面向魚(yú)類(lèi)越冬需求的滏陽(yáng)河干流生態(tài)基流分析

□趙子岳

生態(tài)流量作為幸福河流的重要組成部分，是控制水資源開(kāi)發(fā)強(qiáng)度、維系河湖生態(tài)功能的重要指標(biāo)，事關(guān)水安全保障和水生態(tài)文明建設(shè)。因此，開(kāi)展魚(yú)類(lèi)越冬需求的生態(tài)基流分析，對(duì)流域生態(tài)水量的調(diào)度、魚(yú)類(lèi)資源的恢復(fù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。受氣候和下墊面變化以及人類(lèi)活動(dòng)等因素的綜合影響，滏陽(yáng)河地表徑流呈逐年減少趨勢(shì)，流域多年平均天然徑流量較第二次水資源評(píng)價(jià)成果減少近20%。由于上游水庫(kù)攔蓄和區(qū)域自產(chǎn)地表水資源量的減少，導(dǎo)致非汛期，尤其是冬季，河道?，F(xiàn)干涸斷流，中下游平原區(qū)河道內(nèi)各類(lèi)適生生物生境破壞、棲息地壓縮，魚(yú)類(lèi)資源明顯減少?，F(xiàn)綜合分析滏陽(yáng)河流域基本水情和水資源開(kāi)發(fā)利用情況，設(shè)定年生態(tài)保障水量；結(jié)合優(yōu)勢(shì)魚(yú)類(lèi)越冬基流需求分析成果，進(jìn)一步細(xì)化年生態(tài)保障水量，提出生態(tài)水量保障方式和調(diào)度管理方案，以期恢復(fù)滏陽(yáng)河水生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展。

1.研究區(qū)概況及生態(tài)補(bǔ)水現(xiàn)狀

1.1 研究區(qū)概況

滏陽(yáng)河是流經(jīng)冀中南地區(qū)的重要河流，其干流途徑邯鄲、邢臺(tái)、衡水、滄州4市19個(gè)縣（區(qū)），至獻(xiàn)縣樞紐與滹沱河匯合后，經(jīng)子牙新河入海，全長(zhǎng)413km，河型蜿蜒，支流繁多且集中于左岸山區(qū)，為典型的不對(duì)稱(chēng)扇形流域，流域面積2.17萬(wàn)km2。滏陽(yáng)河流域?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，夏季降水集中，汛期來(lái)水量占全年總徑流量的75%～90%，冬季僅占5%左右，且京廣鐵路以東平原區(qū)河段基本無(wú)自產(chǎn)徑流量。

考慮到干流水文站實(shí)測(cè)徑流量包含流域內(nèi)中水排放量，因此在進(jìn)行生態(tài)水量滿(mǎn)足度分析時(shí)，根據(jù)水文站實(shí)測(cè)徑流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。2020年艾辛莊樞紐上游邯鄲、邢臺(tái)、石家莊3市滏陽(yáng)河流域內(nèi)各縣（區(qū)）污水處理量5.64億m3，再生水回用量2.23億m3，入河排放量3.42億m3；艾辛莊樞紐下游衡水市、辛集市流域內(nèi)各縣（區(qū)）污水處理量1.10億m3，再生水回用量0.55億m3，入河排放量0.55億m3。污水經(jīng)處理后，水質(zhì)均達(dá)到一級(jí)A排放水質(zhì)要求。

1.2 生態(tài)補(bǔ)水現(xiàn)狀

根據(jù)華北地下水超采綜合治理行動(dòng)河湖地下水回補(bǔ)實(shí)施方案，滏陽(yáng)河生態(tài)補(bǔ)水水源為南水北調(diào)中線(xiàn)引江水和東武仕水庫(kù)水（含流域自產(chǎn)地表水和漳河引水量）。2018年9月開(kāi)始試點(diǎn)補(bǔ)水，截至2020年底共補(bǔ)水7.73億m3。分水源看，南水北調(diào)中線(xiàn)引江水補(bǔ)水4.38億m3，東武仕水庫(kù)補(bǔ)水3.35億m3。

