水溫變化特性對衡水湖濕地生態(tài)環(huán)境影響的分析

尹立明

（河北省邢臺水文水資源勘測局，河北邢臺054000）

水溫變化特性對衡水湖濕地生態(tài)環(huán)境影響的分析

尹立明

（河北省邢臺水文水資源勘測局，河北邢臺054000）

衡水湖供水水源主要以汛期上游來水和外流域調(diào)水為主，調(diào)水時段多為每年冬季，水源供給時間相對集中。衡水湖水體水溫與其他湖泊有所不同，在秋季、冬季和春季多高于一般性湖泊。通過實測資料對衡水湖內(nèi)水溫及氣溫變化規(guī)律進行分析研究，并與其他河流湖泊水體進行對比，闡明了水溫變化對衡水湖濕地生態(tài)環(huán)境和水質(zhì)的影響，為制定衡水湖生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃提供科學依據(jù)。

衡水湖濕地；水溫變化；水生態(tài)系統(tǒng)；變化特征

1 前言

衡水湖屬平原區(qū)寬淺湖泊，參與系統(tǒng)水循環(huán)，各種因素之間存在著內(nèi)在的關(guān)聯(lián)，主要因素包括系統(tǒng)中水的質(zhì)量、數(shù)量及其溫度的變化、植物生物生態(tài)多樣性等，水溫、入湖沙量、蒸發(fā)量及其生物物種變化之間也有著緊密的依存關(guān)系，其中任何系統(tǒng)發(fā)生變化都會引起湖內(nèi)其他系統(tǒng)響應，以致影響衡水湖濕地生態(tài)系統(tǒng)功能，進一步加速水體富營養(yǎng)化的進程。湖區(qū)內(nèi)水量平衡、水體水溫是能量平衡計算所必須具備的條件，是探求水生動植物生長變化、水質(zhì)變化的重要依據(jù)。因此，進一步研究衡水湖水溫變化規(guī)律，探究衡水湖水溫變化特性對水生態(tài)環(huán)境的影響，對衡水湖濕地生態(tài)保護、恢復及發(fā)展規(guī)劃具有重要意義。

2 衡水湖水溫觀測及其變化特征分析

2.1 水溫觀測方法及原則

觀測衡水湖水溫的目的是了解水溫的年周期變化，本次觀測要求準確地推算出日、月、年平均值。觀測原則和方法一般每日2次，時間分別為8、20時，為進一步掌握周期性變化規(guī)律，每月進行2次月周期變化的觀測，15 d為1個周期，2 h為1個觀測時段。另外在6—9月夏季高溫期，觀測水溫在垂線上的變化情況，每7 d為1個周期。垂線觀測每條垂線布設(shè)6個觀測點，具體位置為：水面附近，水深0.2m處，水深0.4m處，水深0.6m處，水深0.8m處，河底附近。水深一般應大于1.5m，觀測處與觀測要求不符時采用左右移動的觀測方式，以滿足觀測要求。與水溫同時觀測的附屬項目還包括岸溫、天氣狀況、風向、風力、湖內(nèi)水位、蓄水量等，可作為分析計算參考資料。

2.2 水溫特征值分析

通過計算與分析2004年資料得知，衡水湖年均水位值為19.64m，最高水位值為20.27m、發(fā)生時間為8月30日，最低水位值為19.11m、發(fā)生時間為6月30日，計算高低水位差1.16m。湖區(qū)多年蓄水量為0.44億～0.91億m3。一般除汛期有入湖水量外，其他時段均為穩(wěn)定蓄水時期[1]。

通過計算得知，衡水湖年均水溫約15.7℃，高于一般平原河流（滏陽河上游艾辛莊站水溫1.4℃），最高水溫35.0℃、發(fā)生時間為7月5日，最低水溫為1.2℃、發(fā)生時間為12月3日，最高水溫與最低水溫年變幅值為33.8℃。各月最低水溫變化，見表1。

衡水湖區(qū)域冬季寒冷，封凍時間較長，每年1、2、12月為冰期，湖內(nèi)水溫偏低。3月以后為升溫期，其他月份基本遵循升溫期氣溫高于水溫、降溫期水溫高于氣溫的變化規(guī)律，見表2。

