李傳哲 ，崔英杰 ，魏永富 ，徐曉民 ，焦裕飛 ，王洪杰

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100038，北京；2.河北大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，071000，保定）

白洋淀水位波動(dòng)是降水、自然入流、補(bǔ)水與淀區(qū)水面蒸發(fā)、水生植物蒸散發(fā)、滲漏、下泄等水平衡要素共同作用的結(jié)果。 上游水庫(kù)水、再生水、雨洪水、外調(diào)水等多水源補(bǔ)水以及棗林莊樞紐下泄是調(diào)控白洋淀水位的主要措施。 水位高低對(duì)淀區(qū)水生植物生長(zhǎng)、水面面積恢復(fù)、淀區(qū)及雄安新區(qū)防洪有著重要影響。 適合水生植物生長(zhǎng)以及淀區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的自然水位波動(dòng)，與雄安新區(qū)防洪需要的水位調(diào)控之間存在著一定的競(jìng)爭(zhēng)與沖突。 白洋淀水位調(diào)控必須統(tǒng)籌兼顧生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展與防洪需要。 通過(guò)分析白洋淀歷史水位，提出白洋淀生態(tài)水位調(diào)控過(guò)程目標(biāo)及生態(tài)需水量，結(jié)合現(xiàn)有補(bǔ)水水源，提出不同來(lái)水情景下的外調(diào)水補(bǔ)水量，為白洋淀生態(tài)補(bǔ)水、生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)提供參考。

一、歷史水位變化情況

1.年際水位變化幅度大

十方院水位站觀測(cè)水位是白洋淀水量調(diào)控、生態(tài)修復(fù)的重要指標(biāo)。受氣候變化和人類活動(dòng)影響， 淀區(qū)年平均水位呈現(xiàn)階段性先減少、 后增加的趨勢(shì)。 從1950—2018 年水位數(shù)據(jù)來(lái)看，白洋淀水位變化大概分為6 個(gè)階段。

①自然時(shí)期（1950—1965年）。 白洋淀河川徑流主要受自然調(diào)控影響，人類活動(dòng)影響較小， 水位處于較高狀態(tài)，水質(zhì)、生態(tài)等接近自然狀態(tài)。

②調(diào)控初期（1966—1983 年）。 白洋淀上游6 座大型水庫(kù)相繼建成并投入運(yùn)行，入淀河流徑流開始受人類活動(dòng)影響， 天然水文情勢(shì)逐漸改變，水位整體有所下降。 這一時(shí)期取、用、耗、排水量較小，水位雖較自然狀態(tài)下有所下降， 但仍保持較高狀態(tài)，屬于近自然狀態(tài)。

③干淀時(shí)期（1984—1988 年）。 因干旱降水減少，加之人口已具有一定規(guī)模，人類活動(dòng)影響加大，白洋淀多次出現(xiàn)干淀情況，水位難以測(cè)量。

④下降期（1989—2002 年）。 降水急劇增大，白洋淀入淀水量激增，水位大幅度提高， 緩解了前期連續(xù)干淀的狀態(tài)，重新出現(xiàn)較高水位。 此時(shí)，人們生態(tài)保護(hù)意識(shí)薄弱，加之隨后氣候處于干旱期，白洋淀水位處于波動(dòng)式下降階段。 1989—2002 年間，水位下降了近3 m，白洋淀再次面臨干淀威脅。

⑤穩(wěn)定期（2003—2011 年）。 干旱期過(guò)后降水恢復(fù)，此時(shí)人們生態(tài)保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)，加之白洋淀生態(tài)補(bǔ)水的實(shí)施，形成了較穩(wěn)定的補(bǔ)水水源，白洋淀水位波動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定。

⑥恢復(fù)期（2012—2018 年）。 生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度加大， 因引黃入冀補(bǔ)淀的引黃水、 南水北調(diào)中線工程的引江水、上游水庫(kù)水的多水源調(diào)度，白洋淀逐步恢復(fù)往期水位。 隨著雄安新區(qū)設(shè)立，白洋淀保護(hù)作為重要內(nèi)容，其生態(tài)用水也納入雄安新區(qū)供水安全保障，由此白洋淀生態(tài)用水保障趨于穩(wěn)定。

