浅析合肥市城市河湖生态需水量

许 彬

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司合肥分公司，合肥 230031)

0 引 言

合肥市多年平均水资源总量为38.85亿m3，现状人均水资源量仅为474m3，仅为全省的47%，全国的23%，属于严重缺水城市。随着合肥都市圈发展和长三角一体化推进，城区人口和高新产业快速集聚，对水资源需求量日益增加，受天然来水不足影响，水源性缺水问题日益严峻，干旱年份生活、生产和生态用水难以保障。

合肥市城区南淝河、十五里河、二十埠河等大部分河道除降雨外基本都来自区域外淠河灌区和杭埠河灌区经滁河干渠的调水，补水水源较为单一，一旦遭遇大旱河道补水将难以保障，引发生态环境问题。由于清洁水源不足和生态基流减少，目前合肥市主要河流水质为V类或劣V类，受河湖污染制约，水质型缺水问题日益突出。为实现水资源可持续利用，支撑经济社会高质量发展，维系生态环境良性循环提供水利保障，解决日益突出的用水矛盾，明确城市河道的生态需水量，需做好城市河道的水量分配工作。

目前合肥市城市河道存在水量小、水质差、生态环境功能丧失的现象，水资源供需矛盾日益尖锐，水环境污染问题日益严重，水生态破坏影响日益突出。面对严峻的水资源、水环境与水生态问题，要求实行最严格水资源管理制度，确立水资源开发利用控制、用水效率控制和水功能区限制纳污“三条红线”和用水总量控制、用水效率控制制度、水功能区限制纳污制度、水资源管理责任和考核制度“四项制度”。

河流生态环境问题愈加凸显，水资源合理分配与生态保护日渐成为突出的水问题，人们开始对生态需水有了更多的重视，生态需水需求在河流生态系统中愈加重要。城市河道在进行水量分配工作时，既要满足河道生态基本流量的要求，也要保证河道水质改善目标的要求。实现城市河道“水清、岸绿、景美、河畅”的目标[1]。

1 生态需水量概念

生态需水量是指一个流域内的生态系统的需水量。生态需水量是指维持区域生态系统和谐稳定和良性循环，并能最大发挥其有益功能使其提供最大生态服务，达到生态平衡，并在单位生态用水提供最大生态服务条件下所需要消耗的最小水量。

生态需水量概念分为广义和狭义。广义的生态需水量是指河道内的生态系统达到生态系统稳定或者维持生态系统各种能量交换稳定所需要的河道内最小水量，主要为满足河道生态基流、蒸发渗漏以及活水等方面的要求，狭义的生态需水量是指为维护生态环境各项功能所需要的水资源总量。

生态需水量的计算依赖于不同的边界条件：①河道内最优的生态系统组合；②最优的地下水补给；③用水最低的生态系统；④维持水生系统的平衡；⑤满足流域生态系统良性循环的需要；⑥有不同水文年型和年内季节的变化。基于以上前提条件，计算生态系统需水量，进行生态需水的水资源优化配置。

2 生态需水量计算

河湖生态环境需水为维系城市河流等水生态系统的结构与功能，河道内所需要的符合水质要求的生态流量、生态流速和生态水深。河湖生态环境需水包括河道内生态环境需水和河道外生态环境需水，城区河道只考虑河道内的生态需水，河道内生态需水分为基本需水量和目标需水量。基本需水量系指维持河湖基本形态、生物基本栖息地和基本自净能力的需水量及过程所需要的最小需水量，主要为河道内的生态基流和蒸发渗流。目标需水量是指为了维持河道水质目标、亲水功能以及景观目标等要求所需要的最大需水量。

河道内生态需水量需满足水量和水质两个方面的要求，包括消耗性需水量和非消耗性需水量两部分。其中消耗性需水量主要包括渗漏需水量与水面蒸发量，非消耗性需水量主要指为维持水体的生态环境功能而需要预留的水量[2]。

城市河道内生态环境需水包括：维持河流控制断面生态环境用水最小水量(生态基流)、河流水面蒸发需水量、河流渗漏需水量以及公园水体的环境改善水量等。

2.1 生态基流

生态基流可采用QP法、Tennant法等方法计算，Tennant法在计算河道生态需水量方面具有操作简单、所需资料易得等特点，因而在国内具有较广泛的应用。合肥市现状已建成较为完备的调控设施及防洪体系，工程调控能力较强，生态流量计算可以采用Tennant法[3]。

Tennant法通过建立河流多年平均流量与河道内动植物、生态流速、生态水深及景观亲水要求之间的关系，确定城市河道控制断面的生态需水量。河流控制断面的生态需水量的计算，应根据河流生态环境功能所期望的河道内生态状态，确定相应生态状态下年内非汛期和汛期生态流量占多年平均径流量的百分比。河道多年平均径流量根据1968-2020年降雨实测资料，结合降雨径流关系，计算河道多年平均径流量。合肥市年降雨量统计表，见图1；合肥市年径流深统计表，见图2。

图1 合肥市年降雨量统计表

图2 合肥市年径流深统计表

合肥市位于中国南北分界线以南区域，地处亚热带湿润季风气候区，汛期时间为5-9月，非汛期时间为10-4月。合肥市现状河流水资源短缺，用水较为紧张，考虑到巢湖流域生态保护目标要求，合肥市生态基流标准分级为河道内生态状况“良好”。根据Tennant法推荐流量表，按照汛期时段平均流量的40%和非汛期时段平均流量的20%进行生态基流计算[4]，Tennant法推荐流量表，见表1。