表1 衡水湖區(qū)水溫特征值

表2 衡水湖區(qū)逐月水溫特征值

通過對衡水湖上游及下游相關(guān)水文站多年水溫觀測資料進行分析對比計算，發(fā)現(xiàn)衡水湖水體水溫較其他河流和湖泊明顯偏高。衡水湖水體水溫高于山溪性河流28.3%，高于平原河流4.1%，高于平原湖泊12.3%。各河流及湖泊多年平均水溫計算結(jié)果，見表3。

表3 各河流及湖泊多年平均水溫變化統(tǒng)計

通過對衡水湖歷年月均資料分析計算，并與山溪性河流、平原河流、平原濕地進行對比分析，發(fā)現(xiàn)衡水湖水溫變化與平原湖泊變化趨勢基本一致，1—6、10—12月其水溫略高于平原湖泊；山溪性河流水溫變化與湖泊水溫變化趨勢一致。各河流及湖泊水溫年內(nèi)變化過程線，如圖1所示。

圖1 河流、湖泊水溫年內(nèi)變化過程線

3 衡水湖內(nèi)氣溫與水溫的關(guān)系及其變化分析

通過相關(guān)資料分析得知，北方平原蓄水洼淀氣溫與水溫變化有如下表現(xiàn)規(guī)律：水溫以年為周期進行變化；其垂直變化具體表現(xiàn)為，表面溫度最高，將水溫變化與氣溫變化對比發(fā)現(xiàn)水溫變化一般滯后于氣溫；由于受太陽光照的影響，湖區(qū)內(nèi)部表層水溫與氣溫較為接近，而氣溫的變化幅度則大于水溫[1]。

3.1 水溫觀測頻率分析

本次采用資料，是在每日8、20時觀測的平均水溫值與多次觀測日均值之間建立關(guān)系線，通過相關(guān)分析計算得知兩者關(guān)系密切，呈直線相關(guān)，相關(guān)系數(shù)接近1.0。對此，用每日觀測2次水溫計算日均值，基本可滿足計算精度的要求。

3.2 降溫時段與升溫時段變化分析

通過對衡水湖全年實測水溫觀測資料進行對比分析得知，水溫變化規(guī)律存在明顯的升溫期和降溫期。溫度變化趨勢按月序呈順時針方向，呈閉合環(huán)形曲線。按時段劃分，一般每年2—7月為升溫時段，月均水溫比氣溫大約高1.3℃。每年8月初到次年1月為降溫時段，月均水溫比氣溫高大約4.4℃，如圖2所示。

圖2 衡水湖月均氣溫-水溫關(guān)系

3.3 日均水溫與日均氣溫的相互關(guān)系

根據(jù)每月1、15日12次的水溫、氣溫觀測資料，采用算數(shù)平均法求其均值，建立日均水溫與日均氣溫的相互關(guān)系曲線并進行相關(guān)分析，得出兩者的相關(guān)系數(shù)接近1.0，相關(guān)關(guān)系非常明顯。

3.4 水溫在觀測垂線上的變化規(guī)律

衡水湖按類型劃分，屬于平原區(qū)寬淺湖泊，其引水方式多采用定期引水與隨機引水相結(jié)合，一般以定期引水為主，引水水源包括黃河、衛(wèi)運河及湖泊上游來水等。由于水源相對固定，受對流交換的影響較小，湖內(nèi)水溫變化在垂線分布上的變化相對均勻。就本次采用的6—8月夏季高溫期實測垂線觀測資料而言，6月上旬上層少數(shù)觀測點水溫高于下層（最大值1.8～2.0℃），其余時段水溫在垂線方向上變化梯度不明顯。

4 衡水湖水溫變化對湖泊生態(tài)環(huán)境的相關(guān)效應分析

衡水湖水溫在春秋兩季略高于一般平原湖泊，基于這種變化特性，對水生態(tài)系統(tǒng)、水環(huán)境產(chǎn)生了不同的相關(guān)效應。溫多出現(xiàn)在7月（平均值26.3℃左右），最高月均水溫則多出現(xiàn)在8月（平均值28.8℃左右），水溫比氣溫滯后約1個月左右。最低月氣溫為-4.9℃、多出現(xiàn)在1月，月均最低水溫為2.7℃、多出現(xiàn)在12月。

