面向鱼类越冬需求的滏阳河干流生态基流分析

□赵子岳

生态流量作为幸福河流的重要组成部分，是控制水资源开发强度、维系河湖生态功能的重要指标，事关水安全保障和水生态文明建设。因此，开展鱼类越冬需求的生态基流分析，对流域生态水量的调度、鱼类资源的恢复具有重要的现实意义。受气候和下垫面变化以及人类活动等因素的综合影响，滏阳河地表径流呈逐年减少趋势，流域多年平均天然径流量较第二次水资源评价成果减少近20%。由于上游水库拦蓄和区域自产地表水资源量的减少，导致非汛期，尤其是冬季，河道常现干涸断流，中下游平原区河道内各类适生生物生境破坏、栖息地压缩，鱼类资源明显减少。现综合分析滏阳河流域基本水情和水资源开发利用情况，设定年生态保障水量；结合优势鱼类越冬基流需求分析成果，进一步细化年生态保障水量，提出生态水量保障方式和调度管理方案，以期恢复滏阳河水生态环境，促进流域经济社会可持续、高质量发展。

1.研究区概况及生态补水现状

1.1 研究区概况

滏阳河是流经冀中南地区的重要河流，其干流途径邯郸、邢台、衡水、沧州4市19个县（区），至献县枢纽与滹沱河汇合后，经子牙新河入海，全长413km，河型蜿蜒，支流繁多且集中于左岸山区，为典型的不对称扇形流域，流域面积2.17万km2。滏阳河流域属温带大陆性季风气候，夏季降水集中，汛期来水量占全年总径流量的75%～90%，冬季仅占5%左右，且京广铁路以东平原区河段基本无自产径流量。

考虑到干流水文站实测径流量包含流域内中水排放量，因此在进行生态水量满足度分析时，根据水文站实测径流量进行统计分析。2020年艾辛庄枢纽上游邯郸、邢台、石家庄3市滏阳河流域内各县（区）污水处理量5.64亿m3，再生水回用量2.23亿m3，入河排放量3.42亿m3；艾辛庄枢纽下游衡水市、辛集市流域内各县（区）污水处理量1.10亿m3，再生水回用量0.55亿m3，入河排放量0.55亿m3。污水经处理后，水质均达到一级A排放水质要求。

1.2 生态补水现状

根据华北地下水超采综合治理行动河湖地下水回补实施方案，滏阳河生态补水水源为南水北调中线引江水和东武仕水库水（含流域自产地表水和漳河引水量）。2018年9月开始试点补水，截至2020年底共补水7.73亿m3。分水源看，南水北调中线引江水补水4.38亿m3，东武仕水库补水3.35亿m3。

2.年度生态保障水量确定

综合考虑滏阳河流域水系分布情况、水利枢纽布置位置、行政区域边界和地形地貌等因素，设定东武仕水库、莲花口、郭桥、艾辛庄枢纽（闸下）4处为计算分析节点。其中，东武仕水库是干流上游大型水利枢纽工程，汇集水库上游自产地表水、黑龙洞泉水（自支流洺河流域入渗产生）和漳河流域引水，可作为源头的下泄水量调控节点；莲花口位于滏阳河及支漳河分洪道汇合口下游，且测站下游又分为留垒河及滏阳河两支，此节点可代表滏阳河流经邯郸市主城区后径流量情况；郭桥站位于滏阳河邯郸、邢台市界，上游邯郸市区生活、工业和漳滏河灌区灌溉耗水在该节点已基本扣减，可用于监测滏阳河流出邯郸市的水量情况；由于留垒河主要用于承接滏阳河汛期洪水和生产团结渠沥水，与越冬时段无交叉，且留垒河无水文站分布，因此在年生态水量分析中，将郭桥节点进行概化，水量设定为留垒河及滏阳河两支径流量叠加；艾辛庄枢纽为主要支流北澧新河、北沙河汇入滏阳河干流后的枢纽工程，此节点可用于监测流域山区全部支流汇合后，干流内生态水量情况。

