泰兴市焦土港河流的生态水位研究

封明 吴军

一、研究对象概况

焦土港位于泰兴市南部，是一条东西向引、排骨干河道，它是沿靖圩区与高沙土平原区高低分隔的截水河道。焦土港排涝面积108.85km2。目前河道：底高程-1.5～-1.0m（废黄河口高程，下同），底宽5～15m。焦土港入江口处建有控制闸——焦土港闸，一般汛期开闸引水，主要依靠长江高水位引水入境用于工、农业生产。

焦土港在区域发挥着重要的排涝、供水功能，合理控制河流生态流量（水位）具有重要的价值。同时为切实加强焦土港生态流量（水位）监管基础工作，明确重要河湖主要控制断面生态流量监管目标，开展焦土港的生态水位研究具有重要意义。

二、生态流量（水位）概述

河湖生态流量是指为维系河流、湖泊、沼泽等水生态系统的完整性、系统性、稳定性等生态保护目标，保障人类生存与发展合理的用水需求，需要保留在河流、湖泊、沼泽内的流量（水量、水位、水深）及其过程。

自20 世纪70 年代，国内学者就提出了“环境流量”“生态需水”“河流最小流量”等概念，对河流生态流量进行了初步的探索；20 世纪80 年代，国务院环境保护委员会提出：水资源规划的同时需要保证改善水质和维持水生态系统所需的环境用水；20 世纪90 年代，部分省市提出水利工程的建设运行要保证下泄生态流量。生态流量的研究逐渐成为水文、生态环境等领域的研究热点。

考虑焦土港到区域处于平原河网地区，河道水位受水利工程引排水影响较大，且水流具有双向性、波动性等特点，长期以来水体流动性不强，河道内的生态系统已经较为稳定，且水体无对流量有特殊需求的水生生物，河流生态环境需水量的控制主要体现在水位而非流量。因此，本文主要针对水位这一指标对焦土港生态水位进行研究。

三、河流生态水位计算

（一）生态流量（水位）计算方法

目前，国际上计算河流生态需水量的方法较多，也较为成熟，大体可分为四类：水文学法（Tennant法、7Q10 法）、水力学法（湿周法、R2CROSS 法）、栖息地法（IFIM 法、CASIMIR 法）和综合法（BBM法、专家小组法、整体研究法）。

本次研究的焦土港无长序列水位数据，常用计算方法均不适用，考虑焦土港的功能定位以及现状水位情况，确定对其生态水位的计算需考虑水文和水生生物生长两个要素，同时尽可能利用距其较近的黄桥水文站的监测数据，具体要求如下：

1.水文因素分析

由于焦土港所处位置属于平原河网区，各河流之间水位差异不大，可通过收集区域内水位监测站点长系列资料进行统计分析，并最终对控制断面生态水位进行推求，本文采用的站点为黄桥水文站。

若水位序列长度超过10 年，可采用逐年最枯月平均水位进行排频，分析得到90%保证率下的月平均水位；也可使用逐年年平均水位进行排频，分析得到90%保证率对应年份的最枯月平均水位；再从可达性方面综合考量，确定水文因素意义上的生态水位。对于序列长度小于等于10 年的，以最小月平均水位作为水文因素意义上的生态水位。

2.水生生物生长因素分析

水生生物生长因素主要是指水生生物最低生存水深，包括鱼类和水生植物，鱼类和水生植物最低生存水深经验值如下：

城市灾害风险多种多样，为了更为合理地评价城市灾害风险，根据灾害风险表达式：灾害风险=(危险性×脆弱性×暴露性)/恢复力，城市灾害风险因子包括危险性、脆弱性、暴露性和恢复性四大因素，它们共同构成了城市综合灾害风险。参考我国《城市综合防灾规划标准》等文献，构建城市灾害综合风险评价指标体系，如表1所示。

鱼类生存水深的最低下限约为鱼类体长的3 倍，根据查阅资料和现场踏勘可知，泰兴市境内河流成年鱼体长在0.3m 左右，故最低生存水深确定为0.9m。焦土港水生植物以湿生植物和浮水植物为主。湿生植物根茎部及以上部分不宜长期浸泡在水中；浮水植物漂浮在水面上，水的深浅不影响它的正常生长，考虑浮水植物的根系一般为15～25cm，故此处将满足其生存的最低水深定为0.3m。

