东平湖老湖生态补水相关问题探讨

2022-10-24王永刚齐永志丰焕平

山东水利 2022年10期

王永刚，齐永志，丰焕平

（山东黄河勘测设计研究院有限公司，山东济南 250013）

东平湖水源主要为汶河来水，南水北调东线一期工程建成后，长江水也成为东平湖水源之一，受降雨及上游拦蓄影响，2014年讯后大汶河来水无法保证，造成东平湖老湖区水位持续下降，长江水成为东平湖主要补给水源，但对老湖区域水源补给局限性较大。

东平湖是重要的省级生态功能保护区，东平湖老湖区水位持续下降造成了生态与环境恶化，渔业与旅游业发展受到制约，湖区群众的生产生活受到严重影响。研究分析东平湖的生态水位，通过科学合理的补给措施保证其水位，是促进当地社会经济发展的需求，有利于维护东平湖老湖区生态与环境安全，有利于推动当地旅游业的发展和湖区移民脱贫致富。

1 生态补水路线

分析东平湖老湖区及与黄河的地理位置关系，可以拟定3条引黄线路。路线一是从国那里引黄闸，经引黄渠道（岱庙灌区6.3 km），由二级湖堤新建进湖闸进入；路线二是从陈垓引黄闸，经引黄渠道（长约19 km）、梁济运河（长约17 km）、邓楼泵站、柳长河渠道（长约21.6 km），由八里湾泵站进入；路线三是从庞口防倒灌闸新建泵站，经出湖闸后渠道（长约5.5 km），由陈山口、清河门出湖闸进入。

从引水条件、引渠长度、工程影响等方面综合分析，国那里引黄闸生态补水路线是最为经济合理的。

2 生态恢复目标及补水时机

据1954—2016年水位统计资料，东平湖1980年前最低湖水位较低为37.22 m（1977年7月），2000年后水位较高最低湖水位分别为38.33 m（2003年8月）和38.91 m（2016年1月），详见表1。

表1 各时间段最低湖水位及出现时间统计表

2.1 生态恢复目标

东平湖老湖区生态恢复目标主要结合东平湖市级湿地自然保护区、南水北调东线一期工程运用、老湖区最低水位变化及生态环境需水位分析确定。

2.1.1 湿地对东平湖老湖区水位的要求

东平湖市级湿地自然保护区总面积为259.27 km2，其中核心区面积约88.58 km2，缓冲区面积约37.77 km2，实验区面积约132.92 km2。为保证东平湖市级湿地自然保护区正常生态功能，应确保核心区及缓冲区常年有水，以此分析相应东平湖老湖区水位为38.99 m。

2.1.2 南水北调东线工程运用水位

水利部关于南水北调东线一期工程水量调度方案的相关文件中规定，东平湖水量调度期为10月至翌年5月，当东平湖老湖区水位低于39.22 m且有调水要求时，八里湾泵站则开始抽水补充东平湖老湖区，补湖水位按39.22 m控制，即南水北调调水东平湖老湖控制水位为39.22 m。

2.1.3 生态环境需水位

研究生态水位的方法[1]较多，主要有水量平衡法、换水周期法、最小水位法、功能法等。其中，功能法是以生态系统学为理论基础，从湖泊生态功能的维持与重建的角度出发，以保护和恢复湖泊生态系统的完整性和多样性为目标，遵循生态优先、兼容性、最大值和等级制原则，能够较为全面地计算湖泊生态环境需水量。因此，东平湖老湖区最低生态水位采用基于功能法的计算方法进行确定。

1）东平湖最低生态环境水位。湖泊最低生态环境水位[2]一般采用湖泊形态法和水文分析法进行计算，取两者中的大值做为湖泊最低生态环境水位。

一是采用湖泊形态法计算生态环境最低水位。湖泊水位和面积或容积之间为非线性关系。在湖泊面积或容积随水位的变化率中有一个最大值，达到最大值后湖泊水位每降低一个单位，湖泊水面面积或湖泊容积将显著减少，同时湖泊功能也将显著减少。湖泊水位与湖泊面积或容积随水位的变化率的关系可能存在多个“最大值”。由于湖泊最低生态水位是湖泊枯水期的低水位。因此，在湖泊枯水期低水位附近的“最大值”相应的水位为湖泊最低生态水位。所以可以用湖泊水位作为湖泊水文和地形子系统特征的指标，用湖面面积或湖泊容积作为湖泊功能指标，建立湖泊水位与湖泊面积或容积随水位的变化率之间的关系曲线[3]。