2.年度生態(tài)保障水量確定

綜合考慮滏陽(yáng)河流域水系分布情況、水利樞紐布置位置、行政區(qū)域邊界和地形地貌等因素，設(shè)定東武仕水庫(kù)、蓮花口、郭橋、艾辛莊樞紐（閘下）4處為計(jì)算分析節(jié)點(diǎn)。其中，東武仕水庫(kù)是干流上游大型水利樞紐工程，匯集水庫(kù)上游自產(chǎn)地表水、黑龍洞泉水（自支流洺河流域入滲產(chǎn)生）和漳河流域引水，可作為源頭的下泄水量調(diào)控節(jié)點(diǎn)；蓮花口位于滏陽(yáng)河及支漳河分洪道匯合口下游，且測(cè)站下游又分為留壘河及滏陽(yáng)河兩支，此節(jié)點(diǎn)可代表滏陽(yáng)河流經(jīng)邯鄲市主城區(qū)后徑流量情況；郭橋站位于滏陽(yáng)河邯鄲、邢臺(tái)市界，上游邯鄲市區(qū)生活、工業(yè)和漳滏河灌區(qū)灌溉耗水在該節(jié)點(diǎn)已基本扣減，可用于監(jiān)測(cè)滏陽(yáng)河流出邯鄲市的水量情況；由于留壘河主要用于承接滏陽(yáng)河汛期洪水和生產(chǎn)團(tuán)結(jié)渠瀝水，與越冬時(shí)段無(wú)交叉，且留壘河無(wú)水文站分布，因此在年生態(tài)水量分析中，將郭橋節(jié)點(diǎn)進(jìn)行概化，水量設(shè)定為留壘河及滏陽(yáng)河兩支徑流量疊加；艾辛莊樞紐為主要支流北澧新河、北沙河匯入滏陽(yáng)河干流后的樞紐工程，此節(jié)點(diǎn)可用于監(jiān)測(cè)流域山區(qū)全部支流匯合后，干流內(nèi)生態(tài)水量情況。

東武仕水庫(kù)為樞紐控制，該節(jié)點(diǎn)年生態(tài)保障水量直接采用1980～2016年下泄量排頻率確定，為403萬(wàn)m3；蓮花口、郭橋、艾辛莊樞紐（閘下）3處節(jié)點(diǎn)則使用Qp法（95%頻率）、Tennant法（5%）、產(chǎn)流/耗損分析法（即采用1980～2016年系列95%來(lái)水頻率典型年，節(jié)點(diǎn)上游下泄水量及區(qū)間自產(chǎn)水量，扣除水庫(kù)至節(jié)點(diǎn)區(qū)間的蒸發(fā)滲漏、耗損水量），三種方法成果進(jìn)行滿(mǎn)足度分析后綜合確定。滏陽(yáng)河年基本生態(tài)水量目標(biāo)計(jì)算值見(jiàn)表1。

表1 滏陽(yáng)河干流年基本生態(tài)水量目標(biāo)計(jì)算值統(tǒng)計(jì)表 單位：萬(wàn)m3

利用37年各節(jié)點(diǎn)實(shí)測(cè)年徑流量進(jìn)行滿(mǎn)足度分析，滿(mǎn)足度為實(shí)測(cè)年徑流量達(dá)到或超過(guò)基本生態(tài)水量目標(biāo)年數(shù)與總年數(shù)的比值。經(jīng)分析，蓮花口各目標(biāo)計(jì)算值，均達(dá)到100%滿(mǎn)足度；郭橋Qp法（95%頻率）和產(chǎn)流/耗損分析法目標(biāo)計(jì)算值，可達(dá)到89%滿(mǎn)足度，Tennant法（5%）目標(biāo)計(jì)算值滿(mǎn)足度為84%；艾辛莊樞紐（閘下）產(chǎn)流/耗損分析法目標(biāo)計(jì)算值滿(mǎn)足度為97%，Tennant法（5%）目標(biāo)計(jì)算值滿(mǎn)足度為94%，Qp法（95%頻率）目標(biāo)計(jì)算值滿(mǎn)足度為81%。

