嫩江引洪后下游水文情勢影響分析—以吉林西部河湖連通供水工程為例

吳 睿，徐衛(wèi)華，孫述海

1.南京國環(huán)科技股份有限公司，江蘇 南京 210000；2.江蘇新清源環(huán)保有限公司，江蘇 南京 210000；3.長春工程學(xué)院，吉林 長春 130000

0 引言

上世紀(jì)70年代以來，大規(guī)模墾殖造成濕地面積日益萎縮，使得吉林西部地區(qū)的濕地生態(tài)功能嚴(yán)重下降。另外上游尼爾基、圖牧吉、察爾森水庫的興建削弱了洪泛脈沖作用，沿江堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高也對河流與沿岸洪泛濕地的生態(tài)聯(lián)系起到了一定的阻隔作用[1]。上述因素的共同作用導(dǎo)致原有湖泡濕地和形成江河之間的天然連通程度不斷降低，濕地所固有的生物多樣性保護(hù)和蓄滯洪水功能也逐漸喪失。為此，吉林省擬利用過境洪水資源實施西部河湖連通工程，實現(xiàn)以西部草原濕地恢復(fù)帶為骨架，以重點生態(tài)功能區(qū)為支撐，以點狀分布為重要組成部分的生態(tài)群落[2]。達(dá)到提高生態(tài)區(qū)內(nèi)植被覆蓋率，有效控制水土流失，恢復(fù)水生生物和植物生長環(huán)境，降解環(huán)境污染，構(gòu)建西部 “東西兩帶”生態(tài)安全格局良性生態(tài)循環(huán)的目的[3-4]。

根據(jù)西部地區(qū)河湖分布情況和水源條件，規(guī)劃的總體概念是構(gòu)筑以生態(tài)區(qū)為核心，圍繞核心打造集中連片，河湖互動和動態(tài)平衡的生態(tài)群落。生態(tài)補水總體涉及吉林西部平原區(qū)內(nèi)的203個湖泡、水庫及周邊濕地。依托52 km引嫩入白供水工程的引嫩總干渠及附屬支渠，連通周邊58個湖泡形成“莫莫格生態(tài)區(qū)”，該區(qū)域地勢平坦，通過嫩江河流的洪泛作用，在沿岸及低洼區(qū)形成了數(shù)量眾多的泡沼及濕地，具有生物多樣性保護(hù)和蓄滯洪水等重要生態(tài)功能。

嫩江起源于黑龍江省大興安嶺的伊勒呼里山中段南麓[5]，流經(jīng)三個省自治區(qū)（黑龍江、內(nèi)蒙古、吉林）的總流域面積可達(dá)298 500 km2，其河長為1 370 km，下游河道的比降在0.04‰～0.1‰之間。整理《松遼流域水資源綜合規(guī)劃》和《吉林省水資源綜合規(guī)劃》的成果表明，莫莫格生態(tài)區(qū)地表水徑流量為6.14億m3，可利用水資源量為0.24億m3。長系列月調(diào)節(jié)計算結(jié)果表明，2030年嫩江多年平均常態(tài)引水量為5 530萬m3，嫩江引洪水量為9 111萬m3，莫莫格國家級自然保護(hù)區(qū)洪水資源利用量遠(yuǎn)大于常態(tài)水資源引用量。為此，本文針對嫩江引洪后主要引水?dāng)嗝嫦掠嗡弧⒘髁亢土魉俚淖兓M(jìn)行分析，解析吉林省西部河湖連通供水工程引用洪水資源對嫩江下游水文情勢的影響作用。

1 莫莫格生態(tài)區(qū)洪水資源利用工程的概況和合理性分析

1.1 莫莫格生態(tài)區(qū)生態(tài)群落布局

莫莫格生態(tài)群落規(guī)劃涉及鎮(zhèn)賚縣、洮北區(qū)東部、大安市東部和北部。主要依托引嫩入白供水工程，通過52 km的引嫩總干渠及附屬支渠連通周邊56個湖泡，形成“莫莫格生態(tài)群落”。重要的節(jié)點線路為嫩江-白沙灘泵站-莫莫格-洮兒河。莫莫格生態(tài)群落包括鎮(zhèn)賚縣境內(nèi)45個湖泡，洮北區(qū)境內(nèi)2個湖泡以及大安市境內(nèi)10個湖泡。“莫莫格生態(tài)群落”的湖泡整體連通后，可大幅度改善區(qū)域內(nèi)植被覆蓋率，并有效控制水土流失，促進(jìn)水生生物植物的恢復(fù)生長以及污染降解和凈化空氣的良好生態(tài)循環(huán)。

