澮河干流固鎮(zhèn)段生態(tài)流量及監(jiān)測(cè)方法初步分析

黃紫薇

(阜陽(yáng)水文水資源局，安徽 阜陽(yáng) 236000)

水資源是極其寶貴的資源和不會(huì)再生資源，是控制生態(tài)與環(huán)境的重要的因素。開(kāi)展?jié)液痈闪魃鷳B(tài)流量控制及監(jiān)測(cè)工作，為澮河流域水生態(tài)保護(hù)提供技術(shù)支撐，使?jié)液恿饔蚝雍鷳B(tài)水量得到基本保證，促進(jìn)澮河流域生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善，是加快推進(jìn)澮河流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要組成要素。

1 概述

澮河發(fā)源于河南省商丘，穿越河南、安徽、江蘇共計(jì)長(zhǎng)度約265km，流域面積4580km2，在安徽省境內(nèi)流經(jīng)淮北、宿縣、固鎮(zhèn)、五河縣等市縣在固鎮(zhèn)縣劉集鎮(zhèn)九灣村流入懷洪新河。澮河屬中型河流，隨季節(jié)變化而變化，其河床彎曲，寬約50～450m，深約3.00～5.00m。每年6—9月份受上游來(lái)水影響水位升高，下泄水量較大，為豐水期，其余時(shí)段上游來(lái)水較少，下泄水量較少為枯水期，干旱年份出現(xiàn)斷流。澮河流域多年平均水資源總量5.265億m3，其中地表水資源量3.365億m3。澮河干流水閘功能以蓄洪、泄洪、防洪和分洪功能為主。主要可用于水資源綜合調(diào)度的閘壩包括臨渙閘、南坪閘和固鎮(zhèn)閘。

固鎮(zhèn)閘是綜合式水利工程，具有航運(yùn)、防洪和灌溉等功能。始建于1958年10月，共9孔，閘孔寬4.00m，底高12.82m。1994年6月擴(kuò)建12孔，閘孔寬5.00m，底高11.39m。固鎮(zhèn)閘上正常保證水位17.00m，設(shè)計(jì)流量1015m3/s，校核流量1537m3/s。上游祁縣、南坪閘和臨渙閘直接影響固鎮(zhèn)閘的調(diào)度。

2 水資源及開(kāi)發(fā)利用概況

澮河流域多年平均地表水資源量3.365億m3，約70%集中在汛期(6—9月)，澮河流域地表水開(kāi)發(fā)利用率較低。澮河流域現(xiàn)狀地表水開(kāi)發(fā)利用率約為20.1%，主要原因澮河屬于穿越固鎮(zhèn)河流，雖然集水區(qū)域較大，水量比較充足，但由于固鎮(zhèn)當(dāng)?shù)貨](méi)有可利用的蓄水工程，可開(kāi)發(fā)利用的水量極其少；另外，由于固鎮(zhèn)段以上地區(qū)考慮當(dāng)?shù)赜盟?，攔河建閘，枯水期蓄水，汛期泄洪，因此造成固鎮(zhèn)段上游水量極其不平衡。汛期或豐水年份地表徑流多數(shù)下泄，地表水的可用水量不足于地表水資源總量的1/5。隨著改革開(kāi)放和城市建設(shè)不斷加快，大大增加水資源的需求，供需差距急劇加大。從而造成用于生態(tài)水量相對(duì)較少，中等干早以上年份地表水資源供水量不足，部分時(shí)段生態(tài)用水量無(wú)法得到保障。

3 河流水文特征分析

3.1 澮河干流固鎮(zhèn)閘水文站徑流趨勢(shì)變化

用歷年水文資料對(duì)固鎮(zhèn)閘站各種徑流情勢(shì)分析其變化趨勢(shì)。見(jiàn)圖1—2。

圖1 固鎮(zhèn)閘站歷年平均流量趨勢(shì)圖

圖2 固鎮(zhèn)閘站歷年徑流量趨勢(shì)圖

3.2 徑流變化分析

1951—2022年的天然徑流量資料對(duì)生態(tài)流量進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明，各斷面上年10—3月、4—5月、6—9月生態(tài)流量占1951—2022年多年平均流量的比例分別為15.4%～33.4%、34.0%～21.4%、14.6%～15.4%。

