太湖流域最低生態(tài)水位計(jì)算

【摘要】太湖是我國(guó)的第三大淡水湖泊，更是太湖流域地區(qū)的母親河，保持湖泊適宜的生態(tài)水位，是保障湖體生物多樣性，人類與大自然和諧相處的必要條件。因此，研究太湖流域生態(tài)水位是具有重要意義的。本文根據(jù)太湖流域的基本情況，運(yùn)用天然水位資料法、生物空間最小需求法分別計(jì)算太湖的生態(tài)水位，根據(jù)《全國(guó)水資源保護(hù)規(guī)劃技術(shù)大綱》（以下簡(jiǎn)稱“《技術(shù)大綱》”）要求，同時(shí)考慮到太湖的重要性，綜合分析出太湖流域的生態(tài)水位。得出太湖生態(tài)水位在2.66～2.76m范圍內(nèi)，除蘆葦?shù)葌€(gè)別挺水植物外，大部分水生生物均處于適宜水位狀態(tài)，計(jì)算結(jié)果具有一定的合理性。

【關(guān)鍵字】太湖；生態(tài)水位；天然水位資料法；生物空間最小需求法

1、引言

太湖是我國(guó)第三大淡水湖泊，具有防洪排澇、供水灌溉、生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)等多項(xiàng)功能。太湖只有保持良好的水質(zhì)和水生態(tài)環(huán)境才能提供適宜人居的生活環(huán)境、引人入勝的自然風(fēng)光；保持湖泊適宜的生態(tài)水位，是保障湖體生物多樣性，人類與大自然和諧相處的必要條件。

Baird等針對(duì)湖泊的功能和基本結(jié)構(gòu)，分析了植物與水文過(guò)程之間的相互關(guān)系，強(qiáng)調(diào)水作為重要的環(huán)境因子對(duì)保護(hù)自然和恢復(fù)起到了重要的作用；Rashin等提出，為保證水資源的可持續(xù)發(fā)展，首先應(yīng)當(dāng)滿足湖泊生態(tài)系統(tǒng)對(duì)水量的需求，但是沒(méi)有給出相關(guān)的計(jì)算方法；Ngana等提出，想要保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境之前的協(xié)調(diào)發(fā)展就必須要保證一定水量來(lái)維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)的需要；David等認(rèn)為，若湖泊水量低于某一個(gè)值時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到破壞，為了最大程度實(shí)現(xiàn)湖泊的生態(tài)價(jià)值，就必須要滿足湖泊自身所需要的水量。徐志俠在研究吞吐型湖泊時(shí)將湖區(qū)的最低水位定義為維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)不嚴(yán)重退化所需的最低水位。

因此，研究太湖流域最低生態(tài)水位是探究太湖流域能否滿足生態(tài)需求的重要手段。本文根據(jù)太湖流域的基本情況，運(yùn)用天然水位資料法計(jì)算太湖的最低生態(tài)水位，運(yùn)用生物空間最小需求法對(duì)天然水位資料法計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，最后根據(jù)《技術(shù)大綱》要求，同時(shí)考慮到太湖的重要性，綜合分析出太湖流域的生態(tài)水位，檢驗(yàn)其計(jì)算結(jié)果的合理性。

2、研究區(qū)概況

太湖流域河流縱橫交錯(cuò)，水網(wǎng)如織，湖泊星羅棋布，是典型的平原水網(wǎng)地區(qū)，素有“江南水鄉(xiāng)”之稱。流域內(nèi)平原面積占總面積的80%，山丘面積占20%。流域水面積5551km2，約占15%。流域湖泊面積3159km2，其中太湖水面積2338km2；河道總長(zhǎng)約12萬(wàn)km，河道密度達(dá)3.3km/km2。流域地形呈周邊高、中間低的碟狀地形，地勢(shì)平坦，河道比降小，水流流速緩慢。沿長(zhǎng)江、沿杭州灣河道引排水受東海潮汐影響。

