嫩江引洪后下游水文情势影响分析—以吉林西部河湖连通供水工程为例

吴 睿，徐卫华，孙述海

1.南京国环科技股份有限公司，江苏 南京 210000；2.江苏新清源环保有限公司，江苏 南京 210000；3.长春工程学院，吉林 长春 130000

0 引言

上世纪70年代以来，大规模垦殖造成湿地面积日益萎缩，使得吉林西部地区的湿地生态功能严重下降。另外上游尼尔基、图牧吉、察尔森水库的兴建削弱了洪泛脉冲作用，沿江堤防防洪标准的不断提高也对河流与沿岸洪泛湿地的生态联系起到了一定的阻隔作用[1]。上述因素的共同作用导致原有湖泡湿地和形成江河之间的天然连通程度不断降低，湿地所固有的生物多样性保护和蓄滞洪水功能也逐渐丧失。为此，吉林省拟利用过境洪水资源实施西部河湖连通工程，实现以西部草原湿地恢复带为骨架，以重点生态功能区为支撑，以点状分布为重要组成部分的生态群落[2]。达到提高生态区内植被覆盖率，有效控制水土流失，恢复水生生物和植物生长环境，降解环境污染，构建西部 “东西两带”生态安全格局良性生态循环的目的[3-4]。

根据西部地区河湖分布情况和水源条件，规划的总体概念是构筑以生态区为核心，围绕核心打造集中连片，河湖互动和动态平衡的生态群落。生态补水总体涉及吉林西部平原区内的203个湖泡、水库及周边湿地。依托52 km引嫩入白供水工程的引嫩总干渠及附属支渠，连通周边58个湖泡形成“莫莫格生态区”，该区域地势平坦，通过嫩江河流的洪泛作用，在沿岸及低洼区形成了数量众多的泡沼及湿地，具有生物多样性保护和蓄滞洪水等重要生态功能。

嫩江起源于黑龙江省大兴安岭的伊勒呼里山中段南麓[5]，流经三个省自治区（黑龙江、内蒙古、吉林）的总流域面积可达298 500 km2，其河长为1 370 km，下游河道的比降在0.04‰～0.1‰之间。整理《松辽流域水资源综合规划》和《吉林省水资源综合规划》的成果表明，莫莫格生态区地表水径流量为6.14亿m3，可利用水资源量为0.24亿m3。长系列月调节计算结果表明，2030年嫩江多年平均常态引水量为5 530万m3，嫩江引洪水量为9 111万m3，莫莫格国家级自然保护区洪水资源利用量远大于常态水资源引用量。为此，本文针对嫩江引洪后主要引水断面下游水位、流量和流速的变化进行分析，解析吉林省西部河湖连通供水工程引用洪水资源对嫩江下游水文情势的影响作用。

1 莫莫格生态区洪水资源利用工程的概况和合理性分析

1.1 莫莫格生态区生态群落布局

莫莫格生态群落规划涉及镇赉县、洮北区东部、大安市东部和北部。主要依托引嫩入白供水工程，通过52 km的引嫩总干渠及附属支渠连通周边56个湖泡，形成“莫莫格生态群落”。重要的节点线路为嫩江-白沙滩泵站-莫莫格-洮儿河。莫莫格生态群落包括镇赉县境内45个湖泡，洮北区境内2个湖泡以及大安市境内10个湖泡。“莫莫格生态群落”的湖泡整体连通后，可大幅度改善区域内植被覆盖率，并有效控制水土流失，促进水生生物植物的恢复生长以及污染降解和净化空气的良好生态循环。

