基于河湖长制的杞麓湖岸线划定管控

桂 丽，姜秀娟，陈 晶，余珮珩，顾世祥，陈佑淋，陈奕云

（1.云南师范大学经济与管理学院，昆明 650500；2.云南省水利水电勘测设计研究院，昆明 650021；3.武汉大学资源与环境科学学院，武汉 430079）

0 引 言

随着《关于全面推行河长制的意见》和《关于在湖泊实施湖长制的指导意见》等文件的推出，各级党政负责人担任河长或湖长，通过建立权责明确、监管有力、协调有序的河湖管理体制，达到维护水环境，保护水资源，实现河湖功能永续利用的目的［1］。云南省于2017年提出了建立省、市、县、乡、村五级河（湖）长制［2］，在六大水系、九大高原湖泊及牛栏江设立省级河长；纳入《云南省水功能区划》和《云南省水污染防治目标责任书》考核的河湖库渠设立州、市级河长；其他河湖库渠均纳入州市、县、乡、村各级河长管理。同时还建立了部门联动、河长会议、省州县督查等三种工作机制，及经费保障、考核与问责机制。

河湖水域岸线不仅具有供水、养殖、交通、航运、采砂、景观娱乐等经济社会功能，还能提供生物栖息地、维护生物多样性、消纳污染物、调节气候等生态系统服务功能［3］。它是产业布局和居民点分布的重要空间，也是区域环境的生态屏障，发挥着重要的生产生活和生态环境功能，能够促进流域经济社会发展，保障生态环境和防洪减灾，具有重要的经济和生态价值［4］。岸线开发利用的需求日益增长，不合理的湖泊岸线开发利用现象日益凸显，对湖区的产业建设、人居环境、河道行洪、河势稳定和水生态保护等具有诸多的不利影响［5］。为保障防洪安全、供水安全、水生态环境和社会经济发展，集约高效地管理湖泊岸线和促进流域经济社会的可持续发展至关重要［6］。

河（湖）长制在全国的实施以来，岸线保护及其高效利用的重要性已充分认识，并在岸线和内河洲滩的集约化利用与生态保护的协调上采取了较大规模的行动［7］。基于无人机遥感技术的特点，有学者从河湖岸线监管方面进行了研究［8，9］；根据河湖水体的水质特征，选取酸碱度、色度、溶氧量、重金属含量等指标，监测了河湖生态环境质量［10］；利用社会统计数据和现场调研资料，分析了不同地区的岸线利用状况，对非法违建、河湖岸线过度开发、码头货物堆放等问题进行探究［11］。云南地处低纬度高原，水资源与水生态环境呈显著的脆弱性特征，岸线管理任务艰巨［12-14］，现有河（湖）长制的相关文献较少涉及湖泊岸线的划定和管理经验。以杞麓湖为例，分析河（湖）长制下的湖泊岸线划定管控与生态水位、防洪兴利、水生态修复治理等相协调具有重要意义。

1 资料与方法

1.1 使用的资料

①杞麓湖1964-2019年逐月（日）实测水位，通海气象站1950-2020年逐日（月）降水、气温、湿度、日照、蒸发等观测资料；②玉溪市及通海县社会经济和农业统计年鉴、水利统计年报等；③《云南省杞麓湖保护条例》，通海县杞麓湖综合治理可行性研究及初步设计报告，《通海县水资源综合规划》、《云南省河湖岸线保护与利用规划工作大纲》等技术文件。

1.2 研究技术路线

对杞麓湖流域进行社会经济、水资源开发利用、湖泊治理保护等的现状调查，收集历年逐月（日）水位与同期通海气象站观测资料，对历年逐月水位进行经验排频分析；基于水位保证率法确定杞麓湖最低生态水位、适宜生态水位，通过湖泊兴利调节复核确定保障流域城乡生活供水安全的最低运行水位；综合最小生态水位和最低运行水位，二者的较小值作为临水边界线；基于水位保证率法确定修复改善和维持湖泊水生态环境的最佳生态水位，结合流域水资源配置规划、杞麓湖防洪保护对象的调洪演算得到的最高运行水位，二者的较大值为外缘边界线。基于国产高分3 号卫星获取的遥感影像资料，通过空间叠加分析划定岸线保护区，并提出了杞麓湖岸线管控要求。技术流程如图1所示。