根据东平湖水位-面积变化率曲线，可得出东平湖为水位37.72 m时对应的面积最大，以后东平湖水位每降低一个单位，湖泊面积减少率显著增加，因此可将37.72 m作为东平湖最低生态水位。

二是水文法计算生态环境最低水位。在水文统计资料中，一般将90%保证率下的湖泊多年平均月最低水位，作为防止湖泊生态系统的进一步退化的生态水位。以1954—2016年逐月最低水位序列做为研究对象，得出90%保证率下的最低水位为37.95 m。

图1 东平湖水位-面积变化率曲线图

三是计算最低生态环境需水位。湖泊最低生态环境需水位采用湖泊形态法和水文分析法两者中的大值确定，为37.95 m。

2）水生生物栖息需水位。湖泊水生生物除自身生长繁殖需水之外，还要有必需的生息空间及产卵和越冬的场所。湖泊水生生物需水量及水位与栖息地等级的对应关系详见表2。

表2 水生生物栖息地等级

东平湖平均湖底高程为37.5 m左右，生态需水量按最小等级计算，则对应水位为39.0 m。

3）东平湖湖区航运需水位。在南水北调东线一期工程建设中，南四湖至东平湖段以输水与航运结合的原则，按Ⅲ级航道、Ⅱ级船闸标准进行建设。批复的东平湖区段最低航运水位为39.22 m，最高航运水位44.72 m。

4）东平湖生态环境最低水位。综上，东平湖生态环境最低水位应取生态环境最低水位、水生生物需水位、航运需水位3者中的最大值，为39.22 m。

2.1.4 生态恢复目标水位

生态恢复目标水位既要满足东平湖市级湿地自然保护区的需求，又要满足南水北调东线一期工程的正常运行，还要满足生态环境水位需求，同时结合东平湖老湖区历年最低水位综合进行分析，最终确定东平湖老湖生态恢复目标水位为39.22 m。

2.2 补水时机

根据南水北调调度方案，东平湖水量调度期为当年10月至翌年5月，补湖水位按39.22 m控制。因此生态补水期为南水北调非调水期，即在6月1日～9月30日进行相机补水。

3 补水量计算

3.1 蒸发量

依据戴村坝水文站1981—2016年多年平均蒸发、降水资料，对东平湖老湖区6～9月多年平均蒸发能力进行计算，计算结果详见表3。

表3 6～9月多年平均蒸发能力计算表mm

如表3所示，东平湖老湖区6～9月多年平均蒸发能力为150.6 mm，老湖水面面积按39.22 m水位对应湖区面积130.6 km2进行计算，则老湖区6～9月蒸发量为1 967万m3。

3.2 渗漏量

河流、湖泊中有水存在，水位抬高，水压加大，在地下水位较低的情况下就会产生渗漏损失。河湖、水库渗漏的经验公式为：

式中：W渗为河湖渗漏损失，m3；W蓄为河湖平均需水量，m3；K为经验取值或系数。

东平湖老湖区渗漏地质条件较差，6～9月渗漏损失量按39.22 m水位对应蓄水量1.996亿m3进行计算，月渗漏损失系数取为1.5%，则老湖区6～9月渗漏损失量为1 198万m3。

3.3 周边灌区引水量

东平湖老湖区周边共有二十里铺灌区等6处引湖灌区，灌溉面积为95.33 hm2，引水期主要为每年的2～10月。

老湖区湖周灌区用水量年际变化较大，据统计，6～9月最大引量为2014年的1 075.94万m3，最低为零，分别在2007年和2008年。老湖区湖周灌区用水量受气候影响较大，干旱年份用水量大，因此东平湖老湖区相机补水时机应选在干旱年份，湖周灌区6～9月用水量采用2014年用水量1 075.94万m3，取整为1 076万m3，见表4。