生态流量调控与水资源保障集成技术——算好“生态水账” 复苏美丽白洋淀

>白洋淀生态补水 本刊资料

夏日蝉鸣，满塘荷开，白洋淀修复进行时。

“建设雄安新区，一定要把白洋淀修复好、保护好。”2019 年1 月，在雄安新区规划展示中心，习近平总书记殷殷嘱托：“当时选址在这，就是考虑要保护白洋淀，而非损害白洋淀。”

作为华北平原最大的淡水湿地生态系统，白洋淀构筑了雄安蓝绿之城最坚实的底色。历史上白洋淀水量丰沛，然而近年入淀河流几近干涸，白洋淀一度陷入水源不足、水体污染、生态恶化等尴尬困境。复苏白洋淀，让“华北明珠”重现光彩，成为雄安新区这一千年大计、国家大事的关键之举。

水，是白洋淀的灵气所在，也是白洋淀生态修复的核心问题。修复好、保护好白洋淀，需要多少水？水从哪里来？如何补水？中国水利水电科学研究院水资源研究所牵头承担了国家水体污染控制与治理科技重大专项课题“白洋淀-大清河生态流量调控与水资源保障技术研究”（2018ZX07110001）。经过4 年的科技攻关，课题组研究成果将为白洋淀修复与保护决策提供重要支撑。

>白洋淀流域河流水系图

>白洋淀芦苇荡 摄/赵克琪

修复好、保护好白洋淀生态环境，需要多少水？

——探究水文-生态响应规律，分时分段计算白洋淀及入淀河流生态需水

2019 年1 月，经党中央、国务院同意，河北省委、省政府正式印发《白洋淀生态环境治理和保护规划（2018—2035 年）》。根据规划，“白洋淀淀区面积应达到360km2左右、正常水位保持在6.5 ～7.0m”。实现这一目标要求，需要多少水？

河流下梢，华北之肾。除了淀区的水量补给与消耗，白洋淀上游有8 条入淀河流，这些河流的水量也决定了白洋淀丰枯变换。课题组对淀区和入淀河流分别进行了生态需水计算。

每条河流都有自己的脾气秉赋，一条河流流经的不同河段也各有特点，从郊野到农田再到人口密集区域，生态需水不尽相同。课题组根据干支流特点、上游水库分布情况、山丘区-平原区分界线、水文站点分布、人口及城镇分布等因素，将8 条河流细化为21 个河段，每个河段采取水文学法、水力学法和生境法三类9 种方法进行计算，分别确定了生态流量的范围、均值和中值，克服了单一方法计算结果差异较大的弊端，满足了入淀河流生态需水精细化保障的需求。

>课题组开展了5 期全淀水生态调查，包括水深、水质、浮游生物、水生植物、底栖生物及鱼类等，采集样本2300 多个，为白洋淀水文-生态响应及生态需水核算提供了依据

随着近年学术界对生态流量研究逐步深入，越来越多专家认为，水文-生态响应关系是揭示河湖生态需水的关键。

万亩芦苇荡，见证了雁翎队的传奇，也是白洋淀重要的水生植物。考虑芦苇不同发育期对水的需求不同，课题组提出针对芦苇生长全生命周期调控生态水位，比如萌芽期水深不宜过大，避免春季高水位影响芦苇萌发，抽穗期是需水关键时期，耗水量最大，生长期水深在0.4 ～0.8m 时芦苇长势最佳。

聚焦于整个生态过程，以维持生态系统稳定为目标，课题组构建了白洋淀淀区食物网营养结构模型，分析了食物网链接密度与连通度等指标随水位的变化情况，结果显示，系统指标随着水位增加呈先增加趋于稳定后急速下降的总体趋势。选取满足白洋淀食物网复杂性最大的水位阈值范围，结合年内水位波动情势，课题组提出了白洋淀低、中、高不同生态水量方案。

向内挖潜，白洋淀流域有多少水可留给生态？

——从上游山区水源涵养到中游种植结构优化，既重清水产流，也重农业节水，统筹核算流域“生态水”潜力

森林植被是“绿色水库”，天然过滤，涵养水源。白洋淀入淀河流上游植被覆盖度低且结构不合理、涵养功能低，山区沟河坝阻挡物多，平原区河道破损严重，河流连通性差。

节水，从源头第一滴水开始。为实现清水产流，课题组着眼强化水源涵养功能、提升入淀河道连通性，通过野外调查、模型模拟等，结合资料收集、无人机航拍、高分遥感解译，提出了不同情景条件的水源涵养林结构优化提升以及白洋淀入淀河流连通性优化方案。

“单一灌木对全氮的削减率最低，可达5%左右”“通过流域-小流域-坡面-群落四级水源林结构优化配置与植被群落营造技术，提高上游山区水源林覆盖率。”一批研究结论，将为山区清洁小流域和水源涵养林建设等提供科技支撑。

白洋淀流域农业用水占用水总量约70%,是用水大户，也是节水潜力所在。其中高耗水的小麦-玉米一年两季种植，占总播种面积70%以上。地处我国粮食主产区，肩负着粮食安全重任，粮食生产需要水，实现高质量发展、维护良好生态，也离不开水，平衡两者的关系，种植结构调整是不争的抉择。

为缓解地下水超采，河北被列入耕地季节性休耕制度试点。课题组研究高耗水作物的替代作物以及小麦休耕期保水措施的节水效果，提出了6 种种植制度替代模式，制定了白洋淀上游山区、平原区和雄安新区不同区域的用水优化方案。