1.2 莫莫格生态区洪水资源利用工程的生态合理性分析

本次引洪频率按2年一遇设计，同时考虑当地来水补给和常规补水，结果表明增加洪水补给后的湖泡湿地水文周期均可达2年以上，说明洪水资源对维持这些湖泡湿地生态水文过程具有较好的效果，因此该生态区生态补水工程方案合理。根据P=25%、P=50%、P=75%来水频率，预测补水过程与莫莫格国家级自然保护区湖泡湿地水文周期的相互影响关系，结果发现主要湖泡湿地水文周期，在25%频率的丰水年时，除了那什吐泡补水后水文周期小于1年，其余各泡水文周期均大于2年，其中群英水库和五家子水库的水文周期分别达到了10年和6年。在50%和75%频率下，大部分湖泡水文周期均小于1年，在没有常态和洪水补水的情况下，天然来水和灌区退水不能满足莫莫格生态区内湖泡的生态耗水。

1.3 莫莫格生态区洪水资源利用的工程时间合理性分析

莫莫格生态区实施生态补水工程的供水时间为6月至10月，供水时间上首先考虑避让当地农业用水等其它用水户需求，不会对其它用户造成不利影响。受水湖泡、湿地中的芦苇等植被每年6～9月处于生长旺盛期间，生长需水量也达到最高，工程补水时间与植被生长需水时间基本一致。从历史上看，当地湖泡的形成多为洪水泛滥造成，本次是生态补水工程的供水时间基本处于洪水期，因此供水时间符合生态要求。此外，每年3至5月中旬和9至11月上旬是生态区内重点保护鸟类白鹤的停歇期，因为工程供水期为6至10月，所以供水期内大部分时间不会直接影响白鹤停留。

2 洪水资源利用后嫩江下游水文情势影响分析

按照引洪判别条件[6]，经长系列月调节计算，2030年嫩江多年平均引洪水量为9 111万m3。为分析引洪导致嫩江下游水文情势的变化，选择各主要引洪河流的引水断面，嫩江选取白沙滩断面和大赉断面，断面2030年引洪水量详见表1。

引洪对嫩江下游水文情势影响分析.嫩江引洪时段为7至10月份，经分析多集中在7至9月份，因此，只分析7至9月份生态区洪水资源利用与嫩江下游水文情势的变化关系[7]。

2.1 洪水资源利用后嫩江主要控制断面流量变化

白沙滩和大赉断面计算多年引洪后7至9月的月均流量平均值，结果表明两断面分别减少7.7 m3/s和11.3 m3/s。与洪水资源利用前的流量相比，引洪后白沙滩和大赉控制断面每月平均流量下降比率分别为0.69%和1.01%。分析两个控制断面7至9月的引水流量发现（表2），两个控制断面的平均流量在8月达到最大同时引水流量也达到最大。8月白沙滩和大赉断面月均减少流量分别为12.9 m3/s和17.8 m3/s，分别占月均流量的0.76%和1.07%。引水前白沙滩和大赉断面的月均最小流量分别为709 m3/s和746 m3/s，引水流量分别占月均最小流量的0.52%和0.64%。

表1 嫩江主要控制断面多年平均来水量及引洪水量表Table 1 Multi-year average statistical value of incoming water volume and flood discharge in the main control section of Nenjiang River

根据长系列引水过程分析，7至9月20%、10%、5%、2%来水频率下，白沙滩断面月均流量分别为 1 446 m3/s、2 303 m3/s、3 996 m3/s 、4 392 m3/s，引水流量分别为15 m3/s、25 m3/s、50 m3/s、38 m3/s，引水流量占引水前流量的1.05%、1.07%、1.26%、0.87%。1959年8月为有引水月份中最枯月，来水的频率为26%，引水前月均流量为1 251 m3/s，引水13 m3/s占引水前月均流量的1.07%；1998年7月引水50 m3/s，为引水量最大的月份，来水频率5%，引水前月均流量为3 996m3/s，引水流量占引水前流量的1.26%。

7至9月20%、10%、5%、2%来水频率下，大赉断面的多年月均流量分别为1 513 m3/s、2 539 m3/s、4 289 m3/s、4 925 m3/s，引水流量分别为26 m3/s、31 m3/s、50 m3/s、76 m3/s，引水流量占引水前流量的1.73%、1.21%、1.16%、1.55%。1962年9月为有引水月份中最枯月，来水的频率为32%，引水前的每月平均流量为1 189 m3/s，断面以上引水5 m3/s占引水前月均流量的0.38%。1998年7月断面以上引水76 m3/s，为引水量最大的月份，来水频率2%，引水前月均流量为4 925 m3/s，引水流量占引水前流量的1.55%。不同来水频率下断面平均流量分析成果见表3。