2.年內(nèi)水位變化幅度趨勢(shì)減小

白洋淀年內(nèi)水位各月均值出現(xiàn)波動(dòng)變化，一般來(lái)說(shuō)，白洋淀水位在汛期八九月份最高，汛前五六月份最低，但不同年代也不盡相同。 1950—1965 年段和1966—1983 年段，白洋淀年內(nèi)水位波動(dòng)最大，水位統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差最大。這是由于人類調(diào)控較小，水位變化幾乎完全受氣候變化影響，水位隨季節(jié)變化較大， 符合自然狀態(tài)。 2003—2010年段和 2011—2018 年段， 年內(nèi)水位波動(dòng)最小，水位統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差最小，年內(nèi)各月水位值較均衡。 這是由于白洋淀生態(tài)補(bǔ)水多出現(xiàn)在冬四月（11 月—次年2 月），水位隨月份變化較小。

白洋淀水位的自然波動(dòng)，符合淀內(nèi)蘆葦?shù)人鷦?dòng)植物生長(zhǎng)和自然狀態(tài)發(fā)展規(guī)律。加強(qiáng)人工調(diào)控以后，季節(jié)性水位波動(dòng)變化減小，水位有一定的恢復(fù)，但常年波動(dòng)幅度較小的高水位運(yùn)行，與白洋淀水生植物生長(zhǎng)周期不匹配，不利于淀內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定，易導(dǎo)致淀水動(dòng)力不足、淀區(qū)水質(zhì)惡化等，因此調(diào)控還需考慮年內(nèi)水位過(guò)程。

二、生態(tài)水位調(diào)控目標(biāo)

白洋淀是大型淡水濕地生態(tài)系統(tǒng)、 華北地區(qū)生態(tài)廊道的重要節(jié)點(diǎn)，具有蓄水滯洪、生態(tài)涵養(yǎng)、生產(chǎn)生活和休閑游憩等多功能。 恢復(fù)白洋淀生態(tài)系統(tǒng)功能， 需要統(tǒng)籌考慮水安全、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)問(wèn)題。

1.水安全——保障雄安新區(qū)防洪安全

淀區(qū)水位要滿足防洪安全，不能過(guò)高。 白洋淀周邊村落歷史上曾作為蓄滯洪區(qū)，以減少洪水對(duì)下游城市的安全隱患。 雄安新區(qū)成立后，白洋淀水安全問(wèn)題至關(guān)重要，同時(shí)白洋淀周邊地區(qū)將失去蓄滯洪區(qū)的功能。 調(diào)控目標(biāo)是白洋淀水位低于防洪水位，汛期水位低于汛限水位。

2.水資源——恢復(fù)淀區(qū)水面面積

調(diào)控方向是增加淀區(qū)長(zhǎng)效補(bǔ)水量，滿足新區(qū)規(guī)劃建設(shè)后淀區(qū)所需水量。隨著雄安新區(qū)建設(shè)，目前已實(shí)現(xiàn)上游山區(qū)水庫(kù)水、雨洪水、外調(diào)水、再生水等多水源統(tǒng)籌供水局面。 調(diào)控目標(biāo)是遵循節(jié)水優(yōu)先、 生態(tài)優(yōu)先理念，充分利用外調(diào)水、 優(yōu)化利用地表水、控制利用地下水、 加大利用再生水，保障新區(qū)和白洋淀用水安全。

3.水環(huán)境——改善淀區(qū)水質(zhì)

根據(jù)白洋淀規(guī)劃，白洋淀要修復(fù)水生態(tài)和水環(huán)境，關(guān)鍵點(diǎn)國(guó)控?cái)嗝嫠|(zhì)要達(dá)到Ⅲ～Ⅳ類。除內(nèi)源和外源污染治理外，通過(guò)補(bǔ)水提高水動(dòng)力也是白洋淀水質(zhì)提高的重要途徑，較高的生態(tài)水位有助于改善白洋淀水質(zhì)狀況。調(diào)控目標(biāo)是通過(guò)調(diào)控優(yōu)質(zhì)水資源提高淀區(qū)水位、縮短換水周期、改善水質(zhì)。

