白洋淀上游河流生态流量确定研究

谭红武 ，陈一迪 ,3，诸葛亦斯 ，李国强 ，梁晓旭 ,2，聂 睿 ,3，李双双

（1.中国水利水电科学研究院水生态环境研究所，100038，北京；2.河北大学雄安生态环境研究院，071002，保定；3.三峡大学水利与环境学院，443002，宜昌）

大清河是海河流域五大水系之一，西起太行山，东至渤海湾，北临永定河，南靠子牙河，流域面积45 131 km2。 大清河在区域气候调节、水源涵养、水土保持和生物多样性等方面发挥着重要作用。 《京津冀协同发展规划纲要》强调，加快推进包括滦河、潮白河、北运河、永定河、大清河、南运河六条重点河流和白洋淀、 衡水湖、七里海、南大港、北大港五大重点湖泊湿地在内的“六河五湖”生态治理与修复，形成上下贯穿、河湖相连、水岸一体的生态空间。 《雄安新区规划纲要》提出改善白洋淀水质，大清河作为重要入淀河流也列入其中，其治理迫在眉睫。

20 世纪 60 年代后期， 由于流域空间被侵占、 地下水过度开采等，白洋淀上游天然来水量大幅度减少，大清河及沿线坑塘湿地面积越来越小，逐渐趋于萎缩干涸。 大清河位于京津冀生态核心区，是京津冀生态系统中的重要生态廊道，流域生态恶化成为区域可持续发展的瓶颈制约。 保障生态流量是恢复河流生态功能、维护河流生态环境健康的关键因素。 在考虑河流面临不同程度的胁迫等级下估算河流生态流量，从而恢复大清河生态功能。

一、生态流量计算与结果

目前国内针对大清河流域的研究，主要集中在分析流域内水资源总量和水资源管理体制等方面，缺乏对生态流量的动态过程分析。

生态流量计算方法主要包括水文学法、水力学法、栖息地评价法、整体分析法等。 随着研究主体及侧重点不同，生态流量概念内涵不断发展变化，2020 年 4 月水利部印发 《关于做好河湖生态流量确定和保障工作的指导意见》，明确河湖生态流量内涵：为了维系河流、湖泊等水生态系统的结构和功能，需要保留在河湖内符合水量要求的流量（水量、水位）及其过程。 因此，要在多目标河湖生态流量计算方法、 分区分时生态流量确定、生态流量动态过程、生态流量管理机制等方面予以重视。

大清河流域生态系统资料比较缺乏， 由于人类活动的过度干扰，导致流域内下垫面情况发生改变，水生生物多样性也随之减小，传统计算方法并不适用于大清河流域现状。 本研究采用Smakhtin 等在2006 年提出的流量历时曲线转移法 （Flow Duration Curve Shifting Method , FDCSM），将河流的生态环境与水文状况紧密相连，对不同生态管理级别下河流生态环境需水量进行计算。 将生态管理等级从高到低依次划分为自然状态、轻度干扰、中度改造、重度改造、重大改变和不可逆状态 6 个等级。 利用1901—2000 年逐月还原月均流量，构建参考流量历时曲线， 将其沿着概率轴向左移动，得到生态流量历时曲线。

以中易水河和南拒马河为例，从图1 可以看出，随着各生态管理等级下降，对应的生态流量也逐渐减小。

图1 河流生态流量历时曲线

Hughes 等提出使用空间内插法来实现生态流量与天然流量过程的转换：在天然流量过程线上读取某月的流量值（图2c），在天然流量历时曲线上读取对应的频率（图2d），在不同生态管理等级的生态流量历时曲线上读取该频率值对应流量值 （图2b）即为该月生态流量值（图2a）。

图2 天然流量过程与生态流量过程转换示意图

根据海河流域水生态功能分区，大清河上游流域横跨海河流域水生态功能一级分区中的“太行山山地少水区”和“太行山山前平原缺水区”，位于三级分区中的“大清河下游白洋淀湿地生境保育区”，紧邻“大清河下游水量胁迫农业污染生境维持区”和“大清河中游水量胁迫城镇复合污染干流生境破坏区”。 在此基础上叠加《河北省水功能区划》，综合考虑流域内部的水功能区划状况以及生态环境功能分区状况， 确定不同河流高、中、低目标类型区，如表1。

表1 大清河上游河流目标类型区

河流目标要求越高，且当前压力越大，其胁迫程度就越高。 因此可以将水环境胁迫程度分为9 个类型区，将其与河流生态管理等级相匹配，如图3， 可以进一步确定基于胁迫分级的河流生态流量， 利用空间内插法来实现环境流量与天然流量过程的转换，将生态流量分配到月过程，如表2。

图3 河流胁迫类型区划分方法

表2 大清河上游河流生态流量月过程分配结果 单位：m3/s

二、结论与建议

在考虑河流胁迫分级的前提下，采用流量历时曲线转移法对大清河上游流域生态流量进行估算。 综合考虑流域内部的水功能区划状况以及生态环境功能分区状况，将大清河上游河流胁迫类型分为高目标高压力区、高目标中压力区、高目标低压力区、中目标中压力区和中目标低压力区5 种类型区。 中易水河、南拒马河、白沟引河、唐河、沙河、府河、月明河、孝义河的生态流量分别为5.714 m3/s、4.874 m3/s、2.600 m3/s、1.325 m3/s、3.783 m3/s、0.545 m3/s、2.415 m3/s、10.800 m3/s。

大清河流域生态环境处于脆弱状态，天然来水量减少，河流下垫面条件发生改变，在考虑河流目前所受的胁迫状态下，采用环境流量历时曲线法确定白洋淀上游河流生态流量，对于我国水文资料欠缺、人类活动干扰程度过大的河流生态流量计算具有很好的指导作用。

为进一步确保大清河流域生态流量，维护河湖健康，建议：一是严格用水管理，全面提高区域水资源利用效率，发展高效节水灌溉，退还被挤占的河道生态用水；二是在满足河流水功能区水质要求条件下，增加再生水用于河道内的生态水量，进一步提高城市污水处理水平与处理程度，扩大再生水处理规模，以增加大清河的生态流量；三是利用引黄入冀补淀等调水工程在特枯水年实施应急补水，同时利用外调水置换当地地表水, 退还被挤占的河湖生态用水；四是充分调动流域各级政府在生态流量保障工作中的积极性， 把生态流量管控工作纳入沿河区县的最严格水资源管理制度，明确取水退水管控权责，形成严格的生态流量管控责任体系。