图1 技术路线图

1.3 高原湖泊水位特征分析方法

1.3.1 湖泊水位特征分析

采用小波变换法计算小波变换系数，分析水位序列基于小波变化的时间变化特征，通过快速小波变换算法对月平均水位序列进行小波分解，研究分解后的高、低频信号变换趋势［15］。趋势性分析方法采用滑动平均和差积曲线分析的方法，滤去水位观测资料中一些短时期的随机性和不规则的变化，找出较长时间的变化规律，研究水位序列的变化趋势。采用Mann-Kendall 秩次相关法检验序列的变化趋势及显著性检验。变异点诊断分别采用有序聚类法、Lee-Heghinian 法、秩和检验法及Mann-Kendall 检验法诊断年平均水位序列的变异点，在此基础上进行综合分析得出诊断结论。此外，还探索采用表征均衡性的Gini系数法对湖泊年内逐月水位变化的特征进行分析［16］。

1.3.2 生态水位分析

湖泊生态水位是指维持湖泊生态系统结构和功能完整性的水位，可认为是天然情况下的某一低水位或者一定保证率下的天然水位。已有研究中关于湖泊生态水位的确定大都采用年、月保证率法，即根据湖泊的自然地理、水文情况、生态系统结构和功能选择适宜的保证率。本文结合Deng Wen［15］、顾世祥等［17］对云南高原上滇池生态水位的研究实践，将杞麓湖生态水位保证率定义为在一定时期内，湖泊实测水位大于生态水位的序列长度占总序列长度的比值。公式如下：

式中：Ei为第i月的多年生态水位保证率，%；hjik为第j年第i月第K日实测水位，m；hei为第i月生态水位，m；n为统计年份；I为i月的天数。

为进一步揭示湖泊水位涨落变化的气象因素归因，定义降水盈亏指标为：

式中：n，n-1 分别为当年和上一年该月的降水量；N为降水系列长度，a；ΔP、SP分别为当年降水盈亏和累计逐年盈亏指标，负值表示降水亏缺，即为枯水年；正值表示盈余，即丰水年。

1.4 研究区域概况

杞麓湖位于滇中高原的玉溪市通海县境内，属于珠江流域西江水系，流域为新月形断陷盆地。杞麓湖具有农业灌溉、工业用水、水产养殖和调节气候多种功能［18，19］，保障社会经济发展的物质支撑和维护环境平衡的生态根基。流域水资源短缺可追溯到距今400年前，社会进步和人口增加促使农业复种指数不断提高，水资源大量消耗和农田面源是杞麓湖水环境恶化的根源，围湖造田和气候变暖造成湖泊水面出现三次大幅度萎缩，水生态脆弱性加剧［20］。

2 杞麓湖水位随机变化特性分析

2.1 周期性分析

用Morlet 小波函数分析杞麓湖年水位序列周期性变化特征，小波变换系数实部时频分布如图2（a）所示。图中实线表示小波变换系数实部为正值，对应水位升高；虚线表示小波变换系数实部为负值，对应水位降低。杞麓湖年水位序列在10、15、25 a 尺度上的波动比较明显，均出现多个高低水位交替震荡中心。其中，25 a 尺度上的水位波动具有全时域分布的特点，且10、15 a 尺度的低值中心嵌套在25 a 尺度的低值中心内。图2（b）为杞麓湖年水位序列的小波方差随时间尺度的变化过程，有3 个波峰，分别对应着10、15、25 a 尺度的主周期。最大峰值出现在25 a 尺度处，表明该尺度下的震荡周期最强，即25 a 为第一主周期。