4 控制斷面與控制生態(tài)流量

4.1 生態(tài)流量控制斷面

綜合考慮澮河流域水量時(shí)空分布和流域內(nèi)水文站布設(shè)，科學(xué)調(diào)度和合理管控生態(tài)流量，為滿足生態(tài)流量的條件和要求，選取生態(tài)流量控制斷面為固鎮(zhèn)閘水文站流量斷面。

4.2 生態(tài)流量計(jì)算成果

根據(jù)SL/Z 712—2014《河湖生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算規(guī)范》的基本規(guī)定，控制斷面生態(tài)流量的確定需要兩種及兩種以上的方法，分析比較計(jì)算結(jié)果，合理確定固鎮(zhèn)閘生態(tài)流量不小于2.00m3/s。

4.3 生態(tài)流量分析

根據(jù)目前固鎮(zhèn)閘斷面生態(tài)流量狀況和符合生態(tài)流量要求分析，澮河干流固鎮(zhèn)段的生態(tài)流量可達(dá)性較高，見(jiàn)表1。

表1 生態(tài)流量占多年平均流量比例分析表

采用澮河固鎮(zhèn)閘站2018—2022年(近5年)實(shí)測(cè)流量和逐日流量資料進(jìn)行分析，2018年出現(xiàn)103天、2019年出現(xiàn)194天、2020年出現(xiàn)129天、2021年出現(xiàn)10天、2022年出現(xiàn)42天出現(xiàn)不滿足生態(tài)流量的情況。根據(jù)近5年資料分析證明評(píng)判生態(tài)流量達(dá)不達(dá)標(biāo)，不能用月平均流量來(lái)判別，更不能采用年平均流量來(lái)判別。例如：2022年(平水年)6月7日～7月4日及11月8日～19日共計(jì)42天出現(xiàn)6月7日前實(shí)測(cè)平均流量為2.02m3/s和7月4日后實(shí)測(cè)流量為36.5m3/s完全超過(guò)生態(tài)流量的要求。年平均流量14.1m3/s符合生態(tài)流量需求，用逐日流量來(lái)判別仍出現(xiàn)42天生態(tài)流量不達(dá)標(biāo)，2022年11月份月平均流量4.91m3/s生態(tài)流量達(dá)標(biāo)，采用逐日流量判別出現(xiàn)連續(xù)12天未達(dá)標(biāo)，由此證明：判別生態(tài)流量達(dá)標(biāo)的指標(biāo)數(shù)據(jù)應(yīng)采用逐日平均流量大小來(lái)界定。統(tǒng)計(jì)近5年資料發(fā)現(xiàn)生態(tài)流量不達(dá)標(biāo)情況較多，主要出現(xiàn)在非汛期，其原因是水量年際變化較大，時(shí)空分布不均。為避免此類情況的發(fā)生，可以通過(guò)增建蓄水工程和適當(dāng)平衡調(diào)整固鎮(zhèn)閘下泄流量來(lái)滿足生態(tài)流量的需求。

5 生態(tài)流量監(jiān)測(cè)方案

5.1 監(jiān)測(cè)斷面基本情況

固鎮(zhèn)閘水文站是澮河干流控制站，流域面積4541km2，距離下游河口100km。測(cè)驗(yàn)斷面基本順直，兩岸設(shè)有堤防，河床由亞黏土組成，沖淤變化不大，斷面上游500m是固鎮(zhèn)閘和船閘。固鎮(zhèn)閘共計(jì)21孔：新閘12孔、老閘9孔。

5.2 生態(tài)流量監(jiān)測(cè)方法

5.2.1固鎮(zhèn)閘水文站測(cè)驗(yàn)方式

本站實(shí)測(cè)流量采用纜道+流速儀和纜道+ADCP兩種方法施測(cè)，按照水位漲落變化率和水位變幅合理布置測(cè)次，滿足水文監(jiān)測(cè)規(guī)范要求。一般汛期每月監(jiān)測(cè)3次以上。

