水温变化特性对衡水湖湿地生态环境影响的分析

尹立明

（河北省邢台水文水资源勘测局，河北邢台054000）

水温变化特性对衡水湖湿地生态环境影响的分析

尹立明

（河北省邢台水文水资源勘测局，河北邢台054000）

衡水湖供水水源主要以汛期上游来水和外流域调水为主，调水时段多为每年冬季，水源供给时间相对集中。衡水湖水体水温与其他湖泊有所不同，在秋季、冬季和春季多高于一般性湖泊。通过实测资料对衡水湖内水温及气温变化规律进行分析研究，并与其他河流湖泊水体进行对比，阐明了水温变化对衡水湖湿地生态环境和水质的影响，为制定衡水湖生态系统发展规划提供科学依据。

衡水湖湿地；水温变化；水生态系统；变化特征

1 前言

衡水湖属平原区宽浅湖泊，参与系统水循环，各种因素之间存在着内在的关联，主要因素包括系统中水的质量、数量及其温度的变化、植物生物生态多样性等，水温、入湖沙量、蒸发量及其生物物种变化之间也有着紧密的依存关系，其中任何系统发生变化都会引起湖内其他系统响应，以致影响衡水湖湿地生态系统功能，进一步加速水体富营养化的进程。湖区内水量平衡、水体水温是能量平衡计算所必须具备的条件，是探求水生动植物生长变化、水质变化的重要依据。因此，进一步研究衡水湖水温变化规律，探究衡水湖水温变化特性对水生态环境的影响，对衡水湖湿地生态保护、恢复及发展规划具有重要意义。

2 衡水湖水温观测及其变化特征分析

2.1 水温观测方法及原则

观测衡水湖水温的目的是了解水温的年周期变化，本次观测要求准确地推算出日、月、年平均值。观测原则和方法一般每日2次，时间分别为8、20时，为进一步掌握周期性变化规律，每月进行2次月周期变化的观测，15 d为1个周期，2 h为1个观测时段。另外在6—9月夏季高温期，观测水温在垂线上的变化情况，每7 d为1个周期。垂线观测每条垂线布设6个观测点，具体位置为：水面附近，水深0.2m处，水深0.4m处，水深0.6m处，水深0.8m处，河底附近。水深一般应大于1.5m，观测处与观测要求不符时采用左右移动的观测方式，以满足观测要求。与水温同时观测的附属项目还包括岸温、天气状况、风向、风力、湖内水位、蓄水量等，可作为分析计算参考资料。

2.2 水温特征值分析

通过计算与分析2004年资料得知，衡水湖年均水位值为19.64m，最高水位值为20.27m、发生时间为8月30日，最低水位值为19.11m、发生时间为6月30日，计算高低水位差1.16m。湖区多年蓄水量为0.44亿～0.91亿m3。一般除汛期有入湖水量外，其他时段均为稳定蓄水时期[1]。

通过计算得知，衡水湖年均水温约15.7℃，高于一般平原河流（滏阳河上游艾辛庄站水温1.4℃），最高水温35.0℃、发生时间为7月5日，最低水温为1.2℃、发生时间为12月3日，最高水温与最低水温年变幅值为33.8℃。各月最低水温变化，见表1。

衡水湖区域冬季寒冷，封冻时间较长，每年1、2、12月为冰期，湖内水温偏低。3月以后为升温期，其他月份基本遵循升温期气温高于水温、降温期水温高于气温的变化规律，见表2。

表1 衡水湖区水温特征值

表2 衡水湖区逐月水温特征值

通过对衡水湖上游及下游相关水文站多年水温观测资料进行分析对比计算，发现衡水湖水体水温较其他河流和湖泊明显偏高。衡水湖水体水温高于山溪性河流28.3%，高于平原河流4.1%，高于平原湖泊12.3%。各河流及湖泊多年平均水温计算结果，见表3。

表3 各河流及湖泊多年平均水温变化统计

通过对衡水湖历年月均资料分析计算，并与山溪性河流、平原河流、平原湿地进行对比分析，发现衡水湖水温变化与平原湖泊变化趋势基本一致，1—6、10—12月其水温略高于平原湖泊；山溪性河流水温变化与湖泊水温变化趋势一致。各河流及湖泊水温年内变化过程线，如图1所示。