表2 嫩江主要控制断面多年平均地表水径流量变化分析Table 2 Analysis of the multi-year average variation of surface water runoff on the main control section of Nenjiang River

2.2 洪水资源利用后嫩江主要控制断面水位变化

整理7至9月多年平均条件下两个控制断面的引水后月均水位变化资料发现，白沙滩断面和大赉断面月均水位分别降低0.01～0.02 m和0.01～0.03 m，洪水资源利用后嫩江下游水位受到的变化影响较小。

从7至9月引水过程来看，两个断面8月份引水量最大，水位降低幅度也最大，白沙滩和大赉断面水位降低分别为0.02 m和0.03 m。两个断面多年平均条件下7至9月水位降幅见表4。

根据长系引水过程分析，在7至9月20%、10%、5%、2%来水频率下，白沙滩断面月均水位分别为131.20 m、132.23 m、133.63 m、133.84 m，引水后水位分别降低了0.02 m、0.02 m、0.04 m、0.02 m。1959年8月为有引水月份中最枯月，引水前月均水位为130.91 m，引水后水位降低0.02 m；1998年7月为引水量最大的月份，引水前月均水位为133.63 m，引水后水位降低0.04 m。

7至9月20%、10%、5%、2%来水频率下，大赉断面月均水位分别为128.61 m、129.84 m、130.92 m、131.20 m，引水后水位分别降低了0.04m、0.03 m、0.02 m、0.03 m。1962年9月为有引水月份中最枯月，引水前月均水位为128.05 m，引水后水位降低0.01 m；1998年7月为引水量最大的月份，引水前月均水位为131.20 m，引水后水位降低0.03 m。不同来水频率下两个断面平均水位分析成果见表5。

表3 嫩江不同来水频率下控制断面平均流量分析成果Table 3 Changes in average flow of control sections at different incoming water frequencies in Nenjiang

表4 嫩江主要控制断面 7～9月的多年平均水位变化分析Table 4 Multi-year average water level change in the main control section of Nenjiang from July to September

2.3 引洪后嫩江主要控制断面流速变化

各断面引洪后，流速变化均较小。不同来水频率下断面月平均流速分析成果见表6。

在7至9月20%、10%、5%和2%来水频率下，白沙滩断面的月均流速分别为0.625 m/s、0.792 m/s 、1.019 m/s和1.067 m/s，引水后流速为0.621 m/s、0.789 m/s、1.012 m/s和 1.062 m/s。1998 年 7 月是白沙滩控制断面月均流速变化最大的月份，莫莫格生态区洪水资源利用导致白沙滩控制断面月均流速降低了0.007 m/s。

在7至9月20%、10%、5%和2%来水频率下，大赉断面的月均流速分别为0.884 m/s、1.160 m/s、1.571 m/s和1.651 m/s，引水后流速为0.875 m/s、1.152 m/s、1.563 m/s和1.642 m/s。1998年7月是大赉控制断面月均流速变化最大的月份，莫莫格生态区洪水资源利用导致大赉控制断面月均流速降低了0.009 m/s。

3 结论

嫩江引洪时段为7至10月份，经分析多集中在7至9月份，因此，主要分析7至9月份莫莫格国家级自然保护区引洪对嫩江下游水文情势的影响。分析表明生态区实施引洪补水后，嫩江下游流量、水位和流速的变化均不大，生态区利用洪水资源补水对嫩江下游水文情势的变化影响较小。

表5 嫩江不同来水频率下各控制断面平均水位分析成果Table 5 Average water level change of each control section under different incoming water frequencies in Nenjiang

表6 嫩江不同来水频率下各断面月平均流速分析成果Table 6 Analysis of monthly average flow velocity changes in different sections of different rivers in Nenjiang