何興梅

（遼寧省石佛寺水庫(kù)管理局，遼寧沈陽(yáng)110003）

遼河石佛寺水庫(kù)生態(tài)水位線確定研究

何興梅

（遼寧省石佛寺水庫(kù)管理局，遼寧沈陽(yáng)110003）

遼河石佛寺水庫(kù)為北方蓄滯洪平原水庫(kù)，文中采用基于水庫(kù)面積、庫(kù)容的濕地生態(tài)水位確定技術(shù)，通過對(duì)石佛寺水庫(kù)的人工濕地建設(shè)，使水庫(kù)生態(tài)環(huán)境得到顯著地改善，為平原水庫(kù)生態(tài)治理提供了新的生機(jī)與活力，并取得了顯著地生態(tài)和社會(huì)效益，解決了平原水庫(kù)與生態(tài)環(huán)境間的問題。為遼寧省和北方其他同類地區(qū)平原水庫(kù)的生態(tài)治理提供借鑒和指導(dǎo)。

平原水庫(kù)；濕地；生態(tài)水位線；浸沒影響；石佛寺水庫(kù)

1　概況

石佛寺水庫(kù)為遼河下游干流上的大型平原滯洪水利樞紐工程，2005年10月一期工程完工。壩址位于沈陽(yáng)市新城子區(qū)黃家鄉(xiāng)和法庫(kù)縣依牛堡鄉(xiāng)，距沈陽(yáng)市區(qū)約47 km。流域面積219 631 km2（含閉流區(qū)），多年平均年徑流量42.1億m3。壩址以上流域面積164 786 km2，庫(kù)區(qū)淹沒范圍為50.41 km2，回水長(zhǎng)21.17 km。水庫(kù)總庫(kù)容1.85億m3，設(shè)計(jì)庫(kù)容1.60億m3，設(shè)計(jì)洪水位50.22 m。水庫(kù)多年平均年徑流量42.1億m3，設(shè)計(jì)水平年多年平均入庫(kù)水量22.761億m3，多年平均懸移質(zhì)輸沙量1 468.38萬t，多年平均懸移質(zhì)含沙量73.42萬t。壩型為均質(zhì)土壩，樞紐為二等工程，永久性建筑物為Ⅱ級(jí)。按100年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，300年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核，屬河道型平原水庫(kù)。水庫(kù)主副壩全長(zhǎng)42.6 km，泄洪閘16孔，總寬248.5 m。以發(fā)揮水庫(kù)主要蓄滯洪水功能為前提，為建設(shè)人工濕地，2005年首次研究提出了水庫(kù)生態(tài)蓄水位。

2　生態(tài)蓄水位確定原則

1）確保水庫(kù)防洪安全。石佛寺水庫(kù)原設(shè)計(jì)為蓄滯洪水庫(kù)，其基本功能為防洪運(yùn)用。生態(tài)水位的確定，應(yīng)該滿足水庫(kù)基本功能，在汛情發(fā)生時(shí)，能及時(shí)放空水庫(kù)，攔蓄洪水，確保水庫(kù)防洪安全。

2）形成一定是生態(tài)水面。生態(tài)水位的確定應(yīng)形成一定的生態(tài)水面，以達(dá)到生態(tài)治理的效果。生態(tài)試驗(yàn)水位46.20 m高程，水面面積達(dá)到16.13 km2，占水庫(kù)總淹沒面積的32%。

3）蓄水后續(xù)問題能夠有效解決。壩后浸沒問題可通過適當(dāng)?shù)墓こ檀胧┙鉀Q；蓄水后淹沒土體均在已征地范圍內(nèi)，對(duì)黃家水源不構(gòu)成影響，不影響橫穿庫(kù)區(qū)的明沈公路正常交通。

4）經(jīng)濟(jì)合理，生態(tài)工程土方基本平衡。合理考慮生態(tài)建設(shè)工程，生態(tài)島嶼高程、面積及分布，庫(kù)區(qū)內(nèi)生態(tài)水道開挖，消落帶回填等生態(tài)工程措施，結(jié)合庫(kù)區(qū)原地面高程，確保生態(tài)開挖工程和回填工程土方基本平衡，運(yùn)距最短。