图1 河流、湖泊水温年内变化过程线

3 衡水湖内气温与水温的关系及其变化分析

通过相关资料分析得知，北方平原蓄水洼淀气温与水温变化有如下表现规律：水温以年为周期进行变化；其垂直变化具体表现为，表面温度最高，将水温变化与气温变化对比发现水温变化一般滞后于气温；由于受太阳光照的影响，湖区内部表层水温与气温较为接近，而气温的变化幅度则大于水温[1]。

3.1 水温观测频率分析

本次采用资料，是在每日8、20时观测的平均水温值与多次观测日均值之间建立关系线，通过相关分析计算得知两者关系密切，呈直线相关，相关系数接近1.0。对此，用每日观测2次水温计算日均值，基本可满足计算精度的要求。

3.2 降温时段与升温时段变化分析

通过对衡水湖全年实测水温观测资料进行对比分析得知，水温变化规律存在明显的升温期和降温期。温度变化趋势按月序呈顺时针方向，呈闭合环形曲线。按时段划分，一般每年2—7月为升温时段，月均水温比气温大约高1.3℃。每年8月初到次年1月为降温时段，月均水温比气温高大约4.4℃，如图2所示。

图2 衡水湖月均气温-水温关系

3.3 日均水温与日均气温的相互关系

根据每月1、15日12次的水温、气温观测资料，采用算数平均法求其均值，建立日均水温与日均气温的相互关系曲线并进行相关分析，得出两者的相关系数接近1.0，相关关系非常明显。

3.4 水温在观测垂线上的变化规律

衡水湖按类型划分，属于平原区宽浅湖泊，其引水方式多采用定期引水与随机引水相结合，一般以定期引水为主，引水水源包括黄河、卫运河及湖泊上游来水等。由于水源相对固定，受对流交换的影响较小，湖内水温变化在垂线分布上的变化相对均匀。就本次采用的6—8月夏季高温期实测垂线观测资料而言，6月上旬上层少数观测点水温高于下层（最大值1.8～2.0℃），其余时段水温在垂线方向上变化梯度不明显。

4 衡水湖水温变化对湖泊生态环境的相关效应分析

衡水湖水温在春秋两季略高于一般平原湖泊，基于这种变化特性，对水生态系统、水环境产生了不同的相关效应。温多出现在7月（平均值26.3℃左右），最高月均水温则多出现在8月（平均值28.8℃左右），水温比气温滞后约1个月左右。最低月气温为-4.9℃、多出现在1月，月均最低水温为2.7℃、多出现在12月。

4.2 水温变化特性对湖区水生植物产生的效应

水温是生物多样性重要控制因素之一。水温的高低将直接影响水生生物的新陈代谢程度，进而影响其对肥料的吸收和利用。水温较高时，水生物生长活力强，其新陈代谢旺盛，对肥料的吸收和利用率也强。在特定的范围内，水温较高时生物种类较多，水温较低时生物种类较少[2]。

表4 衡水湖逐月气温、水温及差值计算结果℃

4.1 水温与气温的变化效应分析

通过本次实测资料分析可知，衡水湖面的水温变化与气温的变化有一定的关系，但由于水体具有吸热和储存热两大特点，湖内水温的变化趋势相对平缓。根据实测资料分析，水温最高值出现时间一般晚于气温最高值出现时间（气温出现时间多在当日14—16时，水温出现时间多在当日16—18时）；湖内水温的日变幅度小于气温，盛夏时节气温日变幅度可达9～10℃，而水温日变幅则只有8.5℃；通过实测资料来看，水温的年变幅也小于气温。盛夏季节，湖区内表层水温最高可达35～36℃，而冬季水温降至-13.0℃以下，平均年变幅达到33.6℃。为了更全面地了解水温及气温变化分布情况，本次对湖区岸边水温及气温进行同步观测，发现岸边最高气温可达49.2℃。逐月平均气温水温、变化情况，见表4。

