河湖水系連通研究進(jìn)展及應(yīng)用

樊孔明王津曹炎煦

河湖水系連通研究進(jìn)展及應(yīng)用

樊孔明1王津1曹炎煦2

一、研究背景

河湖水系是水資源的載體，是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)保障防洪安全、供水安全、糧食安全、生態(tài)安全的要求日益提高，加之我國(guó)水資源配置能力整體偏低、水資源利用率不高、生產(chǎn)力布局和水土資源不相匹配的問(wèn)題日益突出，進(jìn)一步完善和優(yōu)化江河湖庫(kù)水系連通，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需要，是中央治水興水的重大方略，更是民生水利的根本要求。在全面落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度之際，為了從根本上提高水資源統(tǒng)籌配置能力、改善河湖健康狀況和增強(qiáng)抵御水旱災(zāi)害能力，2010年1月，水利部陳雷部長(zhǎng)在全國(guó)水利規(guī)劃計(jì)劃工作會(huì)議提出“河湖連通是提高水資源配置能力的重要途徑”。2011年中央一號(hào)文件《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》指出“加強(qiáng)水資源配置工程建設(shè)。完善優(yōu)化水資源戰(zhàn)略配置格局，在保護(hù)生態(tài)前提下，盡快建設(shè)一批骨干水源工程和河湖水系連通工程，提高水資源調(diào)控水平和供水保障能力。”

我國(guó)在江河湖庫(kù)水系連通實(shí)踐方面已經(jīng)開(kāi)展了大量的工作，一大批跨流域、跨區(qū)域調(diào)水工程及重點(diǎn)水源工程建設(shè)，對(duì)于提高區(qū)域水資源和水環(huán)境承載能力發(fā)揮了重要作用。近年來(lái)關(guān)于河湖水系連通的研究在不斷增多，國(guó)內(nèi)部分學(xué)者做了探索性的研究，取得了不少理論成果。本文從水系連通的概念及內(nèi)涵、水系連通的分類、水系連通評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、水系連通的功能以及水系連通的應(yīng)用實(shí)踐等方面介紹我國(guó)近年來(lái)水系連通的研究實(shí)踐進(jìn)展，并介紹泗洪縣水系連通在改善城市水環(huán)境中的應(yīng)用。

二、研究進(jìn)展

1.水系連通概念研究進(jìn)展

近年來(lái)，隨著河湖水系連通的理論研究也在不斷完善，河湖水系連通的定義也從零散描述逐步形成系統(tǒng)、統(tǒng)一的定義。李原園等從一般意義上，將河湖水系連通定義為：以江河、湖泊、濕地以及水庫(kù)等為基礎(chǔ)，通過(guò)科學(xué)的調(diào)水、疏導(dǎo)、連通、調(diào)度等措施建立或改變江河湖庫(kù)水體之間的水力聯(lián)系。張歐陽(yáng)等提出了水系連通性的定義：河道干支流、湖泊及其他濕地等水系的連通情況，反映水流的連續(xù)性和水系的連通狀況。李宗禮等和竇明等均將河湖水系連通定義為：以實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用、人水和諧為目標(biāo)，以提高水資源統(tǒng)籌調(diào)配能力、改善水生態(tài)環(huán)境狀況和防御水旱災(zāi)害能力為重點(diǎn)，借助各種人工措施和自然水循環(huán)更新能力等手段，構(gòu)建蓄泄兼籌、豐枯調(diào)劑、引排自如、多源互補(bǔ)、生態(tài)健康的河湖水系連通網(wǎng)絡(luò)體系。唐傳利將河湖水系是由自然演進(jìn)過(guò)程中形成的江、河、湖泊、沼澤、洼淀等水體以及經(jīng)人工改造后形成的水庫(kù)、閘堤、渠系和運(yùn)河等水工程共同組成的一個(gè)復(fù)雜體系；河湖連通則是在自然力和人力的雙重作用下，人類有意識(shí)地改造河湖水系、實(shí)現(xiàn)水資源有效配置的行為。

在總結(jié)相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合河湖水系連通的戰(zhàn)略目標(biāo)、構(gòu)成要素等，2013年水利部印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)江河湖庫(kù)水系連通工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》（水規(guī)計(jì)〔2013〕393號(hào)），將河湖水系連通定義為是以江河、湖泊、水庫(kù)等為基礎(chǔ)，采取合理的疏導(dǎo)、連通、引排、調(diào)度等工程和非工程措施，建立或改善江河湖庫(kù)水體之間的水力聯(lián)系。目前，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的治水實(shí)踐，特別是新中國(guó)成立以來(lái)大規(guī)模的水利建設(shè)，部分流域和區(qū)域已初步形成了以自然水系為主、人工水系為輔、具有一定調(diào)控能力的江河湖庫(kù)水系及其連通格局，為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

