寧夏閱海湖生態(tài)需水量計(jì)算與保障對(duì)策研究

王 宇 田 巍 太鴻澤

(1.寧夏回族自治區(qū)河湖事務(wù)中心，寧夏 銀川 750002；2.寧夏回族自治區(qū)水利科學(xué)研究院，寧夏 銀川 750021)

湖泊是陸地水圈和水循環(huán)的重要組成部分，特別是干旱區(qū)內(nèi)陸湖泊具有獨(dú)特的水文、水化學(xué)和水生態(tài)性質(zhì)[1]。湖泊生態(tài)需水量是指為維持湖泊功能不受破壞而每年因消耗所需要補(bǔ)充的水量[2]。目前隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，水資源的超載利用，導(dǎo)致湖泊出現(xiàn)了枯竭、水體污染等問題，而維持湖泊生態(tài)水量是保證湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康和水資源可持續(xù)利用的關(guān)鍵[3]。因此，計(jì)算湖泊生態(tài)需水量，研究湖泊生態(tài)水量的保障措施，對(duì)于湖泊管理、生態(tài)系統(tǒng)維持非常必要。湖泊生態(tài)需水量具有明顯的時(shí)空性、復(fù)雜性和綜合性，目前常見的計(jì)算方法有水量平衡法、換水周期法、最小水位法、功能設(shè)定法、水質(zhì)目標(biāo)法等[4]。

銀川市閱海國家濕地公園始建于2006年6月，具有生態(tài)改善、濕地保護(hù)、承擔(dān)鳥類遷徙中轉(zhuǎn)站等功能。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，閱海湖的水量和水質(zhì)均面臨一定威脅。為保障閱海湖生態(tài)環(huán)境，本文采用水量平衡法，計(jì)算閱海湖的生態(tài)需水量，并提出生態(tài)水量的保障對(duì)策，可為水行政主管部門合理配置水資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境提供理論支撐。

1 閱海湖基本情況

閱海湖位于銀川市金鳳區(qū)西北部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)106°12′，北緯38°32′，東臨親水北街，南臨三一支溝，西臨西湖溝，北臨銀川繞城高速公路，距市區(qū)約3km，南北長(zhǎng)10.0km，東西平均寬2.7km，由天然湖泊經(jīng)人工改造形成。濕地總面積2667hm2，水域廣闊，生物種類較為豐富，是銀川市區(qū)內(nèi)最大的人工濕地[5]。濕地有自然植物114種，鳥類107種。水域位置分布見圖1。

圖1 閱海湖水域位置分布

閱海湖為永久性淡水湖，水面面積變化范圍為818～1072hm2，平水位1106.8m，最大水深3.0m，平均水深1.5m。閱海湖屬于典農(nóng)河水系，典農(nóng)河從閱海湖穿過，水系開放，北側(cè)建有閱海閘，控制著閱海閘上段的水系水量。閱海湖的補(bǔ)水主要通過典農(nóng)河進(jìn)行，典農(nóng)河閱海閘上段的補(bǔ)水水源有溝道水和渠道水。在2011年以前，溝道水(指農(nóng)業(yè)灌溉回歸水)為主要水源，2012年以后，渠道水(指引黃灌渠內(nèi)黃河水)為主要水源，典農(nóng)河閱海閘上段不同水源補(bǔ)水情況見圖2。因閱海湖與典農(nóng)河相連通，難以單獨(dú)統(tǒng)計(jì)其補(bǔ)水量，該補(bǔ)水量是典農(nóng)河閱海閘上段的整體補(bǔ)水量，并非閱海湖的補(bǔ)水量。2018年，由黃河給典農(nóng)河補(bǔ)水共計(jì)5760萬m3，閱海湖水質(zhì)等級(jí)為Ⅳ類。

圖2 典農(nóng)河閱海閘上段不同水源補(bǔ)水情況

2 生態(tài)水量計(jì)算方法

閱海湖自2006年建成國家級(jí)濕地公園以來，湖泊水面面積一直保持在800hm2以上，到2018年水面面積達(dá)到1070hm2，期間多年維持在900hm2左右，生態(tài)環(huán)境狀況良好，因此將800hm2作為最小水面面積，900hm2作為適宜水面面積，計(jì)算閱海湖的基本生態(tài)需水量和適宜生態(tài)需水量。

2.1 水量平衡方程及賦值

湖泊濕地水量平衡是指該類水量變化的總過程，表達(dá)的是某時(shí)段出、入湖泊水量之差與湖泊水量增、減的關(guān)系，其水量平衡公式為

R入=R出

(1)

式中：R入為單位時(shí)段的入湖水量；R出為單位時(shí)段的出湖水量。

從閱海湖類型和水量控制因素綜合考量，進(jìn)入閱海湖的水量包括降水、地表及地下入湖徑流量；出湖的水量包括蒸發(fā)、地表及地下出湖徑流量、滲漏量等，式(1)可以細(xì)化為

