斗门水库向城市湖泊生态补水量分析

张（陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安710001）

斗门水库向城市湖泊生态补水量分析

本文基于城市湖泊的功能，通过水量平衡法、最小生态水位法对西安市西北部3个城市湖泊的生态需水量进行了计算，最终确定斗门水库应向西安市西北部3个城市湖泊补水1536.14万m3。

城市湖泊；生态需水量；生态补水

随着城市发展，水资源供需矛盾日益突出，如何在新形势下合理利用和配置水资源，实现水生态文明目标，是亟待解决的问题。目前，西安市正在进行积极构建“5引水、7湿地、10河系、28湖池”的水系网络，保证河湖生态用水量是实现大西安生态文明建设目标的基本保证。

1　工程概况

陕西省斗门水库工程位于西安市西郊沣河右岸原昆明池遗址，是引汉济渭输配水工程的调蓄水库，是一座调蓄引汉济渭工程的水量，以供水、防洪为主，兼顾改善生态环境的水资源综合利用平原水库，其主要功能是调蓄引汉济渭工程南干线水量，承担向沣东、沣西新城供水的任务，还兼顾着调蓄沣河洪水和雨、洪资源，改善西安市生态环境并向西北部水系湖泊生态补水的功能。

表1　需补水的三座湖池蒸发增损量及渗漏损失量计算表

表2　湖泊补水制度

表3　最小水位法计算各湖泊生态需水量结果一览表

斗门水库建成后，将向西安市西北部3座湖泊（即高新湖、汉城湖、汉护城河湖）进行自流补水，因此，确定斗门水库向城市西北部3座湖泊的生态补水量，即确定西北部3座城市湖泊的生态需水量显得尤为重要。

湖泊最小生态需水量是指特定时段内为保证湖泊生态系统的稳定、确保湖泊生物多样性及湖泊环境和生态功能的正常发挥所必需的最小水量［1］。城市湖泊生态需水量是指维持城市湖泊正常生态环境功能所需的水量。

2　斗门水库生态补水量计算

目前计算湖泊生态需水量的方法主要有湖泊水量平衡法、最小水位法、功能法等。其中，湖泊水量平衡法适用于人为干扰较小的闭流湖或水量充沛的吞吐湖的保护和管理，也适用于人工控制的城市人工湖泊［2］。最小水位法适用于人为干扰严重的自然湖泊，或是存在季节性缺水和水质性缺水问题的湖泊。功能法适用于受损严重的湖泊。

需要斗门水库生态补水的湖泊主要是高新湖、汉城湖、汉护城河湖，均属于城市湖泊，其生态功能主要为文化娱乐型，包括美化环境、调节气候、休闲娱乐等。此种城市湖泊生态需水量的确定应以维护其服务功能，实现湖泊生态系统可持续发展为目标［3］。因此在确定高新湖、汉城湖、汉护城河湖等城市湖泊生态需水量时应首先满足湖泊自身存在的需水量，水面蒸发散发量、湖泊渗漏需水量，湖泊净化需水量，还应满足景观和娱乐需水量，此外，还应体现动态性原则，即考虑到湖泊蒸发水量的季节性变化，以及考虑到降雨量丰枯、湖泊水深的变化，确定不同季节的湖泊生态需水量的动态变化。

考虑到高新湖、汉城湖、汉护城河湖等城市湖泊的功能以及各种计算方法的适用性，本文主要采取水量平衡法、最小水位法计算湖泊生态需水量。

2.1水量平衡法

水量平衡法是在湖泊水量动态平衡的基本原理上形成的，根据出入湖水量交换的基本平衡规律有：

式中：△W1——湖泊蓄水量的变化量，亿m3；

P——湖面降水量，亿m3；

Ri——入湖水量，亿m3；

Rf——出湖水量，亿m3；

E——蒸发量，亿m3；

△Wg——地下水变化量，亿m3。

对干旱地区湖泊而言，蒸发量大于降水量，在地下水维持动态平衡的条件下，△Wg=0，湖泊生态需水主要是用于维持湖泊水量平衡而消耗于蒸发的水量［2］，其计算公式为：

式中：W1——水面蒸发量，亿m3（可用于表示干旱地区湖泊的生态需水量）；

Ai——湖泊水面面积，m2；

Ei——水面蒸发能力，m3/m2；

P——降水量，m3/m2；

E——蒸发量，亿m3；

△Wg——地下水变化量，亿m3。

在西安地区，针对以上3个湖泊，除了考虑蒸发因素外，还应考虑渗漏损失及湖泊循环更新水量（净化水质水量）。结合《“八水润西安”规划》对湖池水资源配置要求进行考虑。

（1）蒸发增损量、渗漏损失水量

为了维持其生态及景观功能，城市景观水面常年维持一定的水面面积和水位，可认为湖池的蓄水量在一年中各月基本不变。蒸发增损量采用长安气象站实测水面蒸发资料，将水面蒸发量换算为蒸发损失量。渗漏损失系数r根据地质条件确定，斗门水库地质条件为粉砂、粘土等类型，取0.01。高新湖、汉城湖、汉护城河湖3个湖池的蒸发增损量、渗漏损失量计算详见下表1。