2.水系連通分類研究進(jìn)展

李宗禮等從河湖水系連通的概念、內(nèi)涵出發(fā)，提出分類原則，并依據(jù)河湖水系連通的主要影響因素，提出3類分類依據(jù)，8種分類類型。一是基于連通性質(zhì)可分為恢復(fù)型水系連通、新建型水系連通；二是基于連通功能可分為以提高水資源統(tǒng)籌調(diào)配能力為主的水系連通、以提高河湖健康保障能力為主的水系連通、以提高抵御水旱災(zāi)害能力為主的水系連通；三是基于地區(qū)水資源特征可分為為缺水區(qū)、豐水區(qū)、河網(wǎng)區(qū)三大類。中國(guó)水系具有顯著的地域特征，不同區(qū)域的河湖水系水文特征差別很大，水系連通性本質(zhì)上受流域（區(qū)域）水循環(huán)背景條件和過(guò)程影響；同樣，區(qū)域水資源特點(diǎn)也決定了河湖水系連通戰(zhàn)略實(shí)施的基礎(chǔ)條件。

徐宗學(xué)等結(jié)合國(guó)內(nèi)外河湖水系連通的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從氣候分區(qū)、空間尺度和功能作用等不同角度對(duì)河湖水系連通進(jìn)行科學(xué)分類。根據(jù)氣候分區(qū)可以分為南方多雨型、北方干旱型、西北內(nèi)陸型、云貴高原型、青藏高寒型，按照空間尺度可以分為跨流域連通、同一流域相鄰河湖連通、城市水系連通等，按功能作用可以分為減輕洪澇災(zāi)害（防洪）型、保證供水安全（供水）型、改善水生態(tài)環(huán)境（生態(tài)環(huán)境）型以及混合型等。

3.水系連通評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究進(jìn)展

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于河道—灘區(qū)系統(tǒng)的連通性定量評(píng)價(jià)方法研究較少，大多數(shù)是利用河流地貌調(diào)查方法進(jìn)行地貌特征的定性描述或通過(guò)水文情勢(shì)數(shù)據(jù)的分析間接反映河道灘區(qū)系統(tǒng)的連通性，或?qū)?cè)向連通性作為河流健康評(píng)價(jià)全指標(biāo)體系中的單一指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單的定量分析。

水利部印發(fā)的《全國(guó)水資源保護(hù)技術(shù)大綱》中，將河流水系的橫向連通性、縱向連通性作為水生態(tài)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，并給出了定量的計(jì)算。

竇明、張遠(yuǎn)東等以淮河流域?yàn)檠芯繉?duì)象，結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)理論方法，提出宏觀尺度下水系連通性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，分別是反映河網(wǎng)水系實(shí)際成環(huán)水平的指標(biāo)水系環(huán)度α、反映河網(wǎng)水系中每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接水系能力強(qiáng)弱的指標(biāo)節(jié)點(diǎn)連接率β、反映河網(wǎng)水系中廊道之間相互連接能力強(qiáng)弱的指標(biāo)水文連接度γ，參照《城市水系規(guī)劃導(dǎo)則（SL431-2008）》等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)外具有一定代表性的城市現(xiàn)狀值或規(guī)劃值，給出反映水系成環(huán)水平、節(jié)點(diǎn)連接水平和廊道連通水平指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合GIS數(shù)據(jù)繪制出全流域廊道—節(jié)點(diǎn)示意圖，評(píng)價(jià)了全流域13個(gè)水資源三級(jí)區(qū)的水系連通狀況，并分析了影響水系連通的主要因素，其研究結(jié)果對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源保護(hù)工作的開(kāi)展具有一定的指導(dǎo)意義。

趙進(jìn)勇等將圖論中連通度的概念應(yīng)用于河道—灘區(qū)系統(tǒng)連通性評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)了河道—灘區(qū)系統(tǒng)連通程度分析的定量化?；趫D論連通度理論，將河道—灘區(qū)系統(tǒng)中的水流通道、鬃崗地形、小型封閉水域和牛軛湖等微地貌單元概化為圖模型，并利用ArcGIS平臺(tái)和DEM模型實(shí)現(xiàn)其表述。在此基礎(chǔ)上，建立圖的鄰接矩陣，進(jìn)行連通性分析和水流通道連通度計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了河道—灘區(qū)系統(tǒng)連通程度分析的定量化。該方法可用于河流健康評(píng)估、河流生態(tài)修復(fù)工程優(yōu)化、河湖水網(wǎng)連通程度的定量分析等。