4.2 水溫變化特性對湖區(qū)水生植物產(chǎn)生的效應

水溫是生物多樣性重要控制因素之一。水溫的高低將直接影響水生生物的新陳代謝程度，進而影響其對肥料的吸收和利用。水溫較高時，水生物生長活力強，其新陳代謝旺盛，對肥料的吸收和利用率也強。在特定的范圍內(nèi)，水溫較高時生物種類較多，水溫較低時生物種類較少[2]。

表4 衡水湖逐月氣溫、水溫及差值計算結(jié)果℃

4.1 水溫與氣溫的變化效應分析

通過本次實測資料分析可知，衡水湖面的水溫變化與氣溫的變化有一定的關(guān)系，但由于水體具有吸熱和儲存熱兩大特點，湖內(nèi)水溫的變化趨勢相對平緩。根據(jù)實測資料分析，水溫最高值出現(xiàn)時間一般晚于氣溫最高值出現(xiàn)時間（氣溫出現(xiàn)時間多在當日14—16時，水溫出現(xiàn)時間多在當日16—18時）；湖內(nèi)水溫的日變幅度小于氣溫，盛夏時節(jié)氣溫日變幅度可達9～10℃，而水溫日變幅則只有8.5℃；通過實測資料來看，水溫的年變幅也小于氣溫。盛夏季節(jié)，湖區(qū)內(nèi)表層水溫最高可達35～36℃，而冬季水溫降至-13.0℃以下，平均年變幅達到33.6℃。為了更全面地了解水溫及氣溫變化分布情況，本次對湖區(qū)岸邊水溫及氣溫進行同步觀測，發(fā)現(xiàn)岸邊最高氣溫可達49.2℃。逐月平均氣溫水溫、變化情況，見表4。

根據(jù)逐月觀測資料分析可知，年內(nèi)最高月均氣

通過對衡水湖年內(nèi)水溫變化特性分析可知，衡水湖水溫在5—10月與北方一般湖泊比較接近，而在冬季11月至次年4月高于一般平原湖泊。

根據(jù)觀測資料分析可知，衡水湖2月平均水溫7.0℃左右，接近一般湖泊3月平均水溫（7.5℃）；衡水湖3月平均水溫（12.7℃左右），接近一般湖泊4月平均水溫（14.5℃）。由此可見，在春季衡水湖水溫比一般湖泊平均水溫提前升高近1個月時間，而秋季衡水湖水溫降低時間也晚于一般湖泊。此水溫變化特性，造成水生植物春季較早發(fā)育成長而秋后衰亡期延后，進一步延長了水生植物的生長期，同時也增加了水生動物的生長期和微生物的繁殖周期，進而對衡水湖漁業(yè)開發(fā)和水生植物的開發(fā)利用具有積極作用。

4.3 水溫變化對水生生物產(chǎn)生的效應

伴隨著環(huán)境溫度的上升，任何生物的代謝將呈加快趨勢，而湖水中的溶解氧含量卻隨著溫度的升高而降低。湖水溫度越高，毒物作用越大。魚在熱水中，表現(xiàn)呼吸急促、食欲減退、消化不良和繁殖率下降等不良反應。湖區(qū)水溫上升時，鮭魚卵早期胚胎會受損害，在15.5℃左右時鮭魚卵則會大面積死亡[3]。

不同魚類對水溫有不同的適宜范圍，生活在20℃以上的為溫水性魚類，在20℃以下的為冷水性魚類。我國飼養(yǎng)的草魚、鰱魚、鯉魚、鯽魚、鳊魚、羅非魚等都屬于溫水性魚類。溫水性魚類在15～30℃環(huán)境生長，最適宜水溫為25℃左右，一旦水溫超過30℃或低于15℃時則呈現(xiàn)食欲減退、新陳代謝減慢的現(xiàn)象，5℃以下則停止覓食。在一定溫度下魚才能產(chǎn)卵。溫水性魚類對水溫的要求，見表5。

藻類植物生長受其溫度的影響。多數(shù)硅藻類是魚的食餌，具有防止水體變味、發(fā)臭的作用。水溫5.6～24.0℃時，硅藻生長占優(yōu)勢；高到26.7℃時，綠藻類植物生長占優(yōu)勢，硅藻植物減少；達到32.2℃時，藍藻類植物占優(yōu)勢。而藍藻類植物能產(chǎn)生異味，使水質(zhì)變差。放線菌綱類植物，在高溫下迅速繁殖而使水體變臭。水中根生植物隨溫度的升高而增殖[4]。