4.水生態(tài)——修復(fù)生物多樣性

白洋淀是華北平原地區(qū)重要的魚類養(yǎng)殖地和洄游通道， 也是天鵝類、雁類、鷺類、鶴類、鸛類等鳥類生境區(qū)。 過(guò)低水位無(wú)法支持魚類、底棲生物生長(zhǎng)，過(guò)高水位也不利于遷徙鳥類停留。 為增加生物多樣性，恢復(fù)白洋淀食物網(wǎng)完整性，應(yīng)核算合理的生態(tài)水位。 調(diào)控目標(biāo)是增強(qiáng)淀區(qū)生態(tài)環(huán)境健康穩(wěn)定性，提升淀區(qū)物種多樣性和食物鏈?zhǔn)澄锞W(wǎng)復(fù)雜性。

白洋淀生態(tài)水位調(diào)控應(yīng)統(tǒng)籌考慮水安全、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)因素，在本地水、外調(diào)水、再生水、雨洪水等多水源補(bǔ)水格局下，保證入淀水量充足、 減小年際水位變化幅度，尤其避免出現(xiàn)干淀情況；同時(shí)應(yīng)科學(xué)調(diào)控年內(nèi)水位變化幅度，增加生物多樣性，滿足雄安新區(qū)防洪要求。

三、生態(tài)水位確定方法

1.水文頻率法

白洋淀流域自1950 年以來(lái)雖然有過(guò)多次干淀，但總體生態(tài)環(huán)境仍屬于可持續(xù)發(fā)展， 并未造成根本性破壞。 因此，選擇自然條件下維持湖泊生態(tài)環(huán)境的水位作為最低生態(tài)水位較為科學(xué)。 根據(jù) 1950—2018 年月均水位頻率分析，選擇50%頻率下的水位作為白洋淀的最低生態(tài)水位，為6.55 m。

2.天然水位資料法

1965 年以來(lái)，白洋淀入淀水量和出淀水量均處于人工調(diào)控過(guò)程。1965—1980 年間，在氣候變化和人類活動(dòng)導(dǎo)致入淀水量減少的情況下，輕微的人工調(diào)控，是保證淀區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康的一種手段。 1965—1980 年間，出現(xiàn)4 次間歇性干淀情況，但隨汛期到來(lái)白洋淀可迅速恢復(fù)一定水位，因此認(rèn)為此種情況白洋淀的生態(tài)環(huán)境處于彈性可恢復(fù)狀態(tài)。而1981—1988年7 年間，出現(xiàn)6 年干淀情況，其中5年連續(xù)干淀，白洋淀生態(tài)環(huán)境受到一定程度影響。 因此選擇白洋淀連續(xù)干淀前的平均水位6.49 m， 作為最低生態(tài)水位較為科學(xué)。 綜合考慮白洋淀植被生長(zhǎng)、生態(tài)恢復(fù)和防洪要求，選擇白洋淀連續(xù)干淀前1950—1980 年平均水位7.07 m，作為白洋淀適宜生態(tài)水位較為科學(xué)。

3.湖泊形態(tài)分析法

根據(jù)湖泊形態(tài)，水位和水面面積呈現(xiàn)出一定的相關(guān)關(guān)系。 但隨水位升高，水面面積變化并非線性，水面面積變化的突變點(diǎn)即認(rèn)為是湖泊形態(tài)的變化點(diǎn)，一般認(rèn)為該點(diǎn)水位變動(dòng)將引起水面大幅度變動(dòng)，具有一定意義的閾值水位。

表1 最低生態(tài)水位

表2 最高生態(tài)水位

通過(guò)實(shí)測(cè)的白洋淀水位與白洋淀水面面積資料，繪制白洋淀水位與水面面積變化率的關(guān)系曲線可知，6.25 m 和7.00 m 出現(xiàn)突變點(diǎn)，低水位突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水位即為湖泊最低生態(tài)水位，較高突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水位即為適宜生態(tài)水位。

4.生物空間需求法

白洋淀濕地內(nèi)生存著眾多水生動(dòng)植物，其生存狀況決定著白洋淀生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 蘆葦是白洋淀重要水生植物，針對(duì)蘆葦生長(zhǎng)周期調(diào)控淀區(qū)水位， 保障蘆葦健康生長(zhǎng)尤為重要。 蘆葦生育中3 個(gè)關(guān)鍵時(shí)期分別是萌芽期、抽穗期和開花期。 不同生長(zhǎng)期對(duì)應(yīng)的適宜水深不同，其中蘆葦萌芽期水深不宜過(guò)大。