根据逐月观测资料分析可知，年内最高月均气

通过对衡水湖年内水温变化特性分析可知，衡水湖水温在5—10月与北方一般湖泊比较接近，而在冬季11月至次年4月高于一般平原湖泊。

根据观测资料分析可知，衡水湖2月平均水温7.0℃左右，接近一般湖泊3月平均水温（7.5℃）；衡水湖3月平均水温（12.7℃左右），接近一般湖泊4月平均水温（14.5℃）。由此可见，在春季衡水湖水温比一般湖泊平均水温提前升高近1个月时间，而秋季衡水湖水温降低时间也晚于一般湖泊。此水温变化特性，造成水生植物春季较早发育成长而秋后衰亡期延后，进一步延长了水生植物的生长期，同时也增加了水生动物的生长期和微生物的繁殖周期，进而对衡水湖渔业开发和水生植物的开发利用具有积极作用。

4.3 水温变化对水生生物产生的效应

伴随着环境温度的上升，任何生物的代谢将呈加快趋势，而湖水中的溶解氧含量却随着温度的升高而降低。湖水温度越高，毒物作用越大。鱼在热水中，表现呼吸急促、食欲减退、消化不良和繁殖率下降等不良反应。湖区水温上升时，鲑鱼卵早期胚胎会受损害，在15.5℃左右时鲑鱼卵则会大面积死亡[3]。

不同鱼类对水温有不同的适宜范围，生活在20℃以上的为温水性鱼类，在20℃以下的为冷水性鱼类。我国饲养的草鱼、鲢鱼、鲤鱼、鲫鱼、鳊鱼、罗非鱼等都属于温水性鱼类。温水性鱼类在15～30℃环境生长，最适宜水温为25℃左右，一旦水温超过30℃或低于15℃时则呈现食欲减退、新陈代谢减慢的现象，5℃以下则停止觅食。在一定温度下鱼才能产卵。温水性鱼类对水温的要求，见表5。

藻类植物生长受其温度的影响。多数硅藻类是鱼的食饵，具有防止水体变味、发臭的作用。水温5.6～24.0℃时，硅藻生长占优势；高到26.7℃时，绿藻类植物生长占优势，硅藻植物减少；达到32.2℃时，蓝藻类植物占优势。而蓝藻类植物能产生异味，使水质变差。放线菌纲类植物，在高温下迅速繁殖而使水体变臭。水中根生植物随温度的升高而增殖[4]。

表5 温水性鱼类对水温的适应情况℃

5 衡水湖优势水温对水生生物链效用分析

衡水湖作为国家级自然保护区，坐落在衡水、冀州、枣强之间的三角地带，是河北省最大的平原区天然湖泊，可接纳海河流域子牙河、南运河两大水系的水源，自20世纪80年代开始通过多方努力，基本上每年接纳外流域引黄的调节水量。通过20多年的不间断蓄水，湖区水生植物生长逐渐茂盛起来，浮游生物恢复较快，在引黄蓄水时期，由于外流域生物的引进，为湖区内鱼类、底栖类、鸟禽类的繁殖提供了极为丰富的饵料，也为禽鸟类的孵化创造优良条件，为进一步开发利用水生生物链创造了更为有利的水温环境。衡水湖区域与长江三角洲区域气象条件对比情况，见表6。

表6 衡水湖区域与长江三角洲区域气象条件对比

通过本次湖内实测水温观测资料分析计算得知，大约在每年5月上旬出现20℃以上水温，到10月中旬以后水温开始下降至20℃以下，20℃以上水温天数累计可达160 d左右；在5月中旬开始出现25℃以上水温，到9月中旬以后湖内水温呈下降趋势，25℃以上水温天数累计可达120 d左右。此时段，也是水生生物生长最快的时期，因此该时段利用衡水湖的蓄水发展种植及养殖业可取得极为可观的经济效益。从现有的资料分析得知，湖区内浮游动物有的品种每年可多代生衍，有的可繁殖10代以上，湖内的原生动物量是非常可观的。衡水湖内生长的水生浮游植物及水生维管束植物也是多种鱼类的饲料。开发利用此种生物链不仅可以产生可观的经济效益，也可有效避免由于水生植物烂死在湖内而造成二次污染。衡水湖水温在很多方面呈现优势，对水生生物链效用可表现在如下几方面。

（1）对河蟹类养殖业及淡水渔业所产生的效用明显。据相关资料分析可知，近些年来，在北方特别是华北中南部地区，区域水资源极为匮乏，大多数河流下游的河口处基本处于断流状态，大多数蟹种不能向上洄游，河蟹基本断绝。由于上述原因所致，河蟹成为紧俏水产品，养殖经济价值上升迅速。针对衡水湖区域的特点，发展螃蟹养殖业，其经济价值会更高。

