董铺和大房郢水库生态水位确定及保障研究_周民哲.pdf

收稿日期：；修回日期：作者简介：周民哲（），男，安徽铜陵人，助理工程师，从事水资源规划工作。第 卷第期安徽水利水电职业技术学院学报 年月 董铺和大房郢水库生态水位确定及保障研究周民哲（安徽沃特水务科技有限公司，安徽 合肥 ）摘要：文章利用天然水位资料法、湖泊形态法、生物空间法分析董铺水库和大房郢水库生态水位，最终以生物空间法确定生态水位，据此制定董铺水库和大房郢水库生态水情调度方案和保障措施。关键词：董铺水库；大房郢水库；生态水位；生物空间法；监测预警 ：中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：，：；近年来，我国河湖生态流量保障工作不断加强，水生态状况得到初步改善。但受自然禀赋条件限制、不合理开发利用以及全球气候变化等影响，部分流域生活、生产和生态用水矛盾仍然突出，河湖生态流量难以保障，河流断流、湖泊萎缩、生物多样性受损、生态服务功能下降等问题依然严峻。水库生态水位的确定可以控制水资源开发强度，统筹生活、生产和生态用水，优化配置水资源，也同时为河湖流域水量分配、生态水位管理、水资源统一调度和取用水总量控制提供重要依据，为生态保护和高质量发展提供水安全支撑。董铺和大房郢水库流域现状董铺水库位于巢湖水系南淝河正源上游，是以防洪、城市供水为主的综合利用水库。流域内有淠史杭灌区滁河干渠和大蜀山分干渠穿过。集水面积 ，总库容 。正常蓄水位 ，死水位 ，兴利库容 ，死库容 。大房郢水库位于南淝河支流四里河下游，集水面积 。以防洪和城市供水为主，兼顾生态补水与养殖功能。正常蓄水位 ，死水位 ，总库容 ，兴利库容 ，死库容 。董铺、大房郢水库以隧洞相连，连接管为两道平行圆管，管径 ，管底高程 ，平均引水流量 （两者在 高差时），管长 ，管道两头均有闸门控制。水源保护区划分董铺和大房郢水库为合肥市的饮用水源，其保护区划分为一级保护区、二级保护区和准保护区。（）水库一级保护区范围。水源一级保护区水、陆域面积按照董铺水库 高程以下陆域和水域，大房郢水库 高程以下的陆域和水域予以划分。董铺水库一级保护区面积约 ；大房郢水库一级保护区面积约 。（）水库二级保护区范围。水域范围：水库二级保护区水域范围为一级保护区外入库河流、渠道上溯至滁河干渠的水域范围。其中南淝河上溯距离为 ，四里河上溯距离为 ，其他补水渠道上溯距离为 。陆域范围：根据水库实际汇水情况确定，原则上不少于一级保护区外 ，平均控制距离 划定二级保护区；水库上游主引水渠道上溯至滁河干渠两侧各 ，其他渠道两侧 划定二级保护区；大官塘水库正常水位线以上 的区域划定为二级保护区。二级保护区总面积约 ，其中董铺水库 ，大房郢水库 。（）水源准保护区范围。一二级保护区外两大水库陆域汇水区域和水库坝下一定区域，其中董铺水库为西二环路西侧道路红线，大房郢水库为防汛路北侧道路红线，为水源准保护区。准保护区总面积约 ，其中董铺水库 ，大房郢水库 。水生态现状董铺、大房郢水库水生生物较为丰富。监测到浮游植物 种，隶属门 属，其中绿藻门 属 种，占总数的；硅藻类属 种，占种类的；蓝藻门属 种，占总数的；裸藻门属种，占总数的；甲藻门属门，占总数的；隐藻门属门，占总数的；金藻门属门，占总数的。浮游动物共鉴定 种，其中原生动物 种，占比；轮虫 种，占比；枝角类 种，占比；桡足类 种，占比。优势种为矩形龟甲轮虫、十字龟甲轮虫、秀体溞和广布中剑水蚤。调查共采集到底栖动物计 种，其中软体动物种，占底栖动物种类的 ；寡毛类种占比 ；摇蚊类种占比 。底栖动物数量与生物量与水深具有较高的相关性，即水深越浅，底栖动物的密度与生物量渐少，反之水渐深，底栖动物的密度与生物量逐渐增多。根据观察与采样，易见四大类共 种水生高等植物，基本可显示“野菱群落、苦草聚草群落、芦苇群落、莲群落等群落特征”。其中“野菱群落”分布在水库 的浅水区；“苦草聚草群落”分布在 的水深区域；“芦苇群落”、“莲群落”主要分布在水库岸边潮间带区域。