3、研究方法

根據(jù)《技術(shù)大綱》的要求，確定湖泊最低生態(tài)水位研究方法有天然水位資料法、湖泊形態(tài)分析法以及生物空間最小需求法等分析方法。由于湖泊形態(tài)分析法是在天然水位資料缺乏的前提下提出的。對(duì)于此次研究，現(xiàn)有1981年～2014年太湖歷年特征水位的資料，因此根據(jù)各方法的適用范圍，結(jié)合太湖特點(diǎn)，本次研究采用天然水位資料法計(jì)算太湖流域最低生態(tài)水為，同時(shí)采用生物空間最小需求法，考慮水產(chǎn)養(yǎng)殖需求，對(duì)采用天然水位資料法計(jì)算得出的最低生態(tài)水位結(jié)果進(jìn)行合理性的檢驗(yàn)。

3.1 天然水位資料法

運(yùn)用天然水位資料法，結(jié)合現(xiàn)有1981年～2014年太湖歷年特征水位的資料，得到太湖各年中月最低水位進(jìn)行排頻，選取90%～95%頻率條件下的水位作為湖泊生態(tài)水位。

式中Zemin 為湖泊最低生態(tài)水位，Min （） 為取最小值的函數(shù)，Zmini 為第i 年最低月均水位，n為資料系列長(zhǎng)度。根據(jù)所得到的水位系列資料（采用太湖五站平均水位）對(duì)年最低月均水位進(jìn)行了頻率分析。此湖泊最低生態(tài)水位定義為：維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)不發(fā)生嚴(yán)重退化的最低水位。

3.2 生物空間最小需求法

湖泊水位是和湖泊生物生存空間一一對(duì)應(yīng)的，因此，采用湖泊水位作為湖泊生物生存空間指標(biāo)。湖泊植物、魚類等為維持各自群落不嚴(yán)重衰退均需要一個(gè)最低生態(tài)水位。取這些最低生態(tài)水位的最大值，即為湖泊最低生態(tài)水位，用公式表示為：

式中，H emin 為湖泊最低生態(tài)水位（m） ，H emini 為第i 種生物所需的湖泊最低生態(tài)水位（m） ，n 為湖泊生物種類。

4、太湖水位頻率分析

4.1 天然水位資料法

根據(jù)水文頻率分析要求，資料系列一般不少于30年，結(jié)合流域水文特性變化情況，本次選取1980～2014年太湖水位系列資料（采用太湖五站平均水位），對(duì)月均水位進(jìn)行了頻率分析，得到50%、75%、90%和95%保證率條件下太湖水位分別為2.85m、2.75m、2.66m和2.61m。

太湖主要植物蘆葦生長(zhǎng)期為每年4-10月，太湖重要生物白蝦銀魚等主要產(chǎn)卵和生長(zhǎng)期也在4-10月間，為此，本次又對(duì)該時(shí)段最低月均水位進(jìn)行了頻率分析。（詳見圖3-2）根據(jù)1980～2014年太湖4～10月最低月均水位系列排頻分析可知，50%、75%、90%和95%保證率條件下太湖水位分別為2.97m、2.87m、2.77m和2.72m。

根據(jù)《技術(shù)大綱》要求，一般選取90%～95%頻率條件下的水位作為湖泊生態(tài)水位，最低水位可以是日均最低水位、旬均最低水位、月均最低水位等。據(jù)此分析得到太湖生態(tài)水位為2.54-2.65m。另外，4～10月為太湖水生生物生長(zhǎng)的關(guān)鍵期，若依此分析，太湖生態(tài)水位為2.65-2.77m。

4.2 生物空間最小需求法

通過(guò)前面所介紹的生物空間最小需求法的研究方法，可以得到水生植物和水生動(dòng)物的生態(tài)水位。

4.2.1 水生植物

歷史上，太湖水質(zhì)良好，水生植被豐富，隨著人類活動(dòng)加劇，水生植被逐漸消失。根據(jù)中國(guó)科學(xué)院太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究站1989年以來(lái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，太湖高等水生植被主要分布于太湖東部、南部及北部，湖心區(qū)基本無(wú)水生植物分布。2002～2006年調(diào)查結(jié)果表明，東太湖水生植物有10種，其中沉水植物6種，浮葉植物3種，漂浮植物1種。西太湖水生植物16種，其中沉水植物8種，挺水植物只有蘆葦1種，漂浮植物7種。

