漢江中下游生態(tài)復(fù)蘇面臨問題與生態(tài)調(diào)度研究

尹 煒，李 建，辛小康

（1.長江水資源保護科學(xué)研究所，430010，武漢；2.長江水利委員會湖庫水源地面源污染生態(tài)調(diào)控重點實驗室,430051，武漢）

復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境，維護河湖健康生命，是踐行習(xí)近平生態(tài)文明思想的根本要求。2021年12月，水利部印發(fā)《關(guān)于復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境的指導(dǎo)意見》，水利部辦公廳印發(fā)《“十四五”時期復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境實施方案》，明確了復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境的工作目標(biāo)和主要任務(wù)，其中包括強化重要河湖生態(tài)流量目標(biāo)確定，加強江河流域及重大調(diào)水工程水資源調(diào)度。2022年全國水利工作會議強調(diào)“將河湖生態(tài)流量目標(biāo)納入江河流域水資源調(diào)度方案及年度調(diào)度計劃，作為流域水量分配、水資源統(tǒng)一調(diào)度、取用水總量控制的重要依據(jù)”。開展梯級水庫和引調(diào)水工程聯(lián)合生態(tài)調(diào)度已成為復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境的重要抓手。

本文從論述漢江在國家河湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇中的重要地位出發(fā)，分析漢江中下游生態(tài)復(fù)蘇面臨的主要問題和成因，以漢江中下游梯級水庫和流域引調(diào)水工程為抓手，以提升水生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和穩(wěn)定性為核心，提出水利工程群聯(lián)合生態(tài)調(diào)度方案。

一、漢江在國家河湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇中的重要地位

1.漢江是國家水網(wǎng)構(gòu)建的重要紐帶

漢江全長1 577 km，為長江第一大支流。漢江流域規(guī)劃和建設(shè)了多個引調(diào)水工程，上游是南水北調(diào)中線工程、引漢濟渭工程、鄂北水資源配置工程調(diào)水水源地，同時規(guī)劃有向漢江引水的引江補漢工程和引嘉入漢工程，下游已建成引江濟漢工程。漢江流域東西互通、南北互濟的基本水網(wǎng)格局已初步形成，成為國家水網(wǎng)構(gòu)建的重要紐帶。

國務(wù)院批復(fù)的《漢江生態(tài)經(jīng)濟帶發(fā)展規(guī)劃》（2018年）將漢江定位為國家戰(zhàn)略水資源保障區(qū)、內(nèi)河流域保護開發(fā)示范區(qū)、中西部聯(lián)動發(fā)展實驗區(qū)和長江流域綠色發(fā)展先行示范區(qū)。漢江流域生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇對于保護我國南北植物區(qū)系過渡帶和東西植物區(qū)系交匯區(qū)生態(tài)環(huán)境，以及確保“一庫清水北送、一江清水東流”具有極其重要的意義。同時，漢江流域通過南水北調(diào)中線工程多次向北方受水區(qū)河湖開展生態(tài)補水，為滹沱河、大清河、白洋淀等河湖生態(tài)復(fù)蘇提供基礎(chǔ)水量補充，在國家河湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇中具有重要地位。

2.漢江通過南水北調(diào)中線向北方多處河湖輸送復(fù)蘇水量

自2017起，在保證沿線大中城市正常生活用水前提下，南水北調(diào)中線工程連年擇機向北方實施生態(tài)補水，累積已向河南省、河北省、天津市、北京市近50條河流生態(tài)補水超50億m3，推動了滹沱河、瀑河、南拒馬河、大清河、白洋淀等一大批河湖重現(xiàn)生機，河湖生態(tài)環(huán)境顯著改善。

監(jiān)測表明，2020年9月末北京市平原區(qū)地下水平均埋深為22.49 m，與2015年同期相比回升了3.68 m，昌平、延慶、懷柔、門頭溝等區(qū)都出現(xiàn)了泉眼復(fù)涌；2021年8—9月，首次通過北京段大寧調(diào)壓池退水閘向永定河生態(tài)補水，永定河實現(xiàn)了1996年以來865 km河道首次全線通水。工程沿線曾經(jīng)干涸的洼、淀、河、渠、濕地重現(xiàn)生機，初步形成了河暢、水清、岸綠、景美的亮麗風(fēng)景線。

二、漢江中下游生態(tài)復(fù)蘇面臨的主要問題及成因

1.硅藻水華頻發(fā)

水華是水體富營養(yǎng)化的外在表現(xiàn)，通常認(rèn)為浮游藻類密度超過107cell/L時即可判定為發(fā)生水華。水華發(fā)生時水體變色并伴有異味，浮游藻類急劇增加形成遮光層，大量消耗水體中氧氣，威脅魚類等水生生物生存，對水生態(tài)平衡產(chǎn)生破壞。同時，大量藻類堵塞水廠過濾系統(tǒng)影響供水安全。