图2 小波分析图

2.2 趋势性分析

对杞麓湖1964-2019年的年平均水位系列进行5 a 滑动平均和差积曲线分析，如图3所示。由图3（a）可知，年水位系列总体呈不明显的上升趋势，其中又包含多个增加和减少的起伏段。由图3（b）可知，杞麓湖水位具有多个高、中、低水位段，其中1964-1970、1980-1983、2010-2016年为呈下降趋势的低水位段，其中1984-1994年为变换趋势平缓的中水位段，其中1971-1979年、1995-2009年、2017-2019年水位为呈上升趋势的高水位段。采用Mann-Kendall 秩次相关法分析水位的整体变化趋势，统计量U计算结果见参表1。由表1中可出，U值大于0，说明就整体而言，水位系列均具有上升的趋势，但未达到95%显著水平。

表1 杞麓湖年平均水位序列Mann-Kendall秩次相关检验表

图3 年水位趋势变化曲线

对杞麓湖1964-2019年月平均水位序列进行小波分解（图4）可以看出，通过9尺度分解重构后，低频系数的重构序列显示出较为明显的上升趋势，特别是以时间轴200～550月（对应1989-2009年）段，呈现持续上升趋势。

图4 小波分解图

2.3 变异点诊断

根据有序聚类法、Lee-Heghinian 法、秩和检验法及Mann-Kendall检验法分别诊断杞麓湖年平均水位序列的变异点，诊断结果见图5、表2。可以看出，4种方法均检验出1969、2009年附近为突变点，从数理统计学的角度来看以上两处均为显著突变点，2009年尤为突出；其他检出的1985、1993、2016年则为不显著的突变点。

图5 变异点检验图

表2 变异点诊断分析表

根据周期分析，杞麓湖水位具有10、15和25 a的振荡周期，且25 a 为第一主周期。从趋势分析看，杞麓湖水位呈现不显著的上升趋势，由以1989-2009年段上升趋势明显。突变检验看出，存在1969、2009年两处明显的突变点，特别是2009年。

2.4 水位变化的均衡性分析

为探索借助于Gini 系数来揭示杞麓湖水位在年内各月变化的均衡性特征，如图6所示。湖泊水位在逐月时间尺度上变化的Gini系数，总体上在0.05～0.10之间变化，处于小幅波动，但在水位变幅剧烈的1983、2013、2014年时，Gini系数达到了系列的极大值0.184、0.314、0.268，超过一般年景的两倍多。1983年的湖水位最低降至1 794.34 m，接近最低控制运行水位；2013、2014年的最低水位分别为1 793.15、1 793.37 m，较最低控制运行水位还低1.80、1.58 m。显然，杞麓湖径流区小，且位置高于邻近的水系，湖泊水资源主要靠流域内的降水径流补给。加上湖泊控制运行水位间的调蓄湖容积仅0.98亿m3，扣除周边农田灌溉及部分工业取水后，基本没有跨年度的蓄变量。

图6 不同年代湖泊水位及Gini系数变化趋势

本次收集的杞麓湖（通海站）降水系列为1959-2020年，起始年属于丰水年，即处于降水盈余，相应的湖水位因产汇流及湖面降水等补给值为正，近似处于最高控制运行水位状态。湖水位在此后60余年的过程中不断地消张变化，年尺度的丰水年和枯水年都出现了4 次，持续时间为4～6年。年内降水主要集中的夏秋两季，在夏季出现1960-1965年、2009-2015年两个枯水年组时湖水位持续下降，而1994-2004年的连续11年丰（或平）水年则湖水位又逐渐上涨；在秋季则出现2005-2012年的连续8年枯水年组，湖水位一直走低，加上环湖工农业生产用水消耗，累计亏水效应直至2014年湖水位达到历史最低；1964-1969年、1983-1988年、2013-2018年等三段持续6年的丰水年景。显然，以Gini 系数和降水盈亏作为指示阈值分析得到的湖水位变化特点，与前述的小波分析结论基本吻合。

