白洋淀上游河流生態(tài)流量確定研究

譚紅武 ，陳一迪 ,3，諸葛亦斯 ，李國強 ，梁曉旭 ,2，聶 睿 ,3，李雙雙

（1.中國水利水電科學研究院水生態(tài)環(huán)境研究所，100038，北京；2.河北大學雄安生態(tài)環(huán)境研究院，071002，保定；3.三峽大學水利與環(huán)境學院，443002，宜昌）

大清河是海河流域五大水系之一，西起太行山，東至渤海灣，北臨永定河，南靠子牙河，流域面積45 131 km2。 大清河在區(qū)域氣候調節(jié)、水源涵養(yǎng)、水土保持和生物多樣性等方面發(fā)揮著重要作用。 《京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》強調，加快推進包括灤河、潮白河、北運河、永定河、大清河、南運河六條重點河流和白洋淀、 衡水湖、七里海、南大港、北大港五大重點湖泊濕地在內的“六河五湖”生態(tài)治理與修復，形成上下貫穿、河湖相連、水岸一體的生態(tài)空間。 《雄安新區(qū)規(guī)劃綱要》提出改善白洋淀水質，大清河作為重要入淀河流也列入其中，其治理迫在眉睫。

20 世紀 60 年代后期， 由于流域空間被侵占、 地下水過度開采等，白洋淀上游天然來水量大幅度減少，大清河及沿線坑塘濕地面積越來越小，逐漸趨于萎縮干涸。 大清河位于京津冀生態(tài)核心區(qū)，是京津冀生態(tài)系統(tǒng)中的重要生態(tài)廊道，流域生態(tài)惡化成為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的瓶頸制約。 保障生態(tài)流量是恢復河流生態(tài)功能、維護河流生態(tài)環(huán)境健康的關鍵因素。 在考慮河流面臨不同程度的脅迫等級下估算河流生態(tài)流量，從而恢復大清河生態(tài)功能。

一、生態(tài)流量計算與結果

目前國內針對大清河流域的研究，主要集中在分析流域內水資源總量和水資源管理體制等方面，缺乏對生態(tài)流量的動態(tài)過程分析。

生態(tài)流量計算方法主要包括水文學法、水力學法、棲息地評價法、整體分析法等。 隨著研究主體及側重點不同，生態(tài)流量概念內涵不斷發(fā)展變化，2020 年 4 月水利部印發(fā) 《關于做好河湖生態(tài)流量確定和保障工作的指導意見》，明確河湖生態(tài)流量內涵：為了維系河流、湖泊等水生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能，需要保留在河湖內符合水量要求的流量（水量、水位）及其過程。 因此，要在多目標河湖生態(tài)流量計算方法、 分區(qū)分時生態(tài)流量確定、生態(tài)流量動態(tài)過程、生態(tài)流量管理機制等方面予以重視。

大清河流域生態(tài)系統(tǒng)資料比較缺乏， 由于人類活動的過度干擾，導致流域內下墊面情況發(fā)生改變，水生生物多樣性也隨之減小，傳統(tǒng)計算方法并不適用于大清河流域現(xiàn)狀。 本研究采用Smakhtin 等在2006 年提出的流量歷時曲線轉移法 （Flow Duration Curve Shifting Method , FDCSM），將河流的生態(tài)環(huán)境與水文狀況緊密相連，對不同生態(tài)管理級別下河流生態(tài)環(huán)境需水量進行計算。 將生態(tài)管理等級從高到低依次劃分為自然狀態(tài)、輕度干擾、中度改造、重度改造、重大改變和不可逆狀態(tài) 6 個等級。 利用1901—2000 年逐月還原月均流量，構建參考流量歷時曲線， 將其沿著概率軸向左移動，得到生態(tài)流量歷時曲線。