据调查，董铺和大房郢水库鱼类主要有鲫鱼、鳙鱼、鲢鱼、草鱼、青鱼等，水库鱼类长势一般，丰满度与全国同类型水库大体相当。生态水位确定 水库生态功能需求根据董铺和大房郢水库的特点，选择水库坝上作为生态水位控制断面。湖库生态需水是将湖库生态系统结构、功能和生态过程维持在一定水平所需要的水量。研究湖库最小生态环境需水量的关键在于确定合理的最低生态水位。董铺、大房郢水库是以防洪为主、城市供水等多目标综合利用大型水利枢纽工程，只有保持良好的水质和生态环境才能提供适宜人居的生活环境；保持水库适宜的生态水位，是保障饮用水水源地水质、第期周民哲：董铺和大房郢水库生态水位确定及保障研究生物多样性，以及人类与大自然和谐相处的必要条件。水库生态水位的确定应综合考虑水位、供水、防汛抗旱、水生生物生长等方面的因素。基本生态水位确定（）天然水位资料法。由于湖库年最低水位是随机变量，因此，统计的水位资料系列越长，湖库最低生态水位的代表性越好。一般统计的湖库水位系列长度应该覆盖湖库水位年际变化的一完整长周期。流量历时曲线法在计算生态需水时要求统计系列长度不少于 年，这是一个可以参考的长度，表达式如下：（，）（）其中，为湖库最低生态水位，；为第年最低水位，；为统计的天然水位资料系列长度。通过对董铺、大房郢水库月均水位资料进行还原分析计算，董铺水库历史最低月均水位为 年 月的 ；由于大房郢水库历史观测水位较少，仅还原了 年月均水位资料，其中 年月最低为 。董铺、大房郢水库最小月均水位详见表所列。表大房郢水库历史月均水位情况表日期年最低水位 年月 年 月 年 月 表董铺水库历史月均水位情况表日期月均最低水位日期月均最低水位 年月 年月 年 月 年月 年月 年月 年 月 年 月 年月 年 月 年 月 年 月 年 月 年月 年月 年 月 年 月 年 月 年月 （）湖泊形态法。采用实测湖泊水位和湖泊面积资料，建立湖泊水位和 关系线，其概化图如图所示。随着湖泊水位的降低，湖泊面积随之减少。由于湖泊水位和面积之间为非线性的关系。当水位不同时，湖泊水位每减少一个单位，湖面面积的减少量是不同的。在 和湖泊水位的关系上有一个最大值。最大值相应湖泊水位向下，湖泊水位每降低一个单位，湖泊水面面积的减少量将显著增加，也即在此最大值向下，水位每降低一个单位，湖泊功能的减少量将显著增加。如果水位进一步减少，则每减少一个单位的水位，湖泊功能的损失量将显著增加，将是得不偿失的。湖泊水位和 可能存在多个最大值，由于湖泊最低生态水位是湖泊枯水期的低水位，因此，在湖泊枯水期低水位附近的最大值相应水位为湖泊最低生态水位。如果湖泊水位和 关系线没有最大值，则不能使用本方法。图湖泊水位和湖泊面积变化率关系概化示意图安徽水利水电职业技术学院学报第 卷分别利用董铺水库、大房郢水库实测水位和水面面积资料，计算得水位与水面面积变化率 关系曲线，两水库均无最大值，因此本方法不适用于董铺水库、大房郢水库的基本生态水位的分析计算。（）生物空间法。一般情况下，鱼类作为水生态系统中顶级群落，对其他类群的存在和丰度有着重要作用。鱼类对河流生态系统具有特殊作用，加之鱼类对生存空间最为敏感，故将鱼类作为关键物种和指示生物。认为鱼类的生存空间得到满足，其他生物的最小生存空间也得到满足。湖泊最低生态水位计算式：鱼 （鱼，鱼，鱼鱼）鱼（）其中，鱼为鱼类所需最小水深（）；鱼为第种鱼类所需最小水深（）；为湖底高程（）；为鱼类所需湖库最低生态水位（）。鱼类生境参数中最大水深的最低标准为“鱼类体长的倍”。董铺、大房郢水库水生生物较为丰富，抽样最大鱼为鳙鱼，最长约 ，则鱼类所需最小水深为 。董铺水库和大房郢水库库底最低高程分别约为 和 ，根据库区的野生鱼类生存和繁殖需求，需要 的水深，那么水位应为 和 ，该水位下鱼类种群生长繁殖基本满足要求。由此法确定的董铺水库和大房郢水库最低生态水位分别为 和 。综上，本次分析计算董铺、大房水库基本生态水位，其中依据天然水位资料法计算值分别为 和 ；生物空间法计算值分别为 和 ；水库死水位相应为 和 。