丁夏平

(內(nèi)蒙古河套灌區(qū)水利發(fā)展研究中心，內(nèi)蒙古 臨河 015000)

烏梁素海位于我國內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市境內(nèi)，是由黃河改道形成的河跡湖，對(duì)維護(hù)周邊地區(qū)生態(tài)平衡起著重要的作用[1]。多年來，烏梁素海水質(zhì)惡化、鹽分積累、泥沙淤積、植被退化、沼澤化問題突出，現(xiàn)狀水域面積已從新中國成立前的800 km2縮減到現(xiàn)在的293 km2[2]。近年來經(jīng)過治理，排入烏梁素海的入湖污染物有所控制，污染程度有所減輕，但目前狀況仍然不容樂觀，生態(tài)環(huán)境問題依然存在，且存在湖區(qū)和出湖水質(zhì)不穩(wěn)定達(dá)到地表Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)和COD超標(biāo)等問題。保證其入湖水量是維持湖泊現(xiàn)有水面發(fā)揮其水生態(tài)功能的基本條件，是維持烏梁素海湖泊現(xiàn)有水面和水生態(tài)健康的主要制約因素。治理烏梁素海必須率先科學(xué)規(guī)劃水資源，保證其生態(tài)需水要求[3-5]。

1 水面維持生態(tài)需水量

河套灌區(qū)降雨量遠(yuǎn)低于蒸發(fā)量，在天然狀態(tài)下，天然蒸發(fā)和降雨很難構(gòu)成烏梁素海的水量收支平衡。為了保持水位不降低和湖泊面積不縮小，需要有一定的增量輸入水量，該增量輸入水量即為水面維持生態(tài)需水量。

1.1 湖泊濕地功能法計(jì)算維持水量

(1)水面區(qū)蒸發(fā)量。水面蒸發(fā)量采用烏拉特前旗氣象站1996—2017年系列計(jì)算，多年平均蒸發(fā)量為2343.0 mm(20 cm口徑蒸發(fā)皿)。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果類比，烏梁素海地區(qū)20 cm口徑蒸發(fā)皿轉(zhuǎn)換成20 m2蒸發(fā)池(可代表水面蒸發(fā))蒸發(fā)折減系數(shù)全年平均為0.56，由此得到多年平均水面蒸發(fā)量為1312.1 mm。湖泊水面蒸發(fā)量根據(jù)水面蒸發(fā)和近4 a水面面積(143 km2)計(jì)算。因此，水面區(qū)多年平均蒸發(fā)量為1.88億m3。

(2)蘆葦區(qū)蒸散量。根據(jù)水生植物蘆葦?shù)纳谔攸c(diǎn)，將蘆葦區(qū)蒸散量計(jì)算劃分為2個(gè)階段，一是蘆葦快速生長季節(jié)(5—10月)；二是寒冷季節(jié)，其中，11月中旬至翌年3月底以冰凍時(shí)間為主，4月份是蘆葦發(fā)芽時(shí)期，生長耗水微弱。蘆葦快速生長季節(jié)蒸散量采用蘆葦生長蒸散深度和歷年蘆葦面積來計(jì)算。通過與扎龍濕地類比得知，由于濕地水生植物蘆葦?shù)挠绊懀J葦濕地蒸發(fā)量較水面蒸發(fā)增長了10%，且烏梁素海蘆葦生長季(5—10月)期間水面蒸發(fā)量占全年蒸發(fā)量的73.7%，該時(shí)段烏梁素海地區(qū)20 cm口徑蒸發(fā)皿轉(zhuǎn)換成20 m2蒸發(fā)池蒸發(fā)折減系數(shù)取值0.589。經(jīng)計(jì)算，蘆葦生長季蒸散深度為1118.8 mm，與黃河三角洲蘆葦中等覆蓋度55%(1100 mm)相近；近年來經(jīng)過治理，蘆葦面積維持在150.0 km2，經(jīng)計(jì)算，蘆葦生長季節(jié)蒸散發(fā)水量為1.68億m3。在寒冷季節(jié)蘆葦區(qū)蒸散量按水面估算，該時(shí)段烏梁素海地區(qū)20 cm口徑蒸發(fā)皿轉(zhuǎn)換成20 m2蒸發(fā)池蒸發(fā)折減系數(shù)取值0.502，即0.46億m3。因此，蘆葦區(qū)多年平均年蒸散量為2.14億m3。