5.2.2枯水小流量測(cè)驗(yàn)

枯水小流量測(cè)驗(yàn)斷面設(shè)在基本斷面的下游約2000m處，有澮河公路橋，公路橋水道斷面較窄，河底高程較高，適合小流量測(cè)驗(yàn)。測(cè)驗(yàn)方式：采用測(cè)桿進(jìn)行施測(cè)流量。

當(dāng)固鎮(zhèn)閘斷面流量較小時(shí)，采用水量調(diào)查方法驗(yàn)證小流量測(cè)驗(yàn)的精度。固鎮(zhèn)閘全關(guān)時(shí)，斷面流量主要來(lái)源固鎮(zhèn)船閘過(guò)船放水，水量可有固鎮(zhèn)閘船閘參數(shù)、過(guò)船頻次推算流量。

固鎮(zhèn)閘下游有大樓涵閘、小樓涵閘和劉園干溝等涵閘和排污口少量來(lái)水，可在其附近實(shí)地監(jiān)測(cè)這部分小流量。

5.3 生態(tài)流量整編方法

本站孔流推流曲線應(yīng)用較為成熟，故每日流量可以用關(guān)系線推求，按實(shí)測(cè)校驗(yàn)即可。

固鎮(zhèn)閘在閘門(mén)開(kāi)啟孔流情況下，采用自編公式按照《水文資料整編規(guī)范》要求，該站每年根據(jù)實(shí)測(cè)流量均率定流量系數(shù)關(guān)系曲線，該成果符合水文資料整編規(guī)范，資料具有極強(qiáng)代表性，真實(shí)可靠，屬于同一系列。現(xiàn)把自2000—2022年的全部率定成果歸納分析。

澮河固鎮(zhèn)閘水文站在中低水期間流態(tài)多為淹沒(méi)孔流，淹沒(méi)孔流對(duì)應(yīng)閘門(mén)開(kāi)啟情況有兩種，一是新閘單獨(dú)開(kāi)啟狀態(tài)；二是新老閘混合同時(shí)開(kāi)啟狀態(tài)，按單開(kāi)新閘和新老閘混合同時(shí)開(kāi)啟分別建立淹沒(méi)孔流流量關(guān)系曲線。

本站淹沒(méi)孔流采用自編公式，相關(guān)計(jì)算公式如下。

淹沒(méi)孔流

Q=CBehl

(1)

Q—流量，m3/s；C—淹沒(méi)孔流流量系數(shù)；hl—下游水頭，m；B—閘門(mén)開(kāi)啟總寬，m；e—閘門(mén)開(kāi)啟高度，m

相關(guān)因素為ΔZ，流量系數(shù)為C。分析所用資料中，閘門(mén)開(kāi)啟孔數(shù)不等，開(kāi)啟高度為平均值。

5.3.1單開(kāi)新閘

固鎮(zhèn)閘水文站單開(kāi)新閘淹沒(méi)孔流水位流量關(guān)系分析，收集本站2000—2022年單開(kāi)新閘淹沒(méi)孔流共143次實(shí)測(cè)流量資料，進(jìn)行定線分析，單開(kāi)新閘淹沒(méi)孔流系數(shù)計(jì)算及關(guān)系線檢驗(yàn)成果見(jiàn)表2。淹沒(méi)孔流實(shí)測(cè)相關(guān)因素Δz變幅為0.02～2.75，測(cè)點(diǎn)分布均勻，具有代表性，固鎮(zhèn)閘站單開(kāi)新閘淹沒(méi)孔流單淹沒(méi)孔流關(guān)系曲線見(jiàn)圖3，檢驗(yàn)精度見(jiàn)表2。