四、白洋淀生態(tài)水位控制線

考慮白洋淀相關(guān)規(guī)劃要求，防止干淀情況造成生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重破壞，白洋淀應(yīng)全年維持一定的水位和水量，對(duì)此制定白洋淀最低生態(tài)水位。 最低生態(tài)需水量應(yīng)滿足白洋淀蒸發(fā)、滲漏等耗水，以及保證一定換水周期以提升白洋淀淀區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)，同時(shí)白洋淀最低生態(tài)水位應(yīng)滿足典型水生植物（如蘆葦）生長(zhǎng)需水，非生長(zhǎng)季最低水位可適當(dāng)調(diào)低。

考慮白洋淀防洪要求， 以棗林莊樞紐溢流堰頂高程7.5 m 為控制線，預(yù)留兼作交通公路的溢流堰頂風(fēng)浪爬高余量0.2 m，將白洋淀最高水位控制在7.3 m 以下， 分時(shí)段確定水位控制標(biāo)準(zhǔn)。在汛期特別是主汛期，嚴(yán)格執(zhí)行白洋淀水位不高于汛限水位6.8 m 的要求，非汛期白洋淀最高水位以7.3 m作為控制線， 實(shí)現(xiàn)白洋淀淀區(qū)正常水位保持在6.5～7.0 m 的目標(biāo)（以上高程均為國(guó)家85 高程基準(zhǔn)）。 白洋淀生態(tài)水位控制線如表1、表2。

表3 生態(tài)水位控制線及生態(tài)需水量

表4 不同來(lái)水情景下生態(tài)補(bǔ)水量（億m3）

五、白洋淀生態(tài)水位調(diào)控措施

1.白洋淀生態(tài)水位控制下生態(tài)需水及補(bǔ)水量

依據(jù)白洋淀水位庫(kù)容曲線特點(diǎn)，計(jì)算白洋淀不同水位下的淀區(qū)蓄水量，根據(jù)不同水位下的蘆葦?shù)人参镎羯l(fā)及水面蒸發(fā)量、滲漏量計(jì)算結(jié)果，核算白洋淀不同水位下生態(tài)需水量。 根據(jù)豐平枯不同來(lái)水情景及不同降水情景情況，核算不同情景下所需外調(diào)水供水量，見表3、表4。 通過(guò)多源補(bǔ)水保障白洋淀維持生態(tài)需水位，保護(hù)淀區(qū)良好生態(tài)。

2.白洋淀水位調(diào)控措施

汛期一般為6—9 月， 主汛期為7—8 月， 根據(jù)白洋淀水位調(diào)控目標(biāo)、白洋淀生態(tài)需水量和多水源補(bǔ)水量計(jì)算結(jié)果，主汛期降水和本地水補(bǔ)水充足，合理管理調(diào)度上游水庫(kù)及棗林莊樞紐，保障主汛期白洋淀水位依照汛限水位運(yùn)行，保障雄安新區(qū)及下游防洪安全，主汛期無(wú)需外調(diào)水補(bǔ)水。 6月水生植物處于較高耗水時(shí)期，且溫度升高水面蒸發(fā)強(qiáng)度加大，為維持白洋淀蒸發(fā)滲漏等剛性生態(tài)需水和下游河道生態(tài)需水要求，可由南水北調(diào)中線工程相機(jī)補(bǔ)水。

在非汛期，除滿足白洋淀剛性生態(tài)需水和下游河道生態(tài)需水要求外，為滿足汛后水位達(dá)到正常蓄水位要求，9 月以后根據(jù)水位實(shí)際變化和供水水源來(lái)水情況，須將水位由汛限水位 6.5～6.8 m 提升至 7.0～7.3 m， 需水量約 1 億 m3。

未來(lái)建議增加白洋淀空間水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)入淀水質(zhì)監(jiān)測(cè)，對(duì)不同區(qū)域不同保護(hù)目標(biāo)進(jìn)行水位、水量、水質(zhì)聯(lián)合調(diào)控，通過(guò)多源補(bǔ)水提高水動(dòng)力過(guò)程，改善白洋淀淀區(qū)水質(zhì)，展現(xiàn)荷塘葦海、城淀共融、人水和諧的美麗景象。