(3)滲漏需水量。根據(jù)《烏梁素海按水庫運(yùn)行管理專題報(bào)告》，烏梁素海湖泊每年向?yàn)趿核睾Ｎ鞅卑稘B漏水量約0.71億m3，扣除烏梁素海東岸補(bǔ)給量0.17億m3。因此，烏梁素海每年平均補(bǔ)給地下水量為0.54億m3。

(4)陸面降水量。多年平均降水量采用烏拉特前旗1996—2017年系列計(jì)算，為219.7 mm；其中，多年平均徑流深為8.8 mm，由此得出陸面降水深度為210.9 mm。陸面降水量根據(jù)多年平均陸面降水量和歷年水面面積(293 km2)計(jì)算。因此，多年平均陸面降水量為0.62億m3。

綜合以上4項(xiàng)構(gòu)成，維持湖泊現(xiàn)狀水面的需水量為3.94億m3。

1.2 水平衡法分析印證維持水量

根據(jù)烏梁素海1988—2017年運(yùn)行資料，采用水平衡方法計(jì)算烏梁素海年實(shí)際耗水量，主要根據(jù)烏梁素海入湖水量扣除烏梁素海出湖水量及湖泊水量蓄變量進(jìn)行估算，計(jì)算成果見表1。

表1 烏梁素海維持現(xiàn)狀水面所需的水量計(jì)算

當(dāng)補(bǔ)充水量與實(shí)際耗水量相等時(shí)才能維持烏梁素海的水量平衡，2000—2017年平均實(shí)際耗水量為3.92億m3，因此，同湖泊濕地功能法計(jì)算維持水量3.94億m3相對(duì)比，烏梁素海維持現(xiàn)狀水面所需生態(tài)水量不宜小于3.94億m3。

為控制烏梁素海內(nèi)源污染并保護(hù)其生物多樣性，近年來經(jīng)過治理，烏梁素海蘆葦區(qū)控制在150 km2，河口濕地面積也在逐步擴(kuò)大。雖然這樣一方面減少了明水面區(qū)蒸散量，但另一方面也增加了因?yàn)┑貜?fù)水所帶來的水面蒸發(fā)和灘地植物蒸騰蒸發(fā)。

綜上分析，烏梁素海水面維持生態(tài)需水量為3.94億m3。

2 洗鹽生態(tài)需水量

2.1 維持現(xiàn)狀鹽分平衡所需水量

由于來水帶入鹽分，而湖泊濕地的水分蒸發(fā)會(huì)造成鹽分在水體中的富集，因此,要保持湖泊的鹽分濃度不產(chǎn)生明顯上升，需要輸入一定量的低鹽水體，該輸入水量即為溶鹽洗鹽生態(tài)需水量。

確定物質(zhì)平衡時(shí)的生態(tài)需水量，應(yīng)該服從湖泊的水質(zhì)平衡。假定湖泊的物質(zhì)貯存量是穩(wěn)定的，則輸入的物質(zhì)總量應(yīng)該等于排出的元素物質(zhì)總量，則有式(1)：

PCp+Q灌排C灌排+Q下C下+Q生態(tài)C生態(tài)=Q退C退+Q滲C滲+HCH

(1)