干流各節(jié)點(diǎn)測(cè)站均位于平原區(qū)，上游干支流已承接流域內(nèi)市縣污水處理廠中水排放，實(shí)測(cè)徑流量包含部分中水，造成滿(mǎn)足度整體偏高的情況。在3種分析方法中，產(chǎn)流/損耗分析法較Qp法可以較好反映出平原區(qū)滲漏能力較強(qiáng)的特點(diǎn)以及供用水影響，較Tennant法則可以減少中水對(duì)河道實(shí)測(cè)徑流的影響，且產(chǎn)流/損耗分析法目標(biāo)計(jì)算值滿(mǎn)足度均為90%以上，目標(biāo)設(shè)定基本合理。

綜上分析，年生態(tài)保障水量東武仕水庫(kù)采用下泄量Tennant法（95%）確定，干流三處節(jié)點(diǎn)均采用產(chǎn)流/耗損分析法確定，東武仕水庫(kù)、蓮花口、郭橋、艾辛莊樞紐（閘下）年生態(tài)保障水量分別為403萬(wàn)m3、282萬(wàn)m3、197萬(wàn)m3和87萬(wàn)m3。

3.魚(yú)類(lèi)越冬生態(tài)基流需求分析

滏陽(yáng)河流域中下游平原區(qū)河道內(nèi)由于水資源量的匱乏，魚(yú)類(lèi)資源較少，以鯉形目為主。魚(yú)類(lèi)越冬期基流需求主要體現(xiàn)在水深和流速兩個(gè)方面，而這兩個(gè)因素又直接受冰下水深的影響。研究顯示，當(dāng)冰下水深超過(guò)0.4m時(shí)，底層水溫可達(dá)到2~3℃以上，一些耐低溫、低光照的藻類(lèi)可以生長(zhǎng)、繁殖，并進(jìn)行一定的光合作用，既為魚(yú)群越冬提供較適宜的棲息環(huán)境，同時(shí)也有利于提升水體溶解氧含量。但另一方面，水深過(guò)深氧債層加大，不利于水體DO的恢復(fù)和保持，相關(guān)研究表明，當(dāng)冰下水深超過(guò)2m時(shí)，溶解氧濃度會(huì)急劇下降，因此取冰下水深0.4m作為最低值，0.8~1.5m作為適宜越冬水深，3m作為最大值。

滏陽(yáng)河干流越冬期冰蓋厚度按0.1m計(jì)算，根據(jù)上述適宜水深建立魚(yú)類(lèi)越冬水深適宜度曲線(xiàn)。同時(shí)，水體的流動(dòng)也對(duì)于增加DO供給有較大作用，但流速不宜過(guò)大，以減小魚(yú)類(lèi)越冬期的能量消耗，根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，流速超過(guò)0.05m/s時(shí)，水體DO飽和度達(dá)到85%以上。因此，將0.05~0.1m/s作為魚(yú)類(lèi)越冬期最低流速，0.1~0.2m/s作為適宜流速，0.4m/s作為極限最大流速，建立魚(yú)類(lèi)越冬流速適宜度曲線(xiàn)。水深及流速適宜度曲線(xiàn)如圖1所示。

圖1 滏陽(yáng)河干流魚(yú)類(lèi)越冬期適宜度曲線(xiàn)