表1 Tennant法推荐流量表

2.2 蒸发渗漏量

生态环境用水量除满足河道生态基流外，还应保证河道蒸发渗漏等消耗性水量。根据合肥市水资源综合规划，合肥市多年平均蒸发量为900mm，渗漏量为500mm，根据河湖生态环境功能目标，确定河湖生态水位，根据生态水位对应的水面面积、水面蒸发量和渗漏量计算蒸发渗漏损失水量。

2.3 公园景观水体环境改善量

公园景观水体生态环境需水量按照环境改善水量需求进行计算。根据合肥市再生水利用现状，结合合肥市再生水利用规划和公园景观水体活水要求，公园景观水体主要按照换水法进行计算，换水次数1a为12次，换水平均水深约为1m。

3 生态需水量水源分析

3.1 城市再生水水源

根据安徽省水利厅发布的“2025年用水总量和用水效率控制指标”，合肥市2025年城乡生活及工业用水总量指标为13.54亿m3，实际使用量按总量指标的90%计算，为12.19亿m3。根据污水排放系数和地下水入渗量，预测2025年合肥市域污水处理总量为11.39亿m3，日均处理规模约为312.16万m3/d，再生水水源水量充足。

合肥市位于巢湖流域，为保证巢湖流域水质，合肥市现状污水厂出水水质基本可达到类Ⅳ类水标准，水质良好，合肥市区内现状污水处理厂均匀分布在河道沿线，较为均匀的分布在不同流域，污水处理厂尾水可就近排入城区河道，无需再设置输配水管网，量大质优的再生水水源补给缺少生态基流的河道条件优越[5]。

3.2 地表水水源

现状合肥市中心城区生活供水水源主要靠内部董铺水库等水库蓄水和外部大别山引调水共同保障，其中本地水库蓄水水源配置量约1亿m3/a，大别山引调水水源配置量约5亿m3/a，为满足合肥市“十四五”时期发展，需要新增优质供水总量约1.5-2.0亿m3/a。合肥市地表水资源供需较为紧张，河湖生态补水需要优先配置再生水，保障合肥市经济社会可持续发展。

4 生态需水量配置

再生水水源作为河湖补水，需要按照河道中上游分别进行配置。结合河道水环境功能区、水质目标、支流汇入口以及蓄水工程等分段进行补水，优先考虑河道上游补水，合理确定河道的最优补水位置，通过蓄水工程等措施，实现整段河道的水动力。在合理分段并计算各河段生态需水量后，结合沿河污水处理厂的现况规模及远期规划规模、已建的再生水回用工程，同时考虑一定支流的水量汇入，对各河段接纳的水量进行核算。

对于生态需水的河段，根据计算的最小生态需水量，将流域内所有污水处理厂的尾水进行调配，资源型缺水城市在优先满足工业回用和市政杂用后，剩余水量作为河湖生态环境用水。根据分配的生态环境水量，通过现场调研并结合大建设计划确定管道路由的可行性，完善补水的输配水设施。经分析计算，合肥市河湖生态环境补水总规模为68.32万m3/d，合肥市河湖生态环境需水规模表，见表2。

表2 合肥市河湖生态环境需水规模表

5 生态需水工程评价指标

生态需水量评价指标应具有代表性，能够独立计算出较为稳定的量化数值，并能够真实反映生态补水后对水量、水质和生态环境的影响效果，评价指标的基础数据应较为明确且易获取，方便计算和分析比较。

生态需水量增加河道水资源总量，改善河道水环境，构建河道水生态，主要从水量、水质和生态进行评价，主要评价指标包括生态补水量、水质改善度、生态环境[6]。

5.1 生态补水量规模

河道生态补水量指标应按照黑臭水体治理考核的相关要求，河道内基本生态环境需水量不低于生态基流，目标生态环境需水量不能超过生态基流的2倍，逐步恢复河道生态环境。

5.2 生态补水量比例

生态补水量系数按照实际补水量与计算补水量的比值进行计算，通过不同生态补水量对河道内生态环境的影响来研究最适宜的的生态补水量规模。

5.3 最小换水周期

换水周期是指水体更换一次所需要的时间和周期，换水周期越小，换水次数越多，水动力条件越好，水体的自净能力越好，换水周期可反应河流的水动力条件，但频繁的换水可能导致水资源的利用率的降低，通过不同的换水周期对河道生态的影响，研究河道最优的换水周期[7]。

5.4 水质改善百分比

水质改善指标是从河道内不同段水质指标来反映，通过对不同河段的水质进行监测，对比补水前的各项水质指标，分析水质指标改善的河段长度和面积占河湖总长度和面积的百分比，研究不同百分比下河流环境所需要的生态补水量，并结合补水的成本进行经济效益比选，选择水质改善好，补水量最小的作为最优补水量。

6 结论和建议

1)分析生态补水对河道水生态、水环境和水动力影响，从水文、水力、水质角度提出了多个评价指标体系，分析比选多指标体系下分析生态补水方案对水环境的改善效果，为城市河道最优生态补水方案提供理论依据。

2)指标体系亦可用作不同生态补水模拟方案间的对比分析，选择水环境改善效果佳、经济合理者作为实际应用方案，合肥市目前生态补水工程暂未实施，本次只进行需求分析，补水工程运行后通过模型分析河网生态补水对河流水量、水环境的影响，结合构建评价体系，通过水量水质耦合模型分析最优补水量与调度方案。

3)河道生态需水应根据近远期水质目标和水功能区划，保障近期水质目标要求，预留远期需水量。

4)生态补水应系统考虑，统筹推进，优先实施缺水严重，急需改善的河道水体。

5)生态补水水源应从经济、技术上进行充分论证，确保补水水源的水量和水质稳定。