东武仕水库为枢纽控制，该节点年生态保障水量直接采用1980～2016年下泄量排频率确定，为403万m3；莲花口、郭桥、艾辛庄枢纽（闸下）3处节点则使用Qp法（95%频率）、Tennant法（5%）、产流/耗损分析法（即采用1980～2016年系列95%来水频率典型年，节点上游下泄水量及区间自产水量，扣除水库至节点区间的蒸发渗漏、耗损水量），三种方法成果进行满足度分析后综合确定。滏阳河年基本生态水量目标计算值见表1。

表1 滏阳河干流年基本生态水量目标计算值统计表 单位：万m3

利用37年各节点实测年径流量进行满足度分析，满足度为实测年径流量达到或超过基本生态水量目标年数与总年数的比值。经分析，莲花口各目标计算值，均达到100%满足度；郭桥Qp法（95%频率）和产流/耗损分析法目标计算值，可达到89%满足度，Tennant法（5%）目标计算值满足度为84%；艾辛庄枢纽（闸下）产流/耗损分析法目标计算值满足度为97%，Tennant法（5%）目标计算值满足度为94%，Qp法（95%频率）目标计算值满足度为81%。

干流各节点测站均位于平原区，上游干支流已承接流域内市县污水处理厂中水排放，实测径流量包含部分中水，造成满足度整体偏高的情况。在3种分析方法中，产流/损耗分析法较Qp法可以较好反映出平原区渗漏能力较强的特点以及供用水影响，较Tennant法则可以减少中水对河道实测径流的影响，且产流/损耗分析法目标计算值满足度均为90%以上，目标设定基本合理。

综上分析，年生态保障水量东武仕水库采用下泄量Tennant法（95%）确定，干流三处节点均采用产流/耗损分析法确定，东武仕水库、莲花口、郭桥、艾辛庄枢纽（闸下）年生态保障水量分别为403万m3、282万m3、197万m3和87万m3。

3.鱼类越冬生态基流需求分析

滏阳河流域中下游平原区河道内由于水资源量的匮乏，鱼类资源较少，以鲤形目为主。鱼类越冬期基流需求主要体现在水深和流速两个方面，而这两个因素又直接受冰下水深的影响。研究显示，当冰下水深超过0.4m时，底层水温可达到2~3℃以上，一些耐低温、低光照的藻类可以生长、繁殖，并进行一定的光合作用，既为鱼群越冬提供较适宜的栖息环境，同时也有利于提升水体溶解氧含量。但另一方面，水深过深氧债层加大，不利于水体DO的恢复和保持，相关研究表明，当冰下水深超过2m时，溶解氧浓度会急剧下降，因此取冰下水深0.4m作为最低值，0.8~1.5m作为适宜越冬水深，3m作为最大值。

滏阳河干流越冬期冰盖厚度按0.1m计算，根据上述适宜水深建立鱼类越冬水深适宜度曲线。同时，水体的流动也对于增加DO供给有较大作用，但流速不宜过大，以减小鱼类越冬期的能量消耗，根据室内实验结果，流速超过0.05m/s时，水体DO饱和度达到85%以上。因此，将0.05~0.1m/s作为鱼类越冬期最低流速，0.1~0.2m/s作为适宜流速，0.4m/s作为极限最大流速，建立鱼类越冬流速适宜度曲线。水深及流速适宜度曲线如图1所示。

图1 滏阳河干流鱼类越冬期适宜度曲线

利用栖息地模拟模型开展越冬适宜流量的模拟计算，考虑到冰封期流量较小的实际情况，以实测断面平均水深达到0.4m作为控制条件，此时约50%的断面宽度能达到鱼类越冬的适宜水深，根据流量—水位曲线推求鱼类越冬流量需求。根据上述思路，对于滏阳河干流4处节点的冰封期越冬流量需求进行了核算，计算结果如表2所示。

表2 滏阳河干流越冬期鱼类生态基本流量表

考虑到滏阳河流域为典型缺水流域，在计算鱼类越冬期生态基流时，河流流量满足鱼类生存需求即可，即径流水深取0.4m、流速取0.05m/s。结合滏阳河干流各河段主槽平均河道宽度，求得4处节点鱼类越冬期基本流量分别为0.40m3/s、0.20m3/s、0.50m3/s、和0.50m3/s。滏阳河流域越冬期为每年12月至翌年2月，则4处节点越冬期径流分别为311.04万m3、155.52万m3、388.8万m3和388.8万m3。