表5 溫水性魚類對水溫的適應情況℃

5 衡水湖優(yōu)勢水溫對水生生物鏈效用分析

衡水湖作為國家級自然保護區(qū)，坐落在衡水、冀州、棗強之間的三角地帶，是河北省最大的平原區(qū)天然湖泊，可接納海河流域子牙河、南運河兩大水系的水源，自20世紀80年代開始通過多方努力，基本上每年接納外流域引黃的調(diào)節(jié)水量。通過20多年的不間斷蓄水，湖區(qū)水生植物生長逐漸茂盛起來，浮游生物恢復較快，在引黃蓄水時期，由于外流域生物的引進，為湖區(qū)內(nèi)魚類、底棲類、鳥禽類的繁殖提供了極為豐富的餌料，也為禽鳥類的孵化創(chuàng)造優(yōu)良條件，為進一步開發(fā)利用水生生物鏈創(chuàng)造了更為有利的水溫環(huán)境。衡水湖區(qū)域與長江三角洲區(qū)域氣象條件對比情況，見表6。

表6 衡水湖區(qū)域與長江三角洲區(qū)域氣象條件對比

通過本次湖內(nèi)實測水溫觀測資料分析計算得知，大約在每年5月上旬出現(xiàn)20℃以上水溫，到10月中旬以后水溫開始下降至20℃以下，20℃以上水溫天數(shù)累計可達160 d左右；在5月中旬開始出現(xiàn)25℃以上水溫，到9月中旬以后湖內(nèi)水溫呈下降趨勢，25℃以上水溫天數(shù)累計可達120 d左右。此時段，也是水生生物生長最快的時期，因此該時段利用衡水湖的蓄水發(fā)展種植及養(yǎng)殖業(yè)可取得極為可觀的經(jīng)濟效益。從現(xiàn)有的資料分析得知，湖區(qū)內(nèi)浮游動物有的品種每年可多代生衍，有的可繁殖10代以上，湖內(nèi)的原生動物量是非?？捎^的。衡水湖內(nèi)生長的水生浮游植物及水生維管束植物也是多種魚類的飼料。開發(fā)利用此種生物鏈不僅可以產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益，也可有效避免由于水生植物爛死在湖內(nèi)而造成二次污染。衡水湖水溫在很多方面呈現(xiàn)優(yōu)勢，對水生生物鏈效用可表現(xiàn)在如下幾方面。

（1）對河蟹類養(yǎng)殖業(yè)及淡水漁業(yè)所產(chǎn)生的效用明顯。據(jù)相關(guān)資料分析可知，近些年來，在北方特別是華北中南部地區(qū)，區(qū)域水資源極為匱乏，大多數(shù)河流下游的河口處基本處于斷流狀態(tài)，大多數(shù)蟹種不能向上洄游，河蟹基本斷絕。由于上述原因所致，河蟹成為緊俏水產(chǎn)品，養(yǎng)殖經(jīng)濟價值上升迅速。針對衡水湖區(qū)域的特點，發(fā)展螃蟹養(yǎng)殖業(yè)，其經(jīng)濟價值會更高。

（2）衡水湖屬暖溫帶大陸季風氣候區(qū)，四季分明，年均氣溫13.0℃；衡水湖區(qū)域日照時間長，無霜期最長可達208 d，雨熱同期，極為適宜溫水類水生生物的生長。衡水湖水域理化性能好，可較好地控制污染，為更好地發(fā)展水生養(yǎng)殖業(yè)創(chuàng)造了極為有利的條件。在充分利用優(yōu)勢水溫發(fā)展現(xiàn)有的自然魚種基礎(chǔ)上，因地制宜，選擇自食力強、經(jīng)濟價格高的名貴魚種進行養(yǎng)殖，經(jīng)濟效益可得到明顯的提升。在養(yǎng)殖區(qū)域的分布上，做到有組織、有計劃地興建塘池，進一步擴大養(yǎng)殖規(guī)模。在淺水圍網(wǎng)養(yǎng)殖區(qū)，單位產(chǎn)值比粗養(yǎng)高出很多倍，此項技術(shù)具有投資少、見效快、效益高等特點，適應在衡水湖區(qū)域推廣示范[5]。