近年受水利工程下泄水量減少以及漢江中下游入河污染物排放量增加的影響，漢江中下游水華暴發(fā)風(fēng)險日益突出，對漢江的水環(huán)境、水生態(tài)和城市供水安全造成威脅。綜合歷次水華暴發(fā)事件，漢江中下游水華暴發(fā)主要呈現(xiàn)以下特點：在時間上，水華主要發(fā)生在枯水期1—3月份，以2月份最為集中；在空間上，主要分布在鐘祥至河口的漢江下游段，2014年以前水華主要發(fā)生在潛江以下江段，2014年興隆樞紐建成運行后水華發(fā)生范圍向上擴展至沙洋等興隆庫區(qū)江段；漢江下游水華的優(yōu)勢藻種為硅藻，以硅藻屬的漢斯冠盤藻為主。

充足的營養(yǎng)鹽濃度、晴好天氣和較弱的流速是導(dǎo)致漢江中下游水華暴發(fā)的主要原因。

①營養(yǎng)鹽方面，漢江下游總氮和總磷濃度偏高，整體處于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)，為硅藻水華暴發(fā)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，有研究認(rèn)為總磷濃度可能是漢江下游水華暴發(fā)的限制性因子。

②氣象條件方面，氣溫變化主要通過影響水溫間接影響藻類生長，水華發(fā)生時期氣溫偏高且光照充足，大部分在10℃以上，天氣變化引起的氣溫驟降對于水華的消退有重要促進作用，相關(guān)研究表明漢江中下游氣溫高于同期3℃且持續(xù)5天以上時，暴發(fā)水華的概率大為增加。

③水動力方面，河流中浮游藻類生物量與流量和流速成反比，在漢江梯級水庫調(diào)度和引調(diào)水工程運行影響下，春季枯水期低流量以及長江水位頂托共同導(dǎo)致漢江下游流速減緩，水體滯留時間延長，這種水動力減弱引起的滯水效應(yīng)是漢江中下游水華暴發(fā)的重要驅(qū)動因素。

2.魚類資源萎縮

漢江中下游規(guī)劃有丹江口、王甫洲、新集、崔家營、雅口、碾盤山及興隆等7級水利樞紐工程，其中丹江口、王甫洲、崔家營及興隆樞紐已經(jīng)建成并投入運用，新集、雅口、碾盤山為在建。漢江中下游水庫群建設(shè)運行對產(chǎn)漂流性卵魚類的繁衍帶來影響，魚類資源呈現(xiàn)衰退趨勢。

據(jù)20世紀(jì)70—80年代的調(diào)查監(jiān)測，漢江產(chǎn)漂流性卵的魚類至少有25種，漢江中下游仍為長江中下游魚類重要繁衍棲息場所，尤其是中游分布有8處產(chǎn)漂流性卵魚類產(chǎn)卵場，產(chǎn)卵量為31.40億粒，其中“四大家魚”產(chǎn)卵場7處，產(chǎn)卵量9億粒，為漢江中下游、長江中下游提供了重要魚類種質(zhì)資源，發(fā)揮著重要的生態(tài)功能。根據(jù)2004年調(diào)查，漢江中游干流有7處產(chǎn)卵場，總產(chǎn)卵量16.85億粒，其中“四大家魚”產(chǎn)卵場減少至5處，產(chǎn)卵量大幅度減少至0.98億粒。根據(jù)2009年和2013年調(diào)查，漢江中游產(chǎn)漂流性卵魚類產(chǎn)卵場進一步縮減至3處，產(chǎn)卵規(guī)模降低至5億多粒。

3.外來物種入侵

2014年以來漢江中游干流丹江口至王甫洲江段外來入侵沉水植物伊樂藻過度生長，嚴(yán)重擠占本地沉水植物生存空間，威脅河流水生態(tài)系統(tǒng)健康平衡和水電站運行安全。丹江口至王甫洲江段在2014年至2016年期間伊樂藻聚集情況并不嚴(yán)重，2017年和2019年漢江秋汛期間有大量伊樂藻斷枝在河道內(nèi)聚集。根據(jù)近兩年持續(xù)觀測，伊樂藻正在不斷向下游擴散蔓延，襄陽城區(qū)護城河已出現(xiàn)密集生長的現(xiàn)象，當(dāng)前崔家營庫區(qū)也面臨過度生長問題，亟須引起重視。目前，伊樂藻已在丹江口至王甫洲區(qū)間河道以及崔家營庫區(qū)大量生長，夏季部分水域形成茂密的“水下森林”。