3 杞麓湖湖泊岸线保护区划定

3.1 杞麓湖岸线划定

2019年3月1日起施行《云南省杞麓湖保护条例》规定了杞麓湖防洪安全和蓄水兴利的最高蓄水位为1 796.62 m，保障流域城乡生活供水安全的最低运行水位为1 793.92 m，高程系统为1985 国家基准。本次杞麓湖岸线边界线以最低蓄水位或最小生态水位与岸边的交界线为临水线，以最高蓄水位或湖泊生态修复治理的最佳生态水位与岸边的交接线为外缘线，外缘边界线与临水边界线中间区域为岸线带。这个区域既是湖泊水位变动的消落带，也是水生态系统修复和恢复的主要区域。

3.1.1 临水边界线的划定

湖泊临水边界线是根据稳定河势和维护河湖生态等基本要求，在湖泊沿岸周边临水一侧划定的岸线带区内边界线。根据杞麓湖1964-2019年逐月（日）实测水位，对各月长系列的水位进行排频，采用湖泊生态水位的水位保证率法，分别取P=20%、P=50%、P=75%的保证率下对应的各月水位时为杞麓湖最佳、适宜和最小生态水位。经分析，杞麓湖最佳生态水位的月保证度为17%～20%，适宜生态水位的月保证度为49%～51%，最小生态水位的月保证率达到75%～76%（如图3）。由图可看出，各月最小生态水位在1 793.72～1 794.90 m，在5、6月份最低，11、12月份最高。年内最小生态水位1 793.72 m已低于杞麓湖最低运行水位1 793.92 m。综合湖泊水生态修复、流域水资源配置规划及供水安全保障等方面的因素，偏于保守的确定以杞麓湖条例中的最低运行水位作为临水边界线，即1 793.92 m。

3.1.2 外缘边界线的划定

杞麓湖属于无堤防的高原山区湖泊，结合河湖岸线保护与利用规划的技术要求，外缘边界线按设计洪水位与岸边的交界线确定。首先确定杞麓湖的防洪标准，杞麓湖为天然湖泊，南岸距通海县仅1.5 km，其常住人口约8万人；而东西两岸分别靠近杨广镇和纳古镇，其常住人口约为5.1 万和1.2 万人，均属于一般防护等级；北岸分布有农田，且耕地面积小于40万亩，根据国家防洪标准（GB-50201-2017），杞麓湖防洪标准为20 a 一遇洪水。上节中基于月保证率法确定的适宜生态水位和最佳生态水位高程出现的最低、最高月份与最小生态水位一致，其中最低高程分别为1 795.45、1 796.30 m；采用设计的15 天入湖洪水过程进行调洪演算，得到相应的最高洪水位为1 796.62 m，此即是《云南省杞麓湖保护条例》中的最高蓄水位。综合湖泊水生态修复的最佳生态水位、防洪等因素，确定1 796.62 m作为杞麓湖岸线的外缘边界线。

图7 杞麓湖水位控制线及各月水位经验频率曲线

3.2 杞麓湖岸线保护区划定

综上分析可知，杞麓湖的湖滨区最低运行水位为1793.92 m，最小生态水位为1 793.92～1 794.90 m，适宜生态水位为1 793.95～1 795.39 m，最佳生态水位为1 795.22～17 96.21 m，蓄水及防洪的最高运行水位为1 796.62 m。在此基础上，借助于国产高分3 号卫星的遥感数据，基于ArcGIS 地理信息系统平台的空间叠加分析，得到杞麓湖的最高运行水位和最低运行水位的区域差值为岸线保护区（如图8）。

图8 杞麓湖各特征水位及湖滨区岸线保护区示意

4 河（湖）长制背景下杞麓湖岸线管控

4.1 杞麓湖岸线管控基本规则

结合杞麓湖流域的河（湖）长制工作流程，在日常的工作处理中，村级河长和保洁员在每天巡河中发现的一般性问题，须及时将问题上报给乡级、县级河长和县河长办，并由县乡级河长或者河长办将问题流转给行业职能管理部门实施整改。重大问题须在第一时间逐级上报直至省级河（湖）长，通过河（湖）长制联席会议研判分析问题，提出整改方案，交由相关责任部门落实。职能部门再通过结果反馈和问题交办，将处理的结果一步步传递给下级，形成良好、便捷、顺畅的问题处理通道，提高岸线管理工作效率。