以中易水河和南拒馬河為例，從圖1 可以看出，隨著各生態(tài)管理等級下降，對應的生態(tài)流量也逐漸減小。

圖1 河流生態(tài)流量歷時曲線

Hughes 等提出使用空間內插法來實現(xiàn)生態(tài)流量與天然流量過程的轉換：在天然流量過程線上讀取某月的流量值（圖2c），在天然流量歷時曲線上讀取對應的頻率（圖2d），在不同生態(tài)管理等級的生態(tài)流量歷時曲線上讀取該頻率值對應流量值 （圖2b）即為該月生態(tài)流量值（圖2a）。

圖2 天然流量過程與生態(tài)流量過程轉換示意圖

根據(jù)海河流域水生態(tài)功能分區(qū)，大清河上游流域橫跨海河流域水生態(tài)功能一級分區(qū)中的“太行山山地少水區(qū)”和“太行山山前平原缺水區(qū)”，位于三級分區(qū)中的“大清河下游白洋淀濕地生境保育區(qū)”，緊鄰“大清河下游水量脅迫農(nóng)業(yè)污染生境維持區(qū)”和“大清河中游水量脅迫城鎮(zhèn)復合污染干流生境破壞區(qū)”。 在此基礎上疊加《河北省水功能區(qū)劃》，綜合考慮流域內部的水功能區(qū)劃狀況以及生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)狀況， 確定不同河流高、中、低目標類型區(qū)，如表1。

表1 大清河上游河流目標類型區(qū)

河流目標要求越高，且當前壓力越大，其脅迫程度就越高。 因此可以將水環(huán)境脅迫程度分為9 個類型區(qū)，將其與河流生態(tài)管理等級相匹配，如圖3， 可以進一步確定基于脅迫分級的河流生態(tài)流量， 利用空間內插法來實現(xiàn)環(huán)境流量與天然流量過程的轉換，將生態(tài)流量分配到月過程，如表2。

圖3 河流脅迫類型區(qū)劃分方法

表2 大清河上游河流生態(tài)流量月過程分配結果 單位：m3/s

二、結論與建議

在考慮河流脅迫分級的前提下，采用流量歷時曲線轉移法對大清河上游流域生態(tài)流量進行估算。 綜合考慮流域內部的水功能區(qū)劃狀況以及生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)狀況，將大清河上游河流脅迫類型分為高目標高壓力區(qū)、高目標中壓力區(qū)、高目標低壓力區(qū)、中目標中壓力區(qū)和中目標低壓力區(qū)5 種類型區(qū)。 中易水河、南拒馬河、白溝引河、唐河、沙河、府河、月明河、孝義河的生態(tài)流量分別為5.714 m3/s、4.874 m3/s、2.600 m3/s、1.325 m3/s、3.783 m3/s、0.545 m3/s、2.415 m3/s、10.800 m3/s。

大清河流域生態(tài)環(huán)境處于脆弱狀態(tài)，天然來水量減少，河流下墊面條件發(fā)生改變，在考慮河流目前所受的脅迫狀態(tài)下，采用環(huán)境流量歷時曲線法確定白洋淀上游河流生態(tài)流量，對于我國水文資料欠缺、人類活動干擾程度過大的河流生態(tài)流量計算具有很好的指導作用。

為進一步確保大清河流域生態(tài)流量，維護河湖健康，建議：一是嚴格用水管理，全面提高區(qū)域水資源利用效率，發(fā)展高效節(jié)水灌溉，退還被擠占的河道生態(tài)用水；二是在滿足河流水功能區(qū)水質要求條件下，增加再生水用于河道內的生態(tài)水量，進一步提高城市污水處理水平與處理程度，擴大再生水處理規(guī)模，以增加大清河的生態(tài)流量；三是利用引黃入冀補淀等調水工程在特枯水年實施應急補水，同時利用外調水置換當?shù)氐乇硭? 退還被擠占的河湖生態(tài)用水；四是充分調動流域各級政府在生態(tài)流量保障工作中的積極性， 把生態(tài)流量管控工作納入沿河區(qū)縣的最嚴格水資源管理制度，明確取水退水管控權責，形成嚴格的生態(tài)流量管控責任體系。