式中：CP、C灌排、C下、C生態(tài)、C退和C滲分別為烏梁素海湖面降水、灌排渠道補(bǔ)水、地下水補(bǔ)給、湖泊生態(tài)用水和烏梁素海入黃退水及向周圍滲漏中的鹽分濃度，g/L；P、Q灌排、Q下、Q生態(tài)、Q退和Q滲分別為烏梁素海湖面降水、灌排渠道補(bǔ)水、地下水補(bǔ)給、湖泊生態(tài)用水、烏梁素海入黃退水量及向周圍滲漏水量，m3;CH為收獲物的鹽分濃度,g/L；H為 每年的蘆葦收獲量，t。此處湖泊生態(tài)用水完全用于洗鹽，全部退入黃河，即Q生態(tài)=Q退。

根據(jù)河套灌區(qū)的多年統(tǒng)計(jì)資料(2000—2017年)，灌區(qū)排干系統(tǒng)輸入水量Q灌排平均為5.11億m3/a；降雨量P取1996—2017年多年平均值219.7 mm，扣除多年平均徑流深8.8 mm，湖區(qū)面積維持目前水面面積293 km2，即0.62億m3/a；地下水的補(bǔ)給量Q下主要來源于烏梁素海周邊補(bǔ)給，根據(jù)多年地下水位等值線和相關(guān)地區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)測算，烏梁素海周邊補(bǔ)給量約為0.17億m3/a；全湖滲漏量Q滲為0.58～0.75億m3/a，取多年平均值0.66億m3/a；蘆葦?shù)氖斋@量H取2014—2017年平均約為10×104t；入湖灌區(qū)排干系統(tǒng)的鹽分濃度C灌排取2000—2017年的平均值1.95 g/L；烏梁素海周邊的地下水礦化度C下為3.80 g/L(全灌區(qū)平均值)；雨水中的礦化度CP取0.07 g/L；生態(tài)用水來自黃河，黃河在巴彥淖爾境內(nèi)的水質(zhì)礦化度C生態(tài)多年平均在0.48～0.50 g/L，估算時(shí)取0.50 g/L。湖內(nèi)挺水和沉水植物平均含鹽分CH為0.5%；湖泊目前的鹽分C退取2014—2017年的平均值3.30 g/L。

由以上水量平衡分析可得，2025年，要保持湖區(qū)現(xiàn)狀水面和水鹽平衡，至少需向?yàn)趿核睾Ｑa(bǔ)充2.83億m3的生態(tài)水量。

2.2 礦化度降到3.0 g/L所需洗鹽水量

將湖泊目前的鹽分(2014—2017年的平均值)3.30 g/L降低到3.00 g/L，計(jì)算溶鹽洗鹽所需的水量。根據(jù)下列公式(2)：

PCp+Q灌排C灌排+Q下C下+Q生態(tài)C生態(tài)-(Q退C退+Q滲C滲+HCH)=-0.3Q庫

(2)

式中：Q庫為烏梁素海庫容，4.0億m3。計(jì)算得出，將湖泊鹽分從3.3 g/L降到3.0 g/L，需要溶鹽洗鹽生態(tài)需水量為3.87億m3。

3 結(jié) 論

(1)烏梁素海生態(tài)需水量主要包括水面維持生態(tài)需水量、洗鹽生態(tài)需水量和水質(zhì)達(dá)標(biāo)生態(tài)需水量三部分。

(2)為維持烏梁素海現(xiàn)狀水面293 km2面積不萎縮，蓄水水量不減少，所需生態(tài)水量不宜小于3.94億m3/a。

(3)為維持烏梁素海水體礦化度持續(xù)低于 3.0 g/L，所需洗鹽生態(tài)水量不宜小于3.87億m3/a。

(4)根據(jù)河套灌區(qū)2000—2017年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，灌區(qū)年均退入烏梁素海的水量約為5.11億m3，灌區(qū)的正常退水，即可滿足烏梁素海水面和水量的自維持，尚富余1.17億m3。由于融鹽洗鹽水量為3.87億m3，因此，灌區(qū)的正常退水，除滿足烏梁素海水面和水量維持外，尚不能完全滿足洗鹽生態(tài)用水需求，缺2.70億m3。