽阳水文局，辽宁 辽阳 111000)

0 引 言

太子河贯穿辽宁省中部，主要流经本溪、鞍山、营口、辽阳、抚顺等城市，流域内经济发展迅速，景观变化剧烈。太子河有南、北二源，两源于本溪县南店子镇汇合成干流，河流全长412.9km，年径流量33.3亿m3，总面积13883km2。太子河葠窝水库上游段植被良好，地势陡峭，森林覆盖率较高，该段占全流域60%；葠窝水库至辽阳段地势较缓，植被覆盖率低，人口密集，地貌以低山丘陵为主，水土流失问题突出；辽阳以下段以平原为主，河流断面浅，坡度较缓，河流弯曲，河道泄洪能力低极易造成洪涝灾害。

葠窝水库的建成运行太子河中下游的河湖关系及其水文情势。研究表明，5-6月初(汛前)葠窝水库预泄使得太子河水位抬高，并潜在影响了防洪形势；9-10月(汛末)葠窝水库蓄水使得太子河水位降低，从而导致抗旱能力的减弱、枯水期提前，在一定程度上影响了湿地、河湖生态环境；在其它月份，太子河水文情势受葠窝水库运行的影响相对较小。然而，河流水文情势应包括[1-3]。因此，结合太子河水文太子河水文情势在葠窝水库运行前后的变化特征，可为流域生态环境保护及太子河水资源可持续利用提供决策依据。

1 太子河水位资料

以太子河辽阳站为代表站，收集整理1959-2018年辽阳站逐日平均水位资料，并参考IHA法中的流量指标构建反映太子河水文情势的水位指标，如表1所示。

表1 河流水位指标

表1 河流水位指标

本研究按水文年统计1959-2018年辽阳站逐日平均水位资料及其历年的水文指标，5月太子河流域逐渐进入汛期，清河、细河、卧龙河、小汤河、五道河来水增加，干流水位持续上涨；8月以上支流来水量开始下降，而该时段正处于主汛期的浑河流域出现河水倒灌、高水位“顶托”现象，从而使得太子河维持高水位；10月浑河干流水位、流量开始减小，太子河出流加快水位不断减小，并开始进入枯水期。考虑到波动变化的太子河水位特征，水文年为5月至次年4月。

设分界点为1973年葠窝水库建成运行时间，对太子河水文情势在水库建成前后的变化特征进行对比分析。采用95%的置信度水平和t检验法，对水位指标的变化显著性进行判定，通过对比百分比绝对值反映各指标变化的剧烈程度。

2 水文情势变化

葠窝水库建成运行前、后太子河的水文情势变化特征，如表2所示。从表2可以看出：①太子河流域各月平均水位均呈现出不同幅度的减少，通过显著检验的月份有11月至次年3、5、8月；太子河年平均水位也表现出显著降低的变化特征，1973-2018年的多年平均水位12.41m较1959-1972年的13.76m减少了1.35m。近20a太子河径流量的减少在很大程度上取决于流域降水量的减小，这也是引起太子河年平均水位降低的关键。为腾空防洪库容，葠窝水库加大了预泄期下泄流量并使得浑河流域对太子河水位的"顶托"现象明显增强。原则上，在维持其他条件不变的情况下应该抬高太子河6、7月的平均水位，但实际水位却有所下降，表明降水变化可能也是影响6、7月平均水位降低的重要因素。11月太子河水位显著降低，这主要与葠窝水库的建成运行有关。太子河中下游水位受葠窝水库蓄水作用而下降，从而使得浑河干流与太子河径流速度的加快、水力坡度的加大，这不仅降低了浑河下游水量减少受三峡水库蓄水的不利影响，而且减少了太子河蓄水量，并进一步降低了太子河解决枯水期问题的能力。②太子河低脉冲历时延长且发生次数显著增加、不同历时极端低水位显著降低，反映出太子河枯水问题与流域本身枯期降水减少、蓄水量减少、汛末水位过快降低有关；太子河的高脉冲历时及不同历时极端高水位显著降低，这可能与太子河流域、浑河流域联合防洪调控有关；太子河最低1d水位发生时间有所提前且极端水文事件发生时间变化并不显著，涨落水交替次数、涨水率、落水率等反映太子河水文条件变化情况的指标均未出现显著的变化[4]。③统计时段取11月，对落水变化特征做进一步深入分析；1959-1972、1973-2018年11月的多年平均落水率为0.11m/d和0.15m/d，并且t检验结果显著，表明太子河11月水流速度加快，水位下降速度较快。

表2 太子河水文情势变化

续表2 太子河水文情势变化

图1反映了变化百分比绝对值的排序特征。从图1可以看出，低脉冲历时、低脉冲发生次数和高脉冲历时最大的是高脉冲历时水文指标，绝对值达到70%，其它指标均不超过15%。研究表明，除高脉冲历时排序靠前的其它水位指标均可反映枯水期水文情势，可见太子河枯水期水文情势受葠窝水库建成运行的影响程度相对较大。根据低脉冲发生次数及历时、最低1d水位发生时间、不同历时极端最低水位、枯期月平均水位等指标反映的太子河枯水期水文情势变化，可以将太子河枯水问题归结为枯水位降低、枯水历时延长、枯水期提前三大类。太子河枯水问题在很大程度上影响了河道航运、生产供水、周边居民生活以及社会经济的可持续发展，同时给生态环境带来较大的不利影响。例如，水量减少、水位降低可引起水质变差或河道自净功能退化的问题，从而降低太子河枯期水环境和水资源承载力；此外，水量减少可在一定程度上影响鱼类的安全越冬，使得各类水生物种的活动空间缩小。

图1 太子河水位指标变化百分比绝对值

太子河水文情势变化是取用水、葠窝水库、气候变化等各类因素综合作用的结果，未来仍需进一步深入研究水文情势变化的生态环境效应、不同影响因素对水文指标变化的贡献率、生态环境保护措施等。

3 结 论

在流域内人类活动、降水变化、葠窝水库等各类因素的综合作用下，相对于1959-1972年，1973-2018年太子河水文情势发生明显的变化，其中表现出明显的降低趋势，11月落实率呈现出明显增大的变化特征，总体上枯水期变化百分比绝对值偏高。表明，枯水期太子河具有较为显著的水文情势变化特征，为有效解决太子河枯水问题应加快水库群调度模式的优化研究。