1.2 莫莫格生態(tài)區(qū)洪水資源利用工程的生態(tài)合理性分析

本次引洪頻率按2年一遇設(shè)計，同時考慮當(dāng)?shù)貋硭a給和常規(guī)補水，結(jié)果表明增加洪水補給后的湖泡濕地水文周期均可達(dá)2年以上，說明洪水資源對維持這些湖泡濕地生態(tài)水文過程具有較好的效果，因此該生態(tài)區(qū)生態(tài)補水工程方案合理。根據(jù)P=25%、P=50%、P=75%來水頻率，預(yù)測補水過程與莫莫格國家級自然保護(hù)區(qū)湖泡濕地水文周期的相互影響關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)主要湖泡濕地水文周期，在25%頻率的豐水年時，除了那什吐泡補水后水文周期小于1年，其余各泡水文周期均大于2年，其中群英水庫和五家子水庫的水文周期分別達(dá)到了10年和6年。在50%和75%頻率下，大部分湖泡水文周期均小于1年，在沒有常態(tài)和洪水補水的情況下，天然來水和灌區(qū)退水不能滿足莫莫格生態(tài)區(qū)內(nèi)湖泡的生態(tài)耗水。

1.3 莫莫格生態(tài)區(qū)洪水資源利用的工程時間合理性分析

莫莫格生態(tài)區(qū)實施生態(tài)補水工程的供水時間為6月至10月，供水時間上首先考慮避讓當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)用水等其它用水戶需求，不會對其它用戶造成不利影響。受水湖泡、濕地中的蘆葦?shù)戎脖幻磕?～9月處于生長旺盛期間，生長需水量也達(dá)到最高，工程補水時間與植被生長需水時間基本一致。從歷史上看，當(dāng)?shù)睾莸男纬啥酁楹樗簽E造成，本次是生態(tài)補水工程的供水時間基本處于洪水期，因此供水時間符合生態(tài)要求。此外，每年3至5月中旬和9至11月上旬是生態(tài)區(qū)內(nèi)重點保護(hù)鳥類白鶴的停歇期，因為工程供水期為6至10月，所以供水期內(nèi)大部分時間不會直接影響白鶴停留。

2 洪水資源利用后嫩江下游水文情勢影響分析

按照引洪判別條件[6]，經(jīng)長系列月調(diào)節(jié)計算，2030年嫩江多年平均引洪水量為9 111萬m3。為分析引洪導(dǎo)致嫩江下游水文情勢的變化，選擇各主要引洪河流的引水?dāng)嗝?，嫩江選取白沙灘斷面和大賚斷面，斷面2030年引洪水量詳見表1。

引洪對嫩江下游水文情勢影響分析.嫩江引洪時段為7至10月份，經(jīng)分析多集中在7至9月份，因此，只分析7至9月份生態(tài)區(qū)洪水資源利用與嫩江下游水文情勢的變化關(guān)系[7]。

2.1 洪水資源利用后嫩江主要控制斷面流量變化

白沙灘和大賚斷面計算多年引洪后7至9月的月均流量平均值，結(jié)果表明兩斷面分別減少7.7 m3/s和11.3 m3/s。與洪水資源利用前的流量相比，引洪后白沙灘和大賚控制斷面每月平均流量下降比率分別為0.69%和1.01%。分析兩個控制斷面7至9月的引水流量發(fā)現(xiàn)（表2），兩個控制斷面的平均流量在8月達(dá)到最大同時引水流量也達(dá)到最大。8月白沙灘和大賚斷面月均減少流量分別為12.9 m3/s和17.8 m3/s，分別占月均流量的0.76%和1.07%。引水前白沙灘和大賚斷面的月均最小流量分別為709 m3/s和746 m3/s，引水流量分別占月均最小流量的0.52%和0.64%。

表1 嫩江主要控制斷面多年平均來水量及引洪水量表Table 1 Multi-year average statistical value of incoming water volume and flood discharge in the main control section of Nenjiang River

根據(jù)長系列引水過程分析，7至9月20%、10%、5%、2%來水頻率下，白沙灘斷面月均流量分別為 1 446 m3/s、2 303 m3/s、3 996 m3/s 、4 392 m3/s，引水流量分別為15 m3/s、25 m3/s、50 m3/s、38 m3/s，引水流量占引水前流量的1.05%、1.07%、1.26%、0.87%。1959年8月為有引水月份中最枯月，來水的頻率為26%，引水前月均流量為1 251 m3/s，引水13 m3/s占引水前月均流量的1.07%；1998年7月引水50 m3/s，為引水量最大的月份，來水頻率5%，引水前月均流量為3 996m3/s，引水流量占引水前流量的1.26%。