按前述年度生态保障水量，将其概化为年内平均分配，平均后的越冬期总流量与鱼类越冬期基流总量的比值为现状达标率，结果显示4处节点越冬期鱼类生态流量现状达标率分别为0.32、0.45、0.13和0.06。分析得出，仅靠本流域自产地表水年度生态保障水量难以满足鱼类越冬期生态需求。结合近年来引江中线实际补水情况，进一步分析补水条件下鱼类越冬期生态基流达标情况。将2018年9月至2020年12月期间引江水累计补水量为43791万m3平均分配至每月，4节点达标率均可达标。由此可知，实施引江中线补水可对滏阳河干流鱼类越冬期生态基流保障起到至关重要的作用，在充分利用本流域年度生态保障水量的同时，应尽可能确保南水北调中线对滏阳河干流的水量补充。

4.保障方式及监测预警方案

4.1 配置调度方案

工程调度管理：前已述及，滏阳河流域为典型的不对称扇形流域，因此统筹调度流域内干流上东武仕水库，以及支流上朱庄水库2处大型枢纽工程的生态下泄水量，保障滏阳河干流年度基本生态水量。2月底前东武仕、朱庄水库下泄生态水量不低于67万m3、63万m3；3—9月为年度生态水量下泄重点保障期，确保9月底前东武仕、朱庄水库下泄生态水量不低于353万m3、332万m3；特殊节日可适当增加生态补水。特枯年份，不对生态水量下泄提出要求。

河道外用水管理：当东武仕、朱庄水库无法满足生态水量时，邯郸、邢台两市应引足用好引江水，减少山前补偿库水库向城市生活工业供水量，充分利用再生水向城市生态供水。同时，压减水库下游滏阳河灌区、富民渠灌区、引滏灌区等大中型灌区农业用水，采用高效节水措施减少地表水灌溉水量。在采取节水降耗和优化配置措施后，使其生态用水基本得到满足。

4.2 监测预警方案

监测方案：分别于每年2月底、9月底核算干流节点生态水量。

鉴于汛期降水占全年降水75%～90%，预警阈值按照考核断面生态水量目标值序时水量的110%设置，对应预警等级为蓝色预警。滏阳河干流生态水量预警设在9月底，莲花口、郭桥、艾辛庄（闸下）生态水量预警阈值分别为240万m3、167万m3和74万m3。

5.结论

针对鱼类越冬期生态基流难以保障的问题，以滏阳河干流为研究对象，分析了年度生态保障水量、鱼类越冬期生态基流需求量，以及引江中线生态补水，对保障鱼类生态基流需求的作用，得出以下结论：

滏阳河干流年度生态保障水量方面，经分析，东武仕水库年下泄量为403万m3，莲花口、郭桥、艾辛庄枢纽（闸下）3处节点年生态保障水量分别为282万m3、197万m3和87万m3。

鱼类越冬期的生态基流需求方面，在东武仕水库、莲花口、郭桥、艾辛庄枢纽（闸下）4处节点下游，河道内鱼类越冬适宜流量分别为0.40m3/s、0.20m3/s、0.50m3/s、和0.50m3/s。

流域自产地表水年度生态保障水量难以满足鱼类越冬期生态基流需求，在充分利用本流域年度生态保障水量的同时，应尽可能确保南水北调中线对滏阳河干流的水量补充。

滏阳河为典型的北方缺水河流，在统筹生活、生产和生态用水的同时，开展鱼类越冬需求的生态基流分析，对流域生态水量的调度、鱼类资源的恢复均有重要的现实意义。研究结论显示，滏阳河流域在满足现状用水户供水的前提下，自产地表水生态保障水量难以维持鱼类基本生存条件，应在充分利用本流域年度生态保障水量的基础上，保障引江中线对滏阳河干流的生态补水，持续改善滏阳河水生态环境。□