比如，在小麦休耕期，课题组建议开展黑膜覆盖，减少由于地面裸露、杂草丛生导致的无效蒸散发消耗，或者轮作耐旱作物冬油菜，减少冬春季地面裸露，增加观赏价值，在春季翻耕还可达到培肥地力的效果。

从山区水源涵养林构建技术，到入淀河道河岸植被带与物理连通技术，再到流域种植业结构调整与用水优化方案……一系列科研成果支撑有限水资源的科学合理分配，既提升林业、农业综合效益，又能把更多节余的水量留给大自然，留给白洋淀的生态环境。

>课题组对上游山区林业覆盖现状开展了大规模外业调查，结合遥感解译，对流域立地条件进行划分，研发了流域-小流域-坡面-群落四级水源林结构优化配置和营造技术

>课题组在望都灌溉试验站开展了3 年的不同休耕制度节水试验研究，提出了白洋淀上游流域不同区域不同用水目标下种植业用水优化方案。通过调整优化种植结构，对有限的水资源进行合理的分配，提高农业用水效率，提升区域种植业综合效益

系统治理，白洋淀生态补水补多少，如何补？

——从优化补水路径到优化水源配置，构建生态补水新格局，提升生态补水综合效益

279m3——这是白洋淀流域人均水资源量，远低于500m3的人均极度缺水红线，也意味着雄安新区这一未来之城即便通过各种节水措施，地表水稀缺的现实、用水量增长的趋势依旧难以改变。干渴的白洋淀需要新水源，也需要多水源的合理分配、补水路径的优化，实现补水效益的最大化。

作为淀区物质输送、迁移和扩散的主要驱动力，水动力过程对淀泊生态系统演变起着重要作用。尤其白洋淀水浅、围埝众多、沟壑分布复杂，多年来依赖补水维持淀区最小水位，基本无水下泄，因此，通过补水来提升水动力过程十分关键。

>课题组研发的保障生态“多水源-多目标-多情景”水资源优化配置与综合调控技术，入选《雄安新区水资源保障能力技术支撑推荐短名单》A 类（前沿领先）技术。图为课题组成员在雄安新区进行技术宣讲和交流

引黄入冀补淀是目前白洋淀3 条主要生态补水路径之一。课题组认为，受地形、围堤围埝阻挡等因素影响，引黄水入淀后，在入淀口至采蒲台南水域形成区域壅水，水流速度慢，难以向淀区西部、中部和北部区域流动，淀区水动力和水质改善作用有待提升，生态补水的整体效果尚未得到充分发挥。

课题组开展多源补水下的淀区水动力提升研究，以流场分布、连通强度、滞留时间等重要参数变化作为表征，探寻了水系连通演变过程及驱动规律。比如模拟引黄入冀补淀向西部通道分水、白沟引河生态补水向萍河分水的情景：原引黄通道保留20%流量，分配潴龙河、孝义河、唐河、府河比例分别为原流量的30%、15%、20%、15%，白沟引河分水至萍河40%。结果显示，淀区水动力及水质改善效果明显。

综合考虑地形、水动力、水质等多方面因素，课题组建议构建以西部通道为主体的白洋淀生态补水大格局，全面改善淀区水动力条件，提升水质、恢复水生态。

解决“水调到哪里”才能发挥最大的效益，最重要的是考虑不同年份“水从哪里调”“调多少”的问题。

据课题组介绍，目前白洋淀流域生态补水水源主要有三类：一是流域上游水库水，二是跨流域调水，包括引黄入冀补淀和南水北调中线生态补水，三是非常规水，如再生水、雨洪水等。考虑白洋淀淀区不同生态水位目标及入淀河流基本、适宜、良好不同生态流量需求，结合丰水年、平水年、枯水年不同来水情景，课题组构建了“多水源-多目标-多情景”的生态流量调控模型，实现了不同水平年、不同生态需水目标、不同水源情景下白洋淀及入淀河流生态流量精细精准调控。

>渔舟唱晚 摄/王凤奎

>课题组开发了白洋淀—大清河流域生态流量调控与水资源保障软件系统，以“多水源-多目标-多情景”生态流量调控模型为核心，集成了生态需水计算、水源涵养与输水河道连通、种植业用水优化、淀区水动力改善与水质保障等模型

考虑白洋淀、黄河、汉江等流域的常态与极端、现状与未来，重点研究了12 种8 类情景方案，选取断面流量、有水长度、水面面积等指标进行了调控效果评价，提出了流域生态补水方案和长效保障机制。

课题组以“多水源-多目标-多情景”生态流量调控模型为核心，集成了生态需水计算、水源涵养与输水河道连通、种植业用水优化、淀区水动力改善与水质保障等模型，开发了白洋淀—大清河流域生态流量调控与水资源保障软件系统。通过对各种水资源优化配置和调控方案作出科学直观的评估和分析，为管理部门提供了切实可用的生态补水与水量调控管理工具。

淀阔水清凭鱼跃，春暖苇绿任鸟飞。主动对接白洋淀修复与保护的科技需求，始终以问题为导向，深入一线，派遣科研骨干入驻雄安新区开展驻点研究，边研究、边产出、边支撑，水利科技工作者把论文写在祖国的大地上，也写在雄安新区千年大计的征程中。值得期待，“华北明珠”重绽风采，城淀共生共融的盛景终将实现。