以往研究表明，根據(jù)太湖岸邊高程約為1.6m，可推算出沉水植物生長(zhǎng)的太湖適宜生態(tài)水位為2.2-2.8m。滿足挺水植物生長(zhǎng)的太湖適宜生態(tài)水位為2.1m-2.4m。

4.2.2 水生動(dòng)物

根據(jù)2007年2月～2008年11月（每年的2月、5月、8月和11月）太湖底棲動(dòng)物采樣結(jié)果分析表明，河蜆作為太湖底棲動(dòng)物中優(yōu)勢(shì)物種之一，主要分布于東北部的貢湖灣湖區(qū)、西北部馬跡山以南區(qū)域、西南部沿岸區(qū)域和南部小梅港沿岸區(qū)域，河蜆生長(zhǎng)的適宜水深為1.3～2.2m。綜上所述，根據(jù)太湖湖底平均高程約為1.1m可推算出，滿足底棲動(dòng)物生長(zhǎng)的太湖適宜生態(tài)水位為2.4-3.3m。

4.3 水產(chǎn)養(yǎng)殖需求水位

根據(jù)《太湖流域需水預(yù)測(cè)報(bào)告》（太湖流域水資源綜合規(guī)劃水資源配置階段報(bào)告）研究成果，當(dāng)東太湖水位高于2.6m時(shí)，湖區(qū)水深基本在1m以上，屬于可進(jìn)行漁業(yè)養(yǎng)殖網(wǎng)養(yǎng)的較好水深，太湖水產(chǎn)養(yǎng)殖需求水位如表4-1所示。

5、太湖生態(tài)水位綜合分析

太湖是流域水資源調(diào)蓄中心，也是重要的供水水源地，還兼?zhèn)渖鷳B(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)等多項(xiàng)功能。根據(jù)《技術(shù)大綱》要求，同時(shí)考慮到太湖的重要性，為維系太湖生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)基本功能，擬采用90%保證率下的太湖全年最低月均水位作為太湖生態(tài)開始破壞的水位，即2.66m。4～10月為太湖水生生物生長(zhǎng)的關(guān)鍵期，擬采用該時(shí)段約90%保證率的太湖最低月均水位作為太湖生態(tài)開始退化的水位，即2.76m。

由前面分析可知，馬來(lái)眼子菜等沉水植物太湖適宜水位為2.2～2.8m；蘆葦?shù)韧λ参锾m宜水位為2.1～2.4m；河蜆等水生動(dòng)物太湖適宜水位為2.4～3.3m；太湖水產(chǎn)養(yǎng)殖適宜水位為大于2.6m。

由此可見，當(dāng)太湖水位在2.66～2.76m，除蘆葦?shù)葌€(gè)別挺水植物外，大部分水生物均處于適宜水位狀態(tài)。

6、結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)太湖流域的基本情況，運(yùn)用天然水位資料法、生物空間最小需求法分別計(jì)算太湖的最低生態(tài)水位，最后根據(jù)《技術(shù)大綱》要求，同時(shí)考慮到太湖的重要性，通過(guò)天然水位資料法計(jì)算出太湖最低生態(tài)水位在2.66～2.76m范圍內(nèi)，通過(guò)生物空間最小需求法得到太湖流域中沉水植物、挺水植物、水生動(dòng)物對(duì)生存空間需求的最低生態(tài)水位以及水產(chǎn)養(yǎng)殖需求水位，發(fā)現(xiàn)除蘆葦?shù)葌€(gè)別挺水植物外，大部分水生物均處于適宜水位狀態(tài)，因此運(yùn)用天然水位資料法計(jì)算出太湖最低生態(tài)水位的結(jié)果具有一定的合理性。

參考文獻(xiàn)：

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[2]蔡煒，蔡永久，龔志軍等，太湖河蜆時(shí)空格局，湖泊科學(xué)， 2010年05期

[3]徐志俠，河道與湖泊生態(tài)需水研究，河海大學(xué)博士論文