河湖水系連通是提高水資源配置能力、增強(qiáng)抵御旱澇災(zāi)害能力和改善生態(tài)環(huán)境的重要戰(zhàn)略舉措，而如何對(duì)河湖水系連通的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，是相關(guān)部門(mén)開(kāi)展河湖水系連通決策和管理時(shí)迫切需要解決的問(wèn)題。馮順新等建立了包含社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境等3個(gè)方面共23個(gè)指標(biāo)的河湖水系連通影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，探討了河湖水系連通影響評(píng)價(jià)的獨(dú)特特征，指出在一般情況下對(duì)連通的影響需要在單區(qū)域（調(diào)水區(qū)或受水區(qū)）和整個(gè)連通區(qū)上分兩個(gè)層面進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而評(píng)價(jià)指標(biāo)可能在兩個(gè)層面上都存在閾值，初步討論了各單指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法。

4.水系連通實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)展

實(shí)踐中，水系連通大致可分為以軍事和航運(yùn)為主，以抵御水旱災(zāi)害為主，以水資源調(diào)配為主，以水生態(tài)環(huán)境治理修復(fù)為主的水系連通。不同的歷史發(fā)展階段對(duì)河湖水系連通的要求不同，縱觀國(guó)內(nèi)外不同階段和不同目的的河湖水系連通實(shí)踐，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展程度和生態(tài)文明程度的提高，對(duì)河湖水系連通的功能要求不斷提升，河湖水系連通不斷向系統(tǒng)化、生態(tài)化、功能綜合化方向發(fā)展。

中國(guó)歷史上以通航和軍事為主的就有許多著名的水系連通工程，其中最著名的是京杭大運(yùn)河，始建于春秋時(shí)期，建成于元代；自北而南流經(jīng)京、津、冀、魯、蘇、浙6?。ㄊ校蔀檫B通海河、黃河、淮河、長(zhǎng)江、錢(qián)塘江五大水系、縱貫?zāi)媳钡乃辖煌ㄒ?；公元?14年鑿成通航的靈渠是世界上最古老的運(yùn)河之一，也是新建型水系連通工程的典范，連通了長(zhǎng)江和珠江兩大水系。時(shí)至今日，這兩大工程仍發(fā)揮著供水、航運(yùn)等綜合功能。

以抵御水旱災(zāi)害為主的如淮河流域的“東調(diào)南下”，有效降低了淮河流域的洪水威脅，還可以在適當(dāng)時(shí)機(jī)為南四湖地區(qū)補(bǔ)充水源；南水北調(diào)東線工程不但可以將長(zhǎng)江水輸送至缺水的黃淮海地區(qū)，而且可以改善里下河地區(qū)的防洪排澇條件。

以水資源調(diào)配為主的河湖水系連通工程也有不少成功的案例。目前，我國(guó)已經(jīng)建成的引黃濟(jì)青、引灤濟(jì)津等河湖水系連通工程，發(fā)揮了重要的水資源調(diào)配功能，有效緩解了區(qū)域水資源短缺問(wèn)題及經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境用水之間的矛盾。黑河流域經(jīng)過(guò)綜合治理，使干涸多年的東居延?；謴?fù)了水面，實(shí)現(xiàn)了“碧波蕩漾”的治理目標(biāo)。

以水生態(tài)環(huán)境治理修復(fù)為主塔里木河通過(guò)水資源統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了下游斷流河道的通水，綠色走廊得到有效保護(hù)，區(qū)域生態(tài)環(huán)境明顯改善；扎龍濕地應(yīng)急補(bǔ)水工程擴(kuò)大了濕地水面，生物多樣性得到恢復(fù)，丹頂鶴等珍禽棲息地狀況明顯改善，葦草和魚(yú)類產(chǎn)量提高，取得了顯著的生態(tài)保護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)效益；2014年入汛以后，南四湖地區(qū)遭遇嚴(yán)重旱情，降水偏少近5成，湖區(qū)蓄水不足歷年同期的3成，湖區(qū)瀕臨干涸，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重威脅。在國(guó)家防總、水利部的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，淮河防總負(fù)責(zé)應(yīng)急調(diào)水的組織實(shí)施，協(xié)調(diào)江蘇、山東兩省防指開(kāi)展了南四湖生態(tài)調(diào)水工作。此次調(diào)水充分發(fā)揮了南水北調(diào)東線工程的優(yōu)勢(shì)，從長(zhǎng)江引水至南四湖，歷時(shí)19天，調(diào)水總量8069萬(wàn)m3，極大緩解了南四湖地區(qū)旱情，湖區(qū)生態(tài)明顯改善，成效顯著。