在河（湖）长制的背景下，杞麓湖流域通过河长巡河、公众反馈和社会舆情的共同监测，迅捷高效地管控河湖岸线。河湖岸线存在的主要问题包括垃圾排放、水体污染和非法建设侵占河道或岸线等，通过监控视频、水体实验监测、无人机和高分系列卫星的遥感影像解译等，能够有效结合人工识别、智能感知和实验监管等方式，耦合多元监管技术，识别不同湖泊岸线的问题，实现“天地空”一体化监测的全方位的河湖岸线监管（如表3）。

表3 河（湖）长制背景下的岸线监管内容

4.2 杞麓湖岸线管理的问题分析

实施河（湖）长制后云南省岸线治理取得了一定成效，但不同程度受到影响的河湖数量并未明显下降，湖泊岸线管理的安全保障建设亟待加强。本文从责任传导、治理困难、支撑手段和社会参与等方面对全省水环境治理问题进行分析。

纵向责任传导受阻、横向协同治理存在困难，岸线治理效果受到影响。虽然纵向上建立了五级责任传导机制，但在实践中出现“上热下冷”现象。省、市、县级河长高度重视，经常巡河、督察、协调解决实际问题。但乡、村两级的河长难以意识到河湖治理的重要性与自身的责任，巡河、督察流于形式，对湖泊岸线的不合理利用情况未能做到及时发现与处理，造成地区的湖泊污染问题严重。

虽然河（湖）长制实施后湖泊岸线管理取得了一定成效，但多年积累的湖泊岸线管理问题很难于短期内解决。河长巡河识别出的湖泊岸线管理问题主要有工业废水排放、养殖污染、排水设施、违法建筑、农家乐、建筑废弃物、堆场码头、工程维护、生活垃圾等。由于河长在水利环境等专业知识方面的局限性，导致了对问题识别不清，对处理办结问题形成了一定的阻碍，制约了河（湖）长制对河湖岸线的管理与保护。

目前，云南省的河流水质监测、河道管理仍需依靠人工巡河完成，重要河流段及排污口自动监测站点及无人机巡河设备不足，不能满足现代河湖管理科学化和精细化的工作要求。湖泊管理监测相关数据的采集、共享、处理技术相对落后，大数据、人工智能等信息处理技术运用较少，建立基于河（湖）长制的智慧型综合管理平台还需要进一步探索和创新。

5 结 语

本文根据杞麓湖历年逐月（日）实测水位，用Morlet 小波函数分析杞麓湖年水位序列周期性变化特征，湖泊年水位序列在10、15、25 a尺度上的波动比较明显，其中25 a震荡周期最强，为第一主周期；采用滑动平均、差积曲线、M-K 检验法对杞麓湖年水位进行了趋势性分析，结果为杞麓湖年水位系列总体呈不明显的上升趋势；四种检验法均诊断杞麓湖年平均水位序列的变异点为1969年和2009年，其中2009年尤为突出；用Gini系数分析杞麓湖水位均衡特性特征和用降水盈亏阈值指标分析杞麓湖水位变化特点与小波分析结论基本吻合。

基于水位保证率法对历年逐月水位进行经验排频分析，确定湖泊最低生态水位1 793.72～1 794.90 m，在5、6月最低，12月最高，相应适宜生态水位1 794.35～1 795.39 m，最佳生态水位1 795.22～1 796.21 m。综合湖泊水生态修复、流域水资源配置规划及供水安全保障等因素，确定临水边界线水位为1 793.92 m；结合杞麓湖洪水调节及水生态修复的最佳生态水位等，确定岸线外缘边界线水位为1 796.62 m，表明湖泊保护条例规定的运行水位能够适应岸线划定管控要求。基于国产高分3号卫星的遥感影像资料，通过空间叠加分析划定岸线保护区，从责任传导、治理困难、支撑手段、社会参与等方面分析湖岸线管理存在的问题，制定湖岸线管控基本规则和要求。