7至9月20%、10%、5%、2%來水頻率下，大賚斷面的多年月均流量分別為1 513 m3/s、2 539 m3/s、4 289 m3/s、4 925 m3/s，引水流量分別為26 m3/s、31 m3/s、50 m3/s、76 m3/s，引水流量占引水前流量的1.73%、1.21%、1.16%、1.55%。1962年9月為有引水月份中最枯月，來水的頻率為32%，引水前的每月平均流量為1 189 m3/s，斷面以上引水5 m3/s占引水前月均流量的0.38%。1998年7月斷面以上引水76 m3/s，為引水量最大的月份，來水頻率2%，引水前月均流量為4 925 m3/s，引水流量占引水前流量的1.55%。不同來水頻率下斷面平均流量分析成果見表3。

表2 嫩江主要控制斷面多年平均地表水徑流量變化分析Table 2 Analysis of the multi-year average variation of surface water runoff on the main control section of Nenjiang River

2.2 洪水資源利用后嫩江主要控制斷面水位變化

整理7至9月多年平均條件下兩個控制斷面的引水后月均水位變化資料發(fā)現(xiàn)，白沙灘斷面和大賚斷面月均水位分別降低0.01～0.02 m和0.01～0.03 m，洪水資源利用后嫩江下游水位受到的變化影響較小。

從7至9月引水過程來看，兩個斷面8月份引水量最大，水位降低幅度也最大，白沙灘和大賚斷面水位降低分別為0.02 m和0.03 m。兩個斷面多年平均條件下7至9月水位降幅見表4。

根據(jù)長系引水過程分析，在7至9月20%、10%、5%、2%來水頻率下，白沙灘斷面月均水位分別為131.20 m、132.23 m、133.63 m、133.84 m，引水后水位分別降低了0.02 m、0.02 m、0.04 m、0.02 m。1959年8月為有引水月份中最枯月，引水前月均水位為130.91 m，引水后水位降低0.02 m；1998年7月為引水量最大的月份，引水前月均水位為133.63 m，引水后水位降低0.04 m。

7至9月20%、10%、5%、2%來水頻率下，大賚斷面月均水位分別為128.61 m、129.84 m、130.92 m、131.20 m，引水后水位分別降低了0.04m、0.03 m、0.02 m、0.03 m。1962年9月為有引水月份中最枯月，引水前月均水位為128.05 m，引水后水位降低0.01 m；1998年7月為引水量最大的月份，引水前月均水位為131.20 m，引水后水位降低0.03 m。不同來水頻率下兩個斷面平均水位分析成果見表5。

表3 嫩江不同來水頻率下控制斷面平均流量分析成果Table 3 Changes in average flow of control sections at different incoming water frequencies in Nenjiang

表4 嫩江主要控制斷面 7～9月的多年平均水位變化分析Table 4 Multi-year average water level change in the main control section of Nenjiang from July to September

2.3 引洪后嫩江主要控制斷面流速變化

各斷面引洪后，流速變化均較小。不同來水頻率下斷面月平均流速分析成果見表6。

在7至9月20%、10%、5%和2%來水頻率下，白沙灘斷面的月均流速分別為0.625 m/s、0.792 m/s 、1.019 m/s和1.067 m/s，引水后流速為0.621 m/s、0.789 m/s、1.012 m/s和 1.062 m/s。1998 年 7 月是白沙灘控制斷面月均流速變化最大的月份，莫莫格生態(tài)區(qū)洪水資源利用導(dǎo)致白沙灘控制斷面月均流速降低了0.007 m/s。

在7至9月20%、10%、5%和2%來水頻率下，大賚斷面的月均流速分別為0.884 m/s、1.160 m/s、1.571 m/s和1.651 m/s，引水后流速為0.875 m/s、1.152 m/s、1.563 m/s和1.642 m/s。1998年7月是大賚控制斷面月均流速變化最大的月份，莫莫格生態(tài)區(qū)洪水資源利用導(dǎo)致大賚控制斷面月均流速降低了0.009 m/s。

3 結(jié)論

嫩江引洪時段為7至10月份，經(jīng)分析多集中在7至9月份，因此，主要分析7至9月份莫莫格國家級自然保護(hù)區(qū)引洪對嫩江下游水文情勢的影響。分析表明生態(tài)區(qū)實施引洪補水后，嫩江下游流量、水位和流速的變化均不大，生態(tài)區(qū)利用洪水資源補水對嫩江下游水文情勢的變化影響較小。

表5 嫩江不同來水頻率下各控制斷面平均水位分析成果Table 5 Average water level change of each control section under different incoming water frequencies in Nenjiang

表6 嫩江不同來水頻率下各斷面月平均流速分析成果Table 6 Analysis of monthly average flow velocity changes in different sections of different rivers in Nenjiang