由于大房郢水库历史水位资料较短不具有代表性；湖泊形态法不宜用于本次计算；生物空间法为半经验公式，体现不出季节变化因素，因此本次董铺、大房郢水库基本生态水位分别确定为 和 ，详见表。表董铺和大房郢水库基本生态水位计算成果表水库天然水位资料法湖泊形态分析法生物空间法死水位基本生态水位董铺水库 大房郢水库 目标生态水位确定本次分析董铺、大房郢水库目标生态水位，主要考虑水库的城市供水因素、抗旱预警因素及周边湿地保护因素。考虑城市供水因素董铺、大房郢水库最低水位分别为 和 ；考虑抗旱因素两水库控制水位均为 ；考虑周边湿地保护因素两水库最低水位分别为 和 。董铺、大房郢水库正常蓄水位分别为 和 。确定两水库目标生态水位分别为 和 ，详见下表。表董铺和大房郢水库目标生态水位计算成果表水库城市供水抗旱湿地保护正常蓄水位目标生态水位董铺水库 大房郢水库 预警 监测方案为了保障董铺、大房郢水库目标生态水位，实现水库水位能够达到其生态水位的要求，综合防洪、供水等功能需求，开展生态水位监测，强化闸坝调度管理，合理制定闸坝调度方案，维护水库生态功能。（）监测对象。结合河湖生态水位考核和管理需要，考虑设备以及监测投入等问题，前期分别选取董铺水库、大房郢水库坝前水位站作为监测对象。（）监测内容。因现状董铺、大房郢水库坝前水位站监测范围分别为 、，应第期周民哲：董铺和大房郢水库生态水位确定及保障研究对水位站进行延长或重新布设水位站以满足测量要求。（）监测频次。董铺水库、大房郢水库坝前个水位站监测频次为一日一次。（）报送流程。监测数据于当日时前上报；遇特殊情况，监测站点、监测频次以及监测时间将作调整，并另行通知。（）信息平台。在合肥市信息平台内增加生态流量（水位）模块。开展董铺和大房郢水库生态水位保障在线监控和预警管理工作，实现水库生态水位的在线监测；在生态水位满足预警条件时，及时启动相应等级的预警方案，保障董铺和大房郢水库的生态水位。预警方案（）预警层级。选择水库日均水位作为生态水位预警指标，预警层级分为蓝色、橙色、红色三级。预警阈值原则上按照生态水位目标的 、和 等比例设置，本次预警阈值按照 、和 设置。（）预警阈值。当董铺水库日均水位为 或大房郢水库日均水位为 ，且预报将继续下降时，由水行政主管部门发布水库生态水位蓝色预警；当董铺水库日均水位为 或大房郢水库日均水位为 ，且预报将继续下降时，由水行政主管部门发布水库生态水位橙色预警；当董铺水库日均水位为 或大房郢水库日均水位为 ，且预报将继续下降时，由水行政主管部门发布水库生态水位红色预警。（）预警响应机制。主要包括：蓝色预警响应机制。启动蓝色预警响应时，发挥董铺、大房郢水库及周边流域水系连通作用，做到计划用水，节约用水，加强董铺、大房郢水库水位监测及上游流量监测，保障流域内生活用水。橙色预警响应机制。启动橙色预警响应时，启动驷马山引江方案，提高引水入库效率；强化工程控制运用，减少水库的流出量，停止重要泵站环境取用水；进一步强化节约用水，优先保证生活用水。红色预警响应机制。启动红色预警响应时，进一步加大长江引水量，提高引水入库效率；进一步强化工程控制运用，实施更为严格的用水管控措施；水库水及淠史杭灌区的优质水源优先供给生活用水，适当开采地下水，努力保障生活用水。预警响应结束。当董铺水库日均水位等于 和大房郢水库日均水位等于 ，且预报将继续上升时，水行政主管部门宣布预警响应结束，并通报相关部门。结束语目前，湖泊最低生态水位分析计算方法较多，应结合各自特点和资料条件，确定合适的方法，本文计算结果最终以生物空间法确定基本生态水位，并考虑了现实运用情况。董铺和大房郢水库的生态水位的确定，对于加强水生态文明建设、完善水库生态水量调度管理，促进水库生态环境持续改善具有重要意义。参考文献合肥胜蓝水环境工程有限公司 年大房郢水库水生生物调查评估报告和 年董铺水库水生生物调查评估报告 水利部水利水电规划设计总院 河湖生态环境需水计算规范 国家环境保护总局办公厅 水电水利建设项目河道生态