（2）衡水湖属暖温带大陆季风气候区，四季分明，年均气温13.0℃；衡水湖区域日照时间长，无霜期最长可达208 d，雨热同期，极为适宜温水类水生生物的生长。衡水湖水域理化性能好，可较好地控制污染，为更好地发展水生养殖业创造了极为有利的条件。在充分利用优势水温发展现有的自然鱼种基础上，因地制宜，选择自食力强、经济价格高的名贵鱼种进行养殖，经济效益可得到明显的提升。在养殖区域的分布上，做到有组织、有计划地兴建塘池，进一步扩大养殖规模。在浅水围网养殖区，单位产值比粗养高出很多倍，此项技术具有投资少、见效快、效益高等特点，适应在衡水湖区域推广示范[5]。

（3）对禽类养殖业和水生植物资源的开发利用所产生的效用也显而易见。目前，衡水湖水域面积75 km2，开展立体养殖是有效的途径。利用湖内优势水温，可有计划地建立鸭鹅养殖场，既可解决当前鸭鹅的活动水域问题，又可利用禽粪肥水提高养殖水域的营养，起到事半功倍的效果。在北方，鹅比鸭更适合大的水域，根据其生理特点，鹅属食草水禽，它进食量大、消化能力强，有水有草即可养殖。鹅多以放牧为主，补充的精料较少，其经济效益很高。在科学规范的引导下，养殖业的积极性容易调动起来，成为衡水湖的重要产业。

（4）衡水湖属北方平原洼淀宽浅型湖泊，水质清澈，光照充足，淤泥深厚且肥沃，湖内的优势水温有利于水生植物的生长。湖区内生长的大型植物类包括蕨类植物门、轮藻植物门，经济价值相对较高。芦苇和香蒲是衡水湖区域内的主要经济作物，生长茂盛时可连成一片。莲藕全身都是宝，有较高的经济价值，近年来湖区周边浅水区有部分莲藕种植，但由于产量不高，也未能形成生产规模。藕和藕粉可食用，莲苞、莲子为中药材，荷叶可作为很好的油质食品包装材料。莲藕种植区域选择在中隔堤两侧较为适宜。衡水湖区域有着丰富的芦苇、蒲草资源，随着对外贸易量的增多，更多的湿地植物资源将得到综合利用。

[1]张彦增，尹俊岭，崔希东，等.衡水湖湿地恢复与生态功能[M].北京：中国水利水电出版社，2010：121-230.

[2]徐火生，汪泽培.鄱阳湖水温时空变化规律分析[J].水文，1989，54（6）：28-31.

[3]王晓蓉，华兆哲.环境条件变化对太湖沉积物磷释放的影响[J].环境化学，1996，15（1）：15-19．

[4]唐峰，陈季华.人工湿地系统中氮磷去除机理的研究进展[A].中国环境水力学2006[C].北京：中国水利水电出版社，2006：299-302.

[5]河北省衡水水文水资源勘测局.衡水市水资源评价报告[R].衡水：河北省衡水水文水资源勘测局，2006：18-21.

AnalysisofW ater Tem perature Change Characteristicsof Hengshui LakeW etland Ecological Environment

YIN Li-ming
（XingtaiHydrology and Water ResourcesSurvey Bureau of HebeiProvince，Xingtai054000，China）

Water supply resourcesofHengshui Lake ismainly based on the the upper reaches and draw water diversion in flood season.Thewater diversion period is in winter every year.The concentration ofwater supply time leads to the differences ofwater quality and temperature between Hengshui Lake and the common lakes.The water temperature of Hengshui Lake is higher than the common lakes during autumn，winter and spring.The changing regulation of Hengshui lakewater temperature and the temperature isanalyzed with themeasured data and compared with other rivers and lakeswaterbody.It is illustrated how the water temperature change characteristics of Hengshui Lake wetland affects the ecological environmentandwaterquality.And a scientific basis isprovided for Hengshuilakeecologicalsystem developmentplan.

Hengshuilake；water temperature variation；waterecosystem；variation characteristics

X83

A

1004-7328（2014）06-0007-05

10.3969/j.issn.1004-7328.2014.06.003

2014-09-12

尹立明（1987-），男，助理工程师，主要从事水文水资源分析与评价方面的工作。