P+WS上+WS下+WS渠+EC=E+WD上+WD下+WD渠+Q

(2)

式中：P為單位時(shí)段內(nèi)湖面上的降水量；WS上為單位時(shí)段內(nèi)進(jìn)入湖泊的地表自然徑流量；WS下為單位時(shí)段進(jìn)入湖泊的地下自然徑流量；WS渠為單位時(shí)段內(nèi)進(jìn)入湖泊的溝渠補(bǔ)給水量；EC為單位時(shí)段內(nèi)湖面水汽凝結(jié)量；E為單位時(shí)段內(nèi)湖面上的蒸發(fā)量；WD上為單位時(shí)段內(nèi)流出湖泊的地面自然徑流量；WD下為單位時(shí)段內(nèi)流出湖泊的側(cè)向自然徑流量；WD渠為單位時(shí)段內(nèi)溝渠從湖泊輸出的水量；Q為單位時(shí)段內(nèi)湖泊對(duì)地下水的垂向補(bǔ)給量。

水量平衡組成及其賦值：?銀川市多年平均降水量P為194mm；?多年平均蒸發(fā)量E為1100mm(E601型蒸發(fā)皿值)；?寧夏降水量少，多數(shù)降水無法匯集成地表徑流，通過地表徑流補(bǔ)給湖泊的水量非常有限，而且在年度內(nèi)也不均勻，湖泊一般沒有通過地表進(jìn)行排泄的方式，因此WS上和WD上取0；?寧夏氣候干旱，湖面水汽凝結(jié)量EC值相對(duì)于蒸發(fā)量和降水量非常微小，因此忽略不計(jì)；?閱海位于銀川平原區(qū)，地形平緩，地下徑流側(cè)向流動(dòng)微弱，總體上達(dá)到出入平衡，因此WS下和WD下取值相抵消；?溝渠補(bǔ)水是寧夏引黃灌區(qū)湖泊濕地的主要補(bǔ)給來源，溝渠輸入湖泊的水量遠(yuǎn)大于輸出的水量，即溝渠入湖凈水量ΔWS(ΔWS=WS渠-WD渠)為正值；?滲漏量Q是閱海湖對(duì)地下水的垂向補(bǔ)給量，根據(jù)寧夏相關(guān)湖泊的研究成果，滲漏量取100mm。

2.2 生態(tài)需水量計(jì)算

根據(jù)水量平衡原理及水量平衡組成的賦值情況，閱海湖在一定水面面積的保護(hù)目標(biāo)及不同的降水保證率水平下，需滿足湖泊蒸發(fā)量和滲漏量的需水，因此，式(2)可以簡(jiǎn)化為

ΔWS=WS渠-WD渠=E+Q-P

(3)

式中：ΔWS為在保持年度水平衡的前提下，湖泊濕地以溝渠補(bǔ)水的凈水量；P、E、Q值為已有實(shí)測(cè)值或推測(cè)值。

根據(jù)水平衡原理，溝渠補(bǔ)水的水量即為生態(tài)需水量，計(jì)算出在多年平均條件下，閱海湖基本需水量為805萬m3，適宜生態(tài)需水量為905萬m3，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 閱海湖生態(tài)需水量計(jì)算結(jié)果

3 生態(tài)水量保障措施

《中華人民共和國水法》《中華人民共和國水污染防治法》明確規(guī)定，國務(wù)院有關(guān)部門和縣級(jí)以上地方人民政府在開發(fā)、利用和調(diào)節(jié)、調(diào)度水資源時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意維持江河的合理流量和湖泊、水庫以及地下水的合理水位，維護(hù)水體的自然凈化能力。閱海湖作為銀川市面積最大的國家級(jí)濕地公園，其生態(tài)作用顯著，生態(tài)水量的保障是一項(xiàng)十分重要的工作。

3.1 以深度節(jié)水保障生態(tài)水量

銀川市地處西北干旱地區(qū)，水資源極度匱乏，要高度落實(shí)“節(jié)水優(yōu)先”的治水思路，從農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活3個(gè)方面進(jìn)行深度節(jié)水，促進(jìn)節(jié)水型社會(huì)的建設(shè)，以節(jié)水促發(fā)展、促保護(hù)。加強(qiáng)用水總量控制，按照水資源總體配置方案，嚴(yán)格控制超指標(biāo)用水，保障湖泊的基本生態(tài)需水量。

a.農(nóng)業(yè)節(jié)水方面，堅(jiān)持適水種植，以現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)建設(shè)為主攻方向，以高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田和高效節(jié)水灌溉建設(shè)為重要抓手，以發(fā)展灌區(qū)測(cè)控一體化、水肥一體化、測(cè)墑灌溉、農(nóng)藝節(jié)水為重點(diǎn)，持續(xù)推進(jìn)農(nóng)業(yè)灌溉向生態(tài)型、集約型、高效型轉(zhuǎn)變。