表2 單開(kāi)新閘淹沒(méi)孔流關(guān)系曲線精度分析成果表

5.3.2新老閘混合開(kāi)啟

固鎮(zhèn)閘水文站新老閘混合同時(shí)開(kāi)啟淹沒(méi)孔流單值化水位流量關(guān)系分析，收集本站2000—2022年淹沒(méi)孔流共21次實(shí)測(cè)流量資料，進(jìn)行定線分析，新老閘混合同時(shí)開(kāi)啟淹沒(méi)孔流系數(shù)計(jì)算及關(guān)系線檢驗(yàn)成果見(jiàn)表3。淹沒(méi)孔流實(shí)測(cè)相關(guān)因素Δz變幅為0.02～0.90，測(cè)點(diǎn)分布均勻，具有代表性，固鎮(zhèn)閘站新老閘同時(shí)開(kāi)啟淹沒(méi)孔流關(guān)系曲線見(jiàn)圖4，檢驗(yàn)精度見(jiàn)表3。

表3 新老閘混合開(kāi)啟淹沒(méi)孔流關(guān)系曲線精度分析成果表

圖4 新老閘關(guān)系曲線

經(jīng)過(guò)分析固鎮(zhèn)閘孔流關(guān)系曲線符合規(guī)范要求，關(guān)系良好，代表性較高，完全滿足生態(tài)流量的整編要求。固鎮(zhèn)閘淹沒(méi)堰流多出現(xiàn)在洪水期，水多量大，下泄流量完全符合生態(tài)流量要求，故不分析。

6 生態(tài)流量控制建議

6.1 控制要求

考慮當(dāng)?shù)厮Y源的豐富程度及閘壩的調(diào)蓄能力以及目前水文監(jiān)測(cè)水平，為保障生態(tài)流量控制方案落到實(shí)處，生態(tài)流量可以采用日統(tǒng)計(jì)，按旬控制。

6.2 保障措施

生態(tài)流量控制方案涉及面廣，管理要求高，困難多，難度大。為滿足生態(tài)流量下泄要求，各級(jí)政府和有關(guān)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)溝通協(xié)調(diào)，密切配合，采取有力措施，確保生態(tài)流量控制方案的順利實(shí)施。各項(xiàng)措施應(yīng)遵循安全可靠、因地制宜、技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)適用的原則。

閘壩管理單位要制定具體的調(diào)度措施，落實(shí)調(diào)度方案，加強(qiáng)與監(jiān)測(cè)單位信息溝通。監(jiān)測(cè)單位要制定監(jiān)測(cè)方案，加強(qiáng)對(duì)生態(tài)流量的監(jiān)測(cè)分析，建立生態(tài)流量信息管理系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)布監(jiān)測(cè)信息。

重新修訂生態(tài)調(diào)度的法律法規(guī)，修訂過(guò)程中，增加保護(hù)河湖的條款和具體辦法，制定水環(huán)境補(bǔ)償規(guī)定；建立地方補(bǔ)償制度。研究建立生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)體系，考慮不同區(qū)域發(fā)展損失和生態(tài)服務(wù)價(jià)值等因素，完善不同區(qū)域水環(huán)境補(bǔ)償測(cè)算方法。

生態(tài)流量調(diào)度管理機(jī)構(gòu)做好調(diào)度工作的組織與協(xié)調(diào)，加強(qiáng)與各級(jí)水行政主管部門(mén)、地方防汛、電網(wǎng)、水庫(kù)、電站、航運(yùn)、漁業(yè)等主管部門(mén)，通過(guò)多種渠道和形式的協(xié)調(diào)，及時(shí)通傳調(diào)度全過(guò)程的相關(guān)事宜，協(xié)調(diào)做好調(diào)度和突發(fā)事件的處理工作。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)澮河干流固鎮(zhèn)段的生態(tài)流量及監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行初步分析，揭示了該區(qū)域水資源的豐富性和生態(tài)流量的可達(dá)性。研究方法的應(yīng)用為生態(tài)流量的計(jì)算提供了有力支持，為水資源管理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)。

然而，本研究還存在一些不足之處。首先，監(jiān)測(cè)方法尚待完善，需要更多的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。其次，生態(tài)流量的控制方案需要更多的政策和法規(guī)的支持，以確保其順利實(shí)施。最后，本研究?jī)H對(duì)固鎮(zhèn)段進(jìn)行了分析，未考慮上下游影響因素的綜合作用，未來(lái)研究可以進(jìn)一步擴(kuò)展范圍。