三、促進漢江中下游生態(tài)復(fù)蘇的生態(tài)調(diào)度方案

漢江流域梯級水庫調(diào)度運行和引調(diào)水工程實施是影響漢江中下游三大水生態(tài)問題發(fā)生、發(fā)展的重要因素，從水力調(diào)控角度提出漢江中下游水利工程聯(lián)合生態(tài)調(diào)度方案，對于紓緩漢江中下游水生態(tài)問題具有重要意義。研究重點從生態(tài)調(diào)度目標(biāo)、調(diào)度時機和調(diào)度方式等方面提出生態(tài)調(diào)度方案。

1.漢江中下游生態(tài)調(diào)度目標(biāo)

圍繞三大水生態(tài)問題，漢江中下游亟須開展以水華防控、促進產(chǎn)漂流性卵魚類產(chǎn)卵繁殖、控制外來沉水植物過度生長為目標(biāo)的生態(tài)調(diào)度，需要通過流量或水位等調(diào)節(jié)達(dá)到調(diào)度目標(biāo)所需的閾值條件（見表1）。

表1 漢江中下游生態(tài)調(diào)度目標(biāo)和閾值需求

根據(jù)1992以來歷次水華發(fā)生期間流速模擬結(jié)果，水華暴發(fā)初期仙桃和沙洋斷面平均流速范圍分別為0.25~0.46 m/s和0.10~0.13 m/s，水華暴發(fā)持續(xù)一段時間后開始消退時仙桃和沙洋斷面平均流速范圍分別為0.43~0.67 m/s和0.14~0.20 m/s。由此確定，仙桃自然河段和興隆庫區(qū)河段抑制水華生態(tài)需水調(diào)控的流速閾值分別為0.67 m/s和0.20 m/s，對應(yīng)的流量條件分別為興隆入庫流量1 160 m3/s、仙桃斷面流量約為1 040~1 200 m3/s（仙桃受長江水位頂托影響流速流量關(guān)系不唯一）。

根據(jù)魚類資源調(diào)查監(jiān)測，漢江中下游“四大家魚”繁殖主要依賴區(qū)間來水，特別是唐白河洪水，在水位漲幅比較大、日上漲率高、漲水持續(xù)時間長的情況下，“四大家魚”繁殖規(guī)模也比較大。以“四大家魚”為代表的產(chǎn)漂流性卵魚類產(chǎn)卵繁殖對水文水力條件的需求為：水溫超過18℃，洪峰上漲時間持續(xù)3天以上，水位日上漲率達(dá)到0.3 m/d，流量日上漲率不低于400m3/s，魚卵孵化所需流速不小于0.3 m/s，漂流里程約為300 km。

根據(jù)近兩年調(diào)查監(jiān)測，岸邊水下伊樂藻形成單一優(yōu)勢群落的臨界水深為3~3.5 m，水溫10℃可認(rèn)為是伊樂藻由慢速向快速生長切換的溫度閾值，影響伊樂藻生長分布的臨界流速約為0.14 m/s，流速越大，對伊樂藻定植越不利。水文統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，當(dāng)春季丹江口水庫下泄流量（即王甫洲水庫入庫流量）較大且具有一定的波動性（極值比＞2.0）時，例如2016年和2018年春季1—3月流量極值比分別為2.07和2.15，丹江口至王甫洲江段未出現(xiàn)伊樂藻過度生長現(xiàn)象。在夏季伊樂藻生長旺盛期，當(dāng)?shù)そ谙滦沽髁窟_(dá)到1 500 m3/s時，王甫洲水電站壩前水草漂浮物驟然增加，1 500 m3/s的流量條件可能是能夠?qū)σ翗吩宄墒靾F聚體產(chǎn)生沖刷破壞的臨界流量條件。

2.漢江中下游生態(tài)調(diào)度時機

漢江中下游水華大部分發(fā)生在1—3月，冬春1—3月是水華防控的生態(tài)調(diào)度時機。根據(jù)魚類產(chǎn)卵溫度要求，促進產(chǎn)漂流性卵魚類產(chǎn)卵繁殖的生態(tài)調(diào)度時機為5—8月，該時期水溫超過18℃，同時漢江上游和唐白河來水進入豐水期。根據(jù)伊樂藻生長節(jié)律，初春2—4月和秋末10—11月是開展防控伊樂藻過度生長生態(tài)調(diào)度的最佳時機，其中初春2—4月生態(tài)調(diào)度干擾伊樂藻萌發(fā)生長，秋末10—11月干擾其斷枝隨水流漂浮定植，破壞新群落的形成。