5）充分考慮生態(tài)植物引植生長(zhǎng)需要。生態(tài)水位的確定，充分考慮后期生態(tài)植物引植需要，既要滿足不同生態(tài)植物的種植面積要求，又要考慮工程景觀及后續(xù)管理情況，對(duì)庫(kù)區(qū)內(nèi)原地面高程進(jìn)行細(xì)致研究，做到土方工程最少，適宜引植的生態(tài)植物面積最大，景觀效果最佳。

3　水位線確定技術(shù)

3.1生態(tài)水面景觀效果對(duì)比分析

石佛寺人工濕地的構(gòu)建考慮到形成一定的水面面積，達(dá)到形成區(qū)域小氣候，改善生態(tài)環(huán)境的目的。在明沈路以西的核心區(qū)域能夠形成較大的水面，便于生態(tài)管護(hù)，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境。整個(gè)生態(tài)治理面積，能夠合理劃分核心區(qū)、緩沖區(qū)及合理開發(fā)利用區(qū)。如表1所示，庫(kù)水位46.00 m，生態(tài)水面面積較小，達(dá)不到景觀效果；庫(kù)水位47.00 m，影響明沈公路交通，對(duì)上游未征用土地也會(huì)造成浸沒影響。較適宜的生態(tài)水位為46.20 m和46.50 m。

表1　生態(tài)水面對(duì)比分析表

3.2不同生態(tài)水位預(yù)泄時(shí)長(zhǎng)對(duì)比分析

為了確保水庫(kù)防洪安全，不同生態(tài)水位放空水庫(kù)蓄要的預(yù)泄時(shí)間見表2。

表2　不同生態(tài)水位預(yù)泄時(shí)長(zhǎng)對(duì)比分析表

按照水庫(kù)初設(shè)運(yùn)用，下游河道防洪安全的最大允許泄量5 500 m3/s，但在實(shí)際運(yùn)用中，充分考慮下游河道防洪安全，不影響下游工程施工及人員安全，非汛期正常運(yùn)用情況下預(yù)泄流量按不超過500 m3/s考慮。

石佛寺水庫(kù)上游唯一的水位控制站為鐵嶺站，因此水庫(kù)放空時(shí)長(zhǎng)按鐵嶺站洪峰流量進(jìn)行考慮，鐵嶺站洪峰至石佛寺水庫(kù)時(shí)長(zhǎng)為20～24 h，生態(tài)水位46.20 m和46.50 m較符合水庫(kù)放空時(shí)長(zhǎng)要求，確保防洪安全。

3.3不同生態(tài)蓄水位壩后浸沒影響研究

3.3.1庫(kù)區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

水庫(kù)庫(kù)岸除主壩、副壩以外，僅有珠爾山、南山、和團(tuán)山子3座孤丘，而且大部為巖質(zhì)岸邊，僅有少量庫(kù)邊與山麓坡洪積層接觸，因庫(kù)水水深較淺，同時(shí)高水位持續(xù)時(shí)間較短，不會(huì)形成較大的庫(kù)邊塌岸現(xiàn)象。庫(kù)內(nèi)淤積物來源，主要是豐水年汛期河道淤積的中粗砂和灘地淤積的粉細(xì)砂，在類似1994—1995年大水年汛期洪水淤積尤為明顯。

3.3.2觀測(cè)井水位與庫(kù)水位變化關(guān)系

為研究地下水位與庫(kù)水位升降變化規(guī)律，一期在庫(kù)周邊布設(shè)15個(gè)觀測(cè)井。根據(jù)地下水位與庫(kù)水位聯(lián)系的緊密程度，把右岸觀測(cè)區(qū)分為4個(gè)區(qū)域：

1）代家荒地。地下水隨庫(kù)水位升降有所波動(dòng)，因祝家堡～石家荒地過水?dāng)嗝孑^狹窄，變幅不是很大。

2）祝家堡～團(tuán)山路南低洼地帶。該區(qū)域水位升降與庫(kù)水位升降聯(lián)系緊密，幾乎與庫(kù)水位同升同降，為浸沒嚴(yán)重地區(qū)，尤其靠近大堤400 m內(nèi)浸沒嚴(yán)重，當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到46 m附近時(shí)，該區(qū)域局部地段已被淹沒。