由上表可见，3个湖池的蒸发增损量、渗漏损失量为109.49万m3。

（2）循环更新水量

根据现状湖泊调查，现有的汉城湖主要是通过沣惠渠补水，补水量和补水频次较为机动，根据2014年10月、2015年3月对汉城湖水源沣惠渠三干渡槽取水口的水质监测，总氮监测值为6.12mg/L和4.86mg/L，超出《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅳ类标准中总氮1.5mg/L的限值，现状补水水源的沣惠渠水质不能达标，无法保证汉城湖湖泊水体水质。

根据《“八水润西安”规划》［4］中确定的湖泊换水制度，补水频次较为频繁，补水量较大，规定的补水频次和补水量均大于现状湖泊的补水制度。故采用《“八水润西安”规划》中规定的3个湖泊的换水制度计算湖泊的循环更新水量，3个湖泊的循环更新水量为1287万m3（详见下表2）。

（3）总需水量

各湖池的逐月生态需水量应为各月的蒸发增损量、渗漏损失量和循环更新换水量之和，为1396.49万m3/年，计入输水损失10%，斗门水库外湖每年向西北3个湖泊生态补水1536.14万m3。

2.2最小水位法

最小水位法是指综合维持湖泊生态系统各组成分和满足湖泊主要生态环境功能的最小水位最大值与水面面积，来确定湖泊生态环境需水量。

式中，Wmin——湖泊最小生态环境需水量；

Hmin——维持湖泊生态系统各组成分和满足湖泊主要生态环境功能的最小水位最大值；

S——水面面积。

在进行Hmin的确定时，对于已建的湖泊可以采用调查法，调查历年湖泊运行的经验数值作为其维护湖泊生态环境功能的最小水位最大值。除此以外，还可根据其湖泊功能，对于具有景观娱乐功能的城市湖泊可根据主要娱乐项目确定水深的方法来计算景观娱乐需水量：湖泊景观娱乐项目主要包括划船、游泳、垂钓等，当水深h＞0.7m时可以用于划船，当水深h为1.0～2.0时可以满足游泳要求，当水深h＞2.0m时可以行驶机械船等［5］。

采用最小水位法计算各湖泊的生态需水量见下表3。

由上表可以看出，采用最小水位法计算各湖泊生态需水量为398万m3，计入输水损失10%，斗门水库外湖每年向西北3个湖泊生态补水437.8万m3。

3　结语

斗门水库建成后，其外湖的主要任务是防洪和生态补水，其主要水源为沣河洪水、城市雨洪，外湖多年平均取水量1934 万m3。综合分析以上用于计算斗门水库向城市湖泊生态补水量的方法，采用水量平衡法计算得出的湖泊生态补水量为1536.14万m3，大于最小水位法的计算结果437.8万m3，对以上计算过程和结果进行分析，针对于本工程而言，需要确定生态需水量的高新湖属于未建湖泊，在实际运行时水体水质情况会比较复杂，其维持湖泊生态功能的最小水位也难以精确确定；而水量平衡法综合考虑了湖泊的蒸发、渗漏、循环更新等因素，得出的结果较为可信。

采用水量平衡法的计算结果，斗门水库向城市西北部湖泊生态补水量为1536.14万m3后，工程还可充蓄防洪库容398万m3，可以兼顾水库的防洪和生态补水功能，因此可以认为，采用水量平衡法计算得出的生态补水量较为可行。陕西水利

［1］崔保山，赵翔，杨志峰；基于生态水文学原理的湖泊最小生态需水量计算［J］；生态学报，2005，25（7）：1788-1795.

［2］李鸿，龙平沅，王军根；不同类型生态环境需水量计算方法的探讨；红水河，2005年第4期，第24卷第4期，100～103.

［3］冯翠红，刘海学，余建民；基于生态服务功能的城市湖泊生态系统需水量分析；水土保持研究，2007年6月，第14卷第3期，161～163.

［4］《“八水润西安”规划》，西安市水务局，西安市水利规划勘测设计院，西安理工大学，西安市水资源利用技术服务中心，西安市政设计研究院有限公司，2012.12.8.

［5］王俊，孙秀玲，曹升乐等；东平湖老湖区生态环境需水量研究；人民黄河，2014年11月，第36卷第11期，77～80.

（责任编辑：畅妮）

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