漢江中下游以防控水華、促進產(chǎn)漂流性卵魚類產(chǎn)卵繁殖和控制外來沉水植物過度生長為目標(biāo)的生態(tài)調(diào)度時機主要包括1—3月、2—4月、5—8月、10—11月（圖1），不同調(diào)度目標(biāo)之間有時間上的重疊，生態(tài)調(diào)度時間可占全年10個月份，漢江中下游生態(tài)調(diào)度在流域水利工程群聯(lián)合調(diào)度中占有重要地位。

圖1 漢江中下游生態(tài)調(diào)度需求和調(diào)度時機

3.漢江中下游生態(tài)調(diào)度方式

（1）水華防控

漢江中下游水華防控生態(tài)調(diào)度圍繞丹江口水庫、漢江中下游梯級水利樞紐（興隆水庫為主）和引江濟漢工程聯(lián)合開展。生態(tài)調(diào)度方式為：

①條件允許情況下，興隆水庫發(fā)生水華后可首先采用敞泄式調(diào)度方式，將庫區(qū)水體全部更換，使庫區(qū)積累的藻類盡快排出，換水完成后盡快蓄水至正常蓄水位，減小發(fā)電損失；在興隆水庫蓄水期間，減少的下泄流量由引江濟漢工程補足。

②當(dāng)敞泄式調(diào)度存在困難時，興隆水庫應(yīng)優(yōu)先采用水位波動式（沖蓄結(jié)合）調(diào)度方式進行調(diào)度，同時丹江口水庫加大下泄流量至800 m3/s，使興隆水庫入庫流量逐步達(dá)到1 000~1 160 m3/s，王甫洲、崔家營等梯級水利樞紐盡量采用低水位運行，確保丹江口下泄水量盡快到達(dá)興隆庫區(qū)，興隆樞紐采用水位波動式（沖蓄結(jié)合）調(diào)度方式，壩前水位波動范圍盡量達(dá)到0.5 m/d。

③加大引江濟漢工程引水，引水流量能夠補充上游興隆樞紐水位抬升時期減少的下泄流量，丹江口水庫下泄、興隆水庫水位調(diào)節(jié)和引江濟漢工程引水三者共同保障到達(dá)仙桃斷面的流量不低于1 040~1200 m3/s（對應(yīng)不同水位）。

（2）促進產(chǎn)漂流性卵魚類產(chǎn)卵繁殖

促進產(chǎn)漂流性卵魚類產(chǎn)卵繁殖的生態(tài)調(diào)度圍繞丹江口水庫和漢江中下游梯級水利樞紐聯(lián)合開展。參照湖北省政府批復(fù)的《湖北省漢江干流丹江口以下梯級聯(lián)合生態(tài)調(diào)度方案（試行）》要求，漢江中下游梯級聯(lián)合生態(tài)調(diào)度啟動條件為：豐水年、平水年提前24 h預(yù)報唐白河發(fā)生600 m3/s以上洪水，枯水年提前24 h預(yù)報唐白河洪水大于300 m3/s；特枯年份，至8月中旬，上述啟動條件仍未出現(xiàn)，則在8月下旬和9月上中旬，通過丹江口水庫加大出庫流量營造洪水過程。生態(tài)調(diào)度方式為：

①丹江口水庫下泄流量日增幅不低于400 m3/s（特枯年份200 m3/s），造峰持續(xù)時間不少于3天。

②王甫洲水庫維持正常蓄水位，水庫進出水平衡，以保證丹江口水庫“造峰”洪水維持原有形態(tài)不變向王甫洲下游傳播。

③崔家營及以下樞紐水庫按照預(yù)泄、敞泄、回蓄三個階段開展生態(tài)調(diào)度，自上而下依次逐步全開閘門敞泄，使?jié)h江中下游恢復(fù)天然行洪狀態(tài)，保障上游“造峰”過程進入各樞紐庫區(qū)時，水庫為敞泄?fàn)顟B(tài)。

（3）控制外來沉水植物過度生長

控制外來沉水植物過度生長的生態(tài)調(diào)度圍繞丹江口水庫和王甫洲水電站聯(lián)合開展。生態(tài)調(diào)度方式為：

①春季2—4月，在不影響南水北調(diào)中線供水情況下，丹江口水庫擇機采用下泄流量極值比大于2.0的方式開展調(diào)度，即在不低于490 m3/s最小下泄流量基礎(chǔ)上采用波動式加大流量下泄，其峰值流量按照最低流量的2~3倍進行設(shè)定，調(diào)度過程不少于2次，每次持續(xù)時間不少于5天。生態(tài)調(diào)度期間王甫洲水庫配合開展水位波動式調(diào)度，水位波動幅度盡量達(dá)到0.5 m。

②未發(fā)生秋汛年份，在秋末10—11月?lián)駲C再開展一次秋季生態(tài)調(diào)度，調(diào)度下泄流量峰值不低于1 500 m3/s，調(diào)度持續(xù)時間不少于5天。 ■