利用棲息地模擬模型開(kāi)展越冬適宜流量的模擬計(jì)算，考慮到冰封期流量較小的實(shí)際情況，以實(shí)測(cè)斷面平均水深達(dá)到0.4m作為控制條件，此時(shí)約50%的斷面寬度能達(dá)到魚(yú)類(lèi)越冬的適宜水深，根據(jù)流量—水位曲線(xiàn)推求魚(yú)類(lèi)越冬流量需求。根據(jù)上述思路，對(duì)于滏陽(yáng)河干流4處節(jié)點(diǎn)的冰封期越冬流量需求進(jìn)行了核算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 滏陽(yáng)河干流越冬期魚(yú)類(lèi)生態(tài)基本流量表

考慮到滏陽(yáng)河流域?yàn)榈湫腿彼饔?，在?jì)算魚(yú)類(lèi)越冬期生態(tài)基流時(shí)，河流流量滿(mǎn)足魚(yú)類(lèi)生存需求即可，即徑流水深取0.4m、流速取0.05m/s。結(jié)合滏陽(yáng)河干流各河段主槽平均河道寬度，求得4處節(jié)點(diǎn)魚(yú)類(lèi)越冬期基本流量分別為0.40m3/s、0.20m3/s、0.50m3/s、和0.50m3/s。滏陽(yáng)河流域越冬期為每年12月至翌年2月，則4處節(jié)點(diǎn)越冬期徑流分別為311.04萬(wàn)m3、155.52萬(wàn)m3、388.8萬(wàn)m3和388.8萬(wàn)m3。

按前述年度生態(tài)保障水量，將其概化為年內(nèi)平均分配，平均后的越冬期總流量與魚(yú)類(lèi)越冬期基流總量的比值為現(xiàn)狀達(dá)標(biāo)率，結(jié)果顯示4處節(jié)點(diǎn)越冬期魚(yú)類(lèi)生態(tài)流量現(xiàn)狀達(dá)標(biāo)率分別為0.32、0.45、0.13和0.06。分析得出，僅靠本流域自產(chǎn)地表水年度生態(tài)保障水量難以滿(mǎn)足魚(yú)類(lèi)越冬期生態(tài)需求。結(jié)合近年來(lái)引江中線(xiàn)實(shí)際補(bǔ)水情況，進(jìn)一步分析補(bǔ)水條件下魚(yú)類(lèi)越冬期生態(tài)基流達(dá)標(biāo)情況。將2018年9月至2020年12月期間引江水累計(jì)補(bǔ)水量為43791萬(wàn)m3平均分配至每月，4節(jié)點(diǎn)達(dá)標(biāo)率均可達(dá)標(biāo)。由此可知，實(shí)施引江中線(xiàn)補(bǔ)水可對(duì)滏陽(yáng)河干流魚(yú)類(lèi)越冬期生態(tài)基流保障起到至關(guān)重要的作用，在充分利用本流域年度生態(tài)保障水量的同時(shí)，應(yīng)盡可能確保南水北調(diào)中線(xiàn)對(duì)滏陽(yáng)河干流的水量補(bǔ)充。

4.保障方式及監(jiān)測(cè)預(yù)警方案

4.1 配置調(diào)度方案

工程調(diào)度管理：前已述及，滏陽(yáng)河流域?yàn)榈湫偷牟粚?duì)稱(chēng)扇形流域，因此統(tǒng)籌調(diào)度流域內(nèi)干流上東武仕水庫(kù)，以及支流上朱莊水庫(kù)2處大型樞紐工程的生態(tài)下泄水量，保障滏陽(yáng)河干流年度基本生態(tài)水量。2月底前東武仕、朱莊水庫(kù)下泄生態(tài)水量不低于67萬(wàn)m3、63萬(wàn)m3；3—9月為年度生態(tài)水量下泄重點(diǎn)保障期，確保9月底前東武仕、朱莊水庫(kù)下泄生態(tài)水量不低于353萬(wàn)m3、332萬(wàn)m3；特殊節(jié)日可適當(dāng)增加生態(tài)補(bǔ)水。特枯年份，不對(duì)生態(tài)水量下泄提出要求。