3）祝家堡～團(tuán)山路北低洼地帶。地下水位與庫(kù)水位升降雖有一定聯(lián)系，但滯后，可能是因?yàn)榫嚯x庫(kù)區(qū)較遠(yuǎn)、含水層為細(xì)砂層緣故。

4）拉馬河地帶。地下水位與庫(kù)水位升降相關(guān)性不強(qiáng)，基本無聯(lián)系。左岸地下水也是隨著庫(kù)水位的起落而起落，當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到46 m附近時(shí)，主壩段水位距地表為1.0 m左右。

3.3.3水庫(kù)滲漏量計(jì)算

該地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要反映為上細(xì)下粗的沉積規(guī)律。表層粘性土透水性微弱，呈不等厚分布，下部透水巖組為中細(xì)砂、粗砂、礫砂和圓礫等。據(jù)室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)成果，表層粘性土的滲透系數(shù)（K1）值較比下部透水層滲透系數(shù)（K2）值相差2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，按雙層結(jié)構(gòu)有關(guān)公式計(jì)算，在蓄水位46.5 m作用下，在壩下相當(dāng)2009年11月23日天然地下水位條件下，其壩基滲漏量計(jì)算成果見表3。

表3　石佛寺水庫(kù)蓄水水位（46.5 m）作用下水庫(kù)壩下滲漏量統(tǒng)計(jì)表

從計(jì)算可以看出，壩基滲漏量較大。滲漏量主要取決正常水位的天數(shù)而定。庫(kù)水位持續(xù)時(shí)間將決定全年滲漏總量。

3.3.4水庫(kù)周邊地下水水位壅高計(jì)算

該地區(qū)地質(zhì)沉積的特征是上細(xì)下粗的雙層結(jié)構(gòu)，即表層粘性土，下部強(qiáng)透水層。計(jì)算斷面基本垂直于庫(kù)岸，假定為平行地下水流方向。采用計(jì)算區(qū)水文地質(zhì)邊界條件概化后公式，經(jīng)計(jì)算，各段面壅高后地下水位最高為47.26 m，最低為43.86 m，均值為44.34 m。

3.4水庫(kù)周邊地區(qū)地下水浸沒分析與計(jì)算

在GB50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》附錄D浸沒評(píng)價(jià)中，有關(guān)浸沒地下水臨界埋深按下式計(jì)算：

Hcr=Hk+△H

式中：Hcr——浸沒臨界地下水位埋深，m；Hk——地下水位以上土壤毛管水上升帶的高度，m，為了更準(zhǔn)確地確定地下水位以上毛管水上升帶的高度，采用注水法、含水量法等綜合實(shí)測(cè)及試驗(yàn)結(jié)果，基本確定在庫(kù)水位達(dá)到46.5 m時(shí)，毛管水上升高度1.5 m，庫(kù)水位穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)短直接影響毛管水的上升高度，如果正常高庫(kù)水位（46.5 m）穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)，毛管水的上升高度會(huì)大于上述建議值；△H——安全超高值，m，對(duì)農(nóng)業(yè)區(qū)該值即根系層的厚度，通過調(diào)查水庫(kù)周邊農(nóng)田區(qū)主要農(nóng)作物為玉米和水稻，根據(jù)探坑觀察，農(nóng)作物根系層厚度為0.35～0.5 m，參考有關(guān)資料，農(nóng)田區(qū)根系層厚度按0.5 m計(jì)。

經(jīng)計(jì)算，Hcr為2.0 m。

3.5地下水浸沒范圍及影響程度的確定與評(píng)價(jià)