（3）對禽類養(yǎng)殖業(yè)和水生植物資源的開發(fā)利用所產(chǎn)生的效用也顯而易見。目前，衡水湖水域面積75 km2，開展立體養(yǎng)殖是有效的途徑。利用湖內(nèi)優(yōu)勢水溫，可有計劃地建立鴨鵝養(yǎng)殖場，既可解決當前鴨鵝的活動水域問題，又可利用禽糞肥水提高養(yǎng)殖水域的營養(yǎng)，起到事半功倍的效果。在北方，鵝比鴨更適合大的水域，根據(jù)其生理特點，鵝屬食草水禽，它進食量大、消化能力強，有水有草即可養(yǎng)殖。鵝多以放牧為主，補充的精料較少，其經(jīng)濟效益很高。在科學規(guī)范的引導下，養(yǎng)殖業(yè)的積極性容易調(diào)動起來，成為衡水湖的重要產(chǎn)業(yè)。

（4）衡水湖屬北方平原洼淀寬淺型湖泊，水質(zhì)清澈，光照充足，淤泥深厚且肥沃，湖內(nèi)的優(yōu)勢水溫有利于水生植物的生長。湖區(qū)內(nèi)生長的大型植物類包括蕨類植物門、輪藻植物門，經(jīng)濟價值相對較高。蘆葦和香蒲是衡水湖區(qū)域內(nèi)的主要經(jīng)濟作物，生長茂盛時可連成一片。蓮藕全身都是寶，有較高的經(jīng)濟價值，近年來湖區(qū)周邊淺水區(qū)有部分蓮藕種植，但由于產(chǎn)量不高，也未能形成生產(chǎn)規(guī)模。藕和藕粉可食用，蓮苞、蓮子為中藥材，荷葉可作為很好的油質(zhì)食品包裝材料。蓮藕種植區(qū)域選擇在中隔堤兩側(cè)較為適宜。衡水湖區(qū)域有著豐富的蘆葦、蒲草資源，隨著對外貿(mào)易量的增多，更多的濕地植物資源將得到綜合利用。

[1]張彥增，尹俊嶺，崔希東，等.衡水湖濕地恢復與生態(tài)功能[M].北京：中國水利水電出版社，2010：121-230.

[2]徐火生，汪澤培.鄱陽湖水溫時空變化規(guī)律分析[J].水文，1989，54（6）：28-31.

[3]王曉蓉，華兆哲.環(huán)境條件變化對太湖沉積物磷釋放的影響[J].環(huán)境化學，1996，15（1）：15-19．

[4]唐峰，陳季華.人工濕地系統(tǒng)中氮磷去除機理的研究進展[A].中國環(huán)境水力學2006[C].北京：中國水利水電出版社，2006：299-302.

[5]河北省衡水水文水資源勘測局.衡水市水資源評價報告[R].衡水：河北省衡水水文水資源勘測局，2006：18-21.

AnalysisofW ater Tem perature Change Characteristicsof Hengshui LakeW etland Ecological Environment

YIN Li-ming
（XingtaiHydrology and Water ResourcesSurvey Bureau of HebeiProvince，Xingtai054000，China）

Water supply resourcesofHengshui Lake ismainly based on the the upper reaches and draw water diversion in flood season.Thewater diversion period is in winter every year.The concentration ofwater supply time leads to the differences ofwater quality and temperature between Hengshui Lake and the common lakes.The water temperature of Hengshui Lake is higher than the common lakes during autumn，winter and spring.The changing regulation of Hengshui lakewater temperature and the temperature isanalyzed with themeasured data and compared with other rivers and lakeswaterbody.It is illustrated how the water temperature change characteristics of Hengshui Lake wetland affects the ecological environmentandwaterquality.And a scientific basis isprovided for Hengshuilakeecologicalsystem developmentplan.

Hengshuilake；water temperature variation；waterecosystem；variation characteristics

X83

A

1004-7328（2014）06-0007-05

10.3969/j.issn.1004-7328.2014.06.003

2014-09-12

尹立明（1987-），男，助理工程師，主要從事水文水資源分析與評價方面的工作。