河道外用水管理：當(dāng)東武仕、朱莊水庫(kù)無(wú)法滿(mǎn)足生態(tài)水量時(shí)，邯鄲、邢臺(tái)兩市應(yīng)引足用好引江水，減少山前補(bǔ)償庫(kù)水庫(kù)向城市生活工業(yè)供水量，充分利用再生水向城市生態(tài)供水。同時(shí)，壓減水庫(kù)下游滏陽(yáng)河灌區(qū)、富民渠灌區(qū)、引滏灌區(qū)等大中型灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水，采用高效節(jié)水措施減少地表水灌溉水量。在采取節(jié)水降耗和優(yōu)化配置措施后，使其生態(tài)用水基本得到滿(mǎn)足。

4.2 監(jiān)測(cè)預(yù)警方案

監(jiān)測(cè)方案：分別于每年2月底、9月底核算干流節(jié)點(diǎn)生態(tài)水量。

鑒于汛期降水占全年降水75%～90%，預(yù)警閾值按照考核斷面生態(tài)水量目標(biāo)值序時(shí)水量的110%設(shè)置，對(duì)應(yīng)預(yù)警等級(jí)為藍(lán)色預(yù)警。滏陽(yáng)河干流生態(tài)水量預(yù)警設(shè)在9月底，蓮花口、郭橋、艾辛莊（閘下）生態(tài)水量預(yù)警閾值分別為240萬(wàn)m3、167萬(wàn)m3和74萬(wàn)m3。

5.結(jié)論

針對(duì)魚(yú)類(lèi)越冬期生態(tài)基流難以保障的問(wèn)題，以滏陽(yáng)河干流為研究對(duì)象，分析了年度生態(tài)保障水量、魚(yú)類(lèi)越冬期生態(tài)基流需求量，以及引江中線(xiàn)生態(tài)補(bǔ)水，對(duì)保障魚(yú)類(lèi)生態(tài)基流需求的作用，得出以下結(jié)論：

滏陽(yáng)河干流年度生態(tài)保障水量方面，經(jīng)分析，東武仕水庫(kù)年下泄量為403萬(wàn)m3，蓮花口、郭橋、艾辛莊樞紐（閘下）3處節(jié)點(diǎn)年生態(tài)保障水量分別為282萬(wàn)m3、197萬(wàn)m3和87萬(wàn)m3。

魚(yú)類(lèi)越冬期的生態(tài)基流需求方面，在東武仕水庫(kù)、蓮花口、郭橋、艾辛莊樞紐（閘下）4處節(jié)點(diǎn)下游，河道內(nèi)魚(yú)類(lèi)越冬適宜流量分別為0.40m3/s、0.20m3/s、0.50m3/s、和0.50m3/s。

流域自產(chǎn)地表水年度生態(tài)保障水量難以滿(mǎn)足魚(yú)類(lèi)越冬期生態(tài)基流需求，在充分利用本流域年度生態(tài)保障水量的同時(shí)，應(yīng)盡可能確保南水北調(diào)中線(xiàn)對(duì)滏陽(yáng)河干流的水量補(bǔ)充。

滏陽(yáng)河為典型的北方缺水河流，在統(tǒng)籌生活、生產(chǎn)和生態(tài)用水的同時(shí)，開(kāi)展魚(yú)類(lèi)越冬需求的生態(tài)基流分析，對(duì)流域生態(tài)水量的調(diào)度、魚(yú)類(lèi)資源的恢復(fù)均有重要的現(xiàn)實(shí)意義。研究結(jié)論顯示，滏陽(yáng)河流域在滿(mǎn)足現(xiàn)狀用水戶(hù)供水的前提下，自產(chǎn)地表水生態(tài)保障水量難以維持魚(yú)類(lèi)基本生存條件，應(yīng)在充分利用本流域年度生態(tài)保障水量的基礎(chǔ)上，保障引江中線(xiàn)對(duì)滏陽(yáng)河干流的生態(tài)補(bǔ)水，持續(xù)改善滏陽(yáng)河水生態(tài)環(huán)境?！?/p>