三、泗洪城區(qū)水系連通規(guī)劃實(shí)例

1.泗洪城區(qū)水系概況

新中國(guó)成立前，泗洪縣有淮河、濉汴河、安河三個(gè)水系和一些支流，并因黃河奪淮后淤積嚴(yán)重，水流無(wú)控，水旱災(zāi)害連年發(fā)生。

經(jīng)過(guò)建縣后幾十年治理，泗洪縣境內(nèi)河流從南到北構(gòu)成了行洪河道和內(nèi)澇河道相間排列的格局。此次研究的區(qū)域范圍主要是泗洪城區(qū)水系。根據(jù)泗洪縣城區(qū)整體的布局方式以及水系的分布狀況，城區(qū)河流應(yīng)包括早陳河、東鳳大溝、攔崗河、團(tuán)結(jié)河、老汴河、濉河等河流水系。城區(qū)水系主要面臨以下問(wèn)題，城區(qū)河流普遍缺乏連通，水流的連通性差；縣內(nèi)的河流如東風(fēng)大溝水量較少，長(zhǎng)期處于缺水的狀況；由于河流的連通性差，加之水資源匱乏，造成了縣內(nèi)水環(huán)境狀況不佳，水質(zhì)情況不容樂(lè)觀。

2.連通方案

在確保防洪安全的基礎(chǔ)上，根據(jù)地形條件，結(jié)合水源補(bǔ)充注入點(diǎn)的布設(shè)，提出了連通方案、水源方案、流動(dòng)方案，形成了“三通”的水系連通格局。即是形成小連通、南連通、大連通三種連通形式，分近期、中期、遠(yuǎn)期進(jìn)行實(shí)施。本文重點(diǎn)分析小連通方案改善泗洪城區(qū)水環(huán)境質(zhì)量的作用。

近期將通過(guò)開(kāi)挖大新引河即圖1中的小連通1，將東風(fēng)大溝、早陳河和攔崗河連通?，F(xiàn)狀情況下，東風(fēng)大溝、早陳河和攔崗河相互獨(dú)立，沒(méi)有相互連通，水體自然更新能力減弱，水環(huán)境逐步惡化。而大新引河與東風(fēng)大溝連通，基于現(xiàn)有的水系連通狀況，根據(jù)地形條件，擬將大新引河開(kāi)挖，延長(zhǎng)河道，使得東風(fēng)大溝、早陳河和攔崗河連通起來(lái)，如圖1所示的小連通2。

圖1　近期方案河網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

3.連通工程效果分析計(jì)算

計(jì)算條件如下：

（1）該方案以城區(qū)平均水位非汛期13.5m、汛期12.5m為基礎(chǔ)。

（2）城區(qū)考慮全部城市污水及面源污染，雨水污染。

（3）濉河、老汴河作為景觀河道，因此流經(jīng)濉河、老汴河的城市污水必須全部截污，因此只考慮濉河、老汴河與團(tuán)結(jié)河的面源污染。

（4）進(jìn)入其他河流，包括攔山河、東風(fēng)大溝、早陳河與攔崗河的污水并未截污，該方案中同時(shí)考慮點(diǎn)源污染以及面源污染。

（5）由于每天城區(qū)河道有水面蒸發(fā)，河底有水量下滲流失，水位不斷下降，水質(zhì)不斷惡化。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，得出如下結(jié)論：

（1）小連通后，濉河、老汴河無(wú)論在汛期及非汛期CODcr全部時(shí)間處于Ⅲ～Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)濃度，已滿足水環(huán)境功能要求；東風(fēng)大溝、之間溝、早陳河、小連通及攔崗河在非汛期CODcr水質(zhì)優(yōu)于Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)濃度，已滿足水環(huán)境功能要求，而汛期處于Ⅳ～Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)濃度。

（2）小連通后，城區(qū)所有河流無(wú)論在汛期及非汛期NH3-N處于Ⅲ～Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)濃度，已滿足水環(huán)境功能要求。

綜合考慮，在截污95%后，濉河、老汴河均已滿足水環(huán)境功能要求，不需要采取其他措施；其他河流需通過(guò)其他措施降低CODcr水質(zhì)濃度

（作者單位：1.淮河流域水資源保護(hù)局2330012.淮河水利委員會(huì)233001）