b.工業(yè)節(jié)水方面，堅(jiān)持量水生產(chǎn)、節(jié)水增效，以創(chuàng)建節(jié)水型工業(yè)園區(qū)和節(jié)水型企業(yè)為重點(diǎn)，加強(qiáng)用水工藝改造、水循環(huán)利用，加大非常規(guī)水源利用。嚴(yán)格管控高耗水產(chǎn)業(yè)發(fā)展，倒逼高耗水項(xiàng)目和產(chǎn)業(yè)有序退出，加快淘汰落后工藝、技術(shù)和裝備，推動(dòng)工業(yè)節(jié)水減排增效。

c.生活節(jié)水方面，推進(jìn)節(jié)水型城市建設(shè)，加大城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)改造和廢污水、雨水的資源化利用。建設(shè)節(jié)水監(jiān)管平臺(tái)，推進(jìn)節(jié)水產(chǎn)品認(rèn)證和市場(chǎng)準(zhǔn)入，全面推廣普及生活節(jié)水器具。建立管網(wǎng)漏損智能探測(cè)管控體系，降低供水管網(wǎng)漏損率。深入開展節(jié)水型學(xué)校、公共機(jī)構(gòu)、服務(wù)業(yè)等公共領(lǐng)域節(jié)水。

3.2 以開源截污保障生態(tài)水量

閱海湖位于寧夏引黃灌區(qū)，農(nóng)業(yè)灌溉回歸水(溝道水)是其主要的補(bǔ)水水源，但受沿線生活、工業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)及農(nóng)業(yè)面源等污染影響，溝道水質(zhì)變差，已逐漸不能作為閱海湖的補(bǔ)水水源。近年來，為保障閱海湖及典農(nóng)河的水質(zhì)，已堵截了大部分溝道水進(jìn)入典農(nóng)河水系的入口，加大了渠道水的補(bǔ)給量。為改善這一現(xiàn)象，銀川市全面落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度和水污染防治行動(dòng)計(jì)劃，強(qiáng)化湖泊岸線管理，消減化肥和農(nóng)藥的使用量，控制農(nóng)業(yè)面源污染，從而推進(jìn)溝道水質(zhì)的治理與改善，恢復(fù)閱海湖及典農(nóng)河水系的天然補(bǔ)水通道。

同時(shí)銀川市有著非常豐富的再生水，2018年城市再生水量達(dá)到1.97億m3，而利用率僅為11%。近年來，銀川市通過建設(shè)再生水廠和污水處理廠實(shí)施提標(biāo)改造工程，使再生水水質(zhì)達(dá)到近地表水Ⅳ類水質(zhì)，為再生水補(bǔ)充湖泊生態(tài)用水提供了條件[6]。

3.3 以制度建設(shè)保障生態(tài)水量

?將生態(tài)用水全面納入寧夏水資源配置體系，在水資源確權(quán)工作中，預(yù)留生態(tài)用水；?建立生態(tài)用水預(yù)警機(jī)制，將湖泊最低生態(tài)水位作為控制目標(biāo)，當(dāng)湖泊低于最低生態(tài)水位時(shí)，采取應(yīng)急調(diào)度或生態(tài)補(bǔ)水措施，緩解水生態(tài)危機(jī)；?建立水生態(tài)補(bǔ)償制度，建立水生態(tài)補(bǔ)償?shù)霓k法和基金，解決生態(tài)補(bǔ)水經(jīng)費(fèi)來源，以市場(chǎng)調(diào)節(jié)的方式增加生態(tài)水量。

4 結(jié) 語

閱海湖是銀川市面積最大、地貌保持最完整的一塊生態(tài)濕地，近年來，閱海湖生態(tài)水量雖然能夠滿足，但隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，水資源供需日益緊張，為落實(shí)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展先行區(qū)建設(shè)提出的水資源集約利用新要求，科學(xué)計(jì)算閱海湖的生態(tài)需水量，提出閱海湖的生態(tài)用水保障措施非常必要。本文采用水平衡原理，統(tǒng)籌考慮降水、蒸發(fā)和滲漏等要素，計(jì)算出閱海湖生態(tài)需水量，并從深度節(jié)水、開源截污和制度建設(shè)3個(gè)方面提出了保障生態(tài)用水的具體措施，為閱海湖生態(tài)用水的保障提供了技術(shù)支撐。同時(shí)銀川市應(yīng)進(jìn)一步加大污水治理，恢復(fù)溝道等天然補(bǔ)水通道，建立完善健康的生態(tài)補(bǔ)水體系。