综上，取以上两种方法结果的外包值作为焦土港的生态水位。

（二）焦土港生态水位确定

焦土港干流有水位监测站点——焦土港闸，确定焦土港闸作为生态水位监测断面，分别采用黄桥站90%保证率水位值反推该处水位、该位置处最大水深满足鱼类生存需求的0.9m 对应的水位以及水生植物生存需求的0.3m 对应的水位比较，采用外包值确定焦土港的生态水位。

1.河底高程监测

为精确掌握焦土港水下地形情况，科学制定生态水位，对黄桥站和焦土港干流断面进行了河道地形补充监测，考虑焦土港为东西向的入江河道，入江设有闸站，且与南北向的季黄河在广陵镇兴宁村附近相交，所以本次在焦土港上设3 个监测断面，并对季黄河上的黄桥水文站处的断面进行大断面的测量，监测得到主要河道断面参数见表1。

表1 焦土港河道典型断面监测成果

2.水文因素分析

焦土港无长序列的水文资料，且焦土港属于沿江片区，其片区内河水位以黄桥站为代表。所以本次分别采用代表内河水位的黄桥站90%保证率的水位进行推算。选用焦土港闸2010 年逐日实时水位资料系列与黄桥站相应水位建立相关关系（见图1），其关系式为Y黄桥站=1.0189X焦土港闸上-0.1466，相关关系R2=0.851，0.7 ≤|R|＜1 为高度线性相关，相关关系较好。故直接选用焦土港闸上作为焦土港的水位控制断面，黄桥站90%保证率的水位来推算焦土港的生态水位。

图1 焦土港闸上与黄桥水文站相关关系线图

分析采用黄桥站2001—2015 年年平均值水位数据（见图2）分析，得到90%保证率对应年份为2013 年，取2013 年最低月平均水位为2.02m。

图2 黄桥站年平均水位频率曲线图

采用黄桥站2001—2015 年最枯月平均水位数据（见图3）分析，得到90%保证率下对应的水位为1.78m。

图3 黄桥站最枯月平均水位频率曲线图

通过对比控制断面处与黄桥水文站河道断面图，依据本次河底高程复核监测成果，可推算出控制断面与黄桥水文站的水位关系。

采用黄桥站2001—2015 年年平均值水位数据分析，结合上文中确定的焦土港闸上水位与黄桥站水位的相关关系Y黄桥站=0.9046X焦土港闸上+0.1438 可知，90%保证率下对应的焦土港闸上控制断面水位为2.07m；采用黄桥站2001—2015 年年最枯月平均水位数据分析，90%保证率下对应的焦土港控制断面水位为1.809m。从可达性方面考虑，水文因素分析法中采取年最枯月平均水位数据结果作为水文意义上的生态水位，即1.809m。

3.水生生物生长因素分析

鱼类：已知控制断面河底最低点（河道中心线处）高程为-0.100m，结合焦土港鱼类生存需求的0.9m 水深，则对应的水位为0.8m。

水生植物：已知控制断面河底高程为-0.100m，结合焦土港挺水植物生存需求的0.3m 水深，则对应的水位为0.2m。

结合外包值法，水生生物生长因素最终以对水深要求较高的鱼类因素作为代表值，对应取值为0.8m。

4.综合确定

根据以上两种方法计算的生态水位计算结果，取其外包值作为焦土港的生态水位，即焦土港的生态水位为1.809m，相应90%保证率水位、鱼类生长最低深度0.9m 和水生植物生存的最低深度0.6m。

四、结论

（1）本次研究对象为焦土港，主要承担片区治涝、供水（灌溉）及部分通航的功能，水体无对流量有特殊需求的水生生物，水体生态特征的表征因素为水位，故本次主要针对焦土港生态水位进行研究。

（2）基于焦土港的实际情况，综合考虑水文、水生生物生长等各方面的因素对焦土港生态水位进行了详细分析，两种方法计算结果分别是1.809m和0.8m，依据外包值法最终确定焦土港生态水位为1.809m，控制断面设置在焦土港闸上