對(duì)比臨界地下水位埋深與正常庫(kù)水位條件下壅高后各點(diǎn)的地下水位埋深，如果壅高后地下水位埋深小于臨界地下水位埋深，則該地區(qū)為浸沒區(qū)，據(jù)此確定浸沒范圍。同時(shí)按地下水位埋深與毛管水的上升帶的高度關(guān)系及相應(yīng)的危害程度，將浸沒范圍分為一般浸沒影響區(qū)和嚴(yán)重浸沒影響區(qū)。對(duì)于農(nóng)田區(qū)地下水位埋深小于毛管水上升高度的浸沒區(qū)為嚴(yán)重浸沒影響區(qū)（即地下水位埋深小于1.5 m的浸沒區(qū)），其它地區(qū)為一般浸沒影響區(qū)。水庫(kù)蓄水以后對(duì)周邊地區(qū)存在嚴(yán)重的浸沒影響，當(dāng)庫(kù)水位為46.5 m時(shí)，右岸陳平堡至祝家堡為浸沒影響嚴(yán)重地帶，拉馬河附近基本沒有影響，左岸浸沒影響也較為嚴(yán)重。

3.5.1蓄水水位46.2 m，壩后浸沒影響情況分析

石佛寺水庫(kù)原設(shè)計(jì)為滯洪水庫(kù)，水庫(kù)大壩基礎(chǔ)下為遼河平原，以粉細(xì)沙為主，深度達(dá)60～70 m，生態(tài)蓄水位46.2 m，因壩基繞滲，造成壩外部分土地受到浸沒影響。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研統(tǒng)計(jì)，壩外浸沒土地173.87 hm2，其中左岸50.8 hm2、右岸123.07 hm2。3.5.2蓄水水位46.5 m，壩后浸沒影響情況分析

蓄水水位提高到46.5 m，依據(jù)滲流量及水位雍高計(jì)算結(jié)果，考慮汛期降雨影響，法庫(kù)縣依牛堡鄉(xiāng)祝家堡村地勢(shì)比較低洼，排水不暢，可能造成大面積積水無法排除，鐵嶺縣阿吉鎮(zhèn)陳平村和沈北新區(qū)黃家鄉(xiāng)達(dá)連屯村也有類似情況。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，蓄水水位46.5 m庫(kù)區(qū)外影響土地246.48 hm2，比蓄水水位46.2 m影響土地增加了預(yù)留26.67 hm2水田，和45.94 hm2土地，其中：左岸增加了10.61 hm2，右岸增加了35.78 hm2。

4　結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)狀水庫(kù)庫(kù)底高程在44.0～48.5 m之間，平均高程45.5 m。經(jīng)分析，蓄水位46.0 m，生態(tài)水面較小，無法形成核心區(qū)域，生態(tài)植物種植區(qū)土方工程量巨大，人工濕地構(gòu)建意義不大；蓄水位47.0 m，影響明沈公路正常交通，對(duì)上游未征用土地造成浸沒影響，不易作為試驗(yàn)生態(tài)水位。蓄水位分別為46.2 m和46.5 m均較符合要求，但蓄水位46.5 m，壩后受浸沒農(nóng)田面積較蓄水位46.2 m多 73.13 hm2，增加水面面積較少。經(jīng)綜合比較，蓄水位46.2 m水面面積達(dá)到16.13 km2，占水庫(kù)總淹沒面積的32%，為最優(yōu)，確定為生態(tài)蓄水位，水深1.2 m是庫(kù)區(qū)內(nèi)最適宜種植荷花的區(qū)域。2009年實(shí)施了蓄水試驗(yàn)應(yīng)急防護(hù)工程，經(jīng)過5年的蓄水運(yùn)用，生態(tài)效益顯著。

［1］王福林.石佛寺水庫(kù)一期工程在遼河干流防洪體系中的作用［J］.東北水利水電，2000（07）.

［2］梁文章，姜灝.石佛寺水庫(kù)可供水量及受水區(qū)需水量分析［J］.東北水利水電，2010（07）.

［3］牛寶昌.石佛寺水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分析［J］.中國(guó)科技信息，2011（03）.

［4］李恩宏，冷特，潘俊.遼河石佛寺水庫(kù)蓄水引發(fā)浸沒影響評(píng)價(jià)研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013（05）.

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1002-0624（2016）01-0017-03

2015-10-10