王永剛，齊永志，豐煥平

（山東黃河勘測設計研究院有限公司，山東 濟南 250013）

東平湖水源主要為汶河來水，南水北調(diào)東線一期工程建成后，長江水也成為東平湖水源之一，受降雨及上游攔蓄影響，2014年訊后大汶河來水無法保證，造成東平湖老湖區(qū)水位持續(xù)下降，長江水成為東平湖主要補給水源，但對老湖區(qū)域水源補給局限性較大。

東平湖是重要的省級生態(tài)功能保護區(qū)，東平湖老湖區(qū)水位持續(xù)下降造成了生態(tài)與環(huán)境惡化，漁業(yè)與旅游業(yè)發(fā)展受到制約，湖區(qū)群眾的生產(chǎn)生活受到嚴重影響。研究分析東平湖的生態(tài)水位，通過科學合理的補給措施保證其水位，是促進當?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展的需求，有利于維護東平湖老湖區(qū)生態(tài)與環(huán)境安全，有利于推動當?shù)芈糜螛I(yè)的發(fā)展和湖區(qū)移民脫貧致富。

1 生態(tài)補水路線

分析東平湖老湖區(qū)及與黃河的地理位置關系，可以擬定3條引黃線路。路線一是從國那里引黃閘，經(jīng)引黃渠道（岱廟灌區(qū)6.3 km），由二級湖堤新建進湖閘進入；路線二是從陳垓引黃閘，經(jīng)引黃渠道（長約19 km）、梁濟運河（長約17 km）、鄧樓泵站、柳長河渠道（長約21.6 km），由八里灣泵站進入；路線三是從龐口防倒灌閘新建泵站，經(jīng)出湖閘后渠道（長約5.5 km），由陳山口、清河門出湖閘進入。

從引水條件、引渠長度、工程影響等方面綜合分析，國那里引黃閘生態(tài)補水路線是最為經(jīng)濟合理的。

2 生態(tài)恢復目標及補水時機

據(jù)1954—2016年水位統(tǒng)計資料，東平湖1980年前最低湖水位較低為37.22 m（1977年7月），2000年后水位較高最低湖水位分別為38.33 m（2003年8月）和38.91 m（2016年1月），詳見表1。

表1 各時間段最低湖水位及出現(xiàn)時間統(tǒng)計表

2.1 生態(tài)恢復目標

東平湖老湖區(qū)生態(tài)恢復目標主要結(jié)合東平湖市級濕地自然保護區(qū)、南水北調(diào)東線一期工程運用、老湖區(qū)最低水位變化及生態(tài)環(huán)境需水位分析確定。

2.1.1 濕地對東平湖老湖區(qū)水位的要求

東平湖市級濕地自然保護區(qū)總面積為259.27 km2，其中核心區(qū)面積約88.58 km2，緩沖區(qū)面積約37.77 km2，實驗區(qū)面積約132.92 km2。為保證東平湖市級濕地自然保護區(qū)正常生態(tài)功能，應確保核心區(qū)及緩沖區(qū)常年有水，以此分析相應東平湖老湖區(qū)水位為38.99 m。

2.1.2 南水北調(diào)東線工程運用水位

水利部關于南水北調(diào)東線一期工程水量調(diào)度方案的相關文件中規(guī)定，東平湖水量調(diào)度期為10月至翌年5月，當東平湖老湖區(qū)水位低于39.22 m且有調(diào)水要求時，八里灣泵站則開始抽水補充東平湖老湖區(qū)，補湖水位按39.22 m控制，即南水北調(diào)調(diào)水東平湖老湖控制水位為39.22 m。

2.1.3 生態(tài)環(huán)境需水位

研究生態(tài)水位的方法[1]較多，主要有水量平衡法、換水周期法、最小水位法、功能法等。其中，功能法是以生態(tài)系統(tǒng)學為理論基礎，從湖泊生態(tài)功能的維持與重建的角度出發(fā)，以保護和恢復湖泊生態(tài)系統(tǒng)的完整性和多樣性為目標，遵循生態(tài)優(yōu)先、兼容性、最大值和等級制原則，能夠較為全面地計算湖泊生態(tài)環(huán)境需水量。因此，東平湖老湖區(qū)最低生態(tài)水位采用基于功能法的計算方法進行確定。

1）東平湖最低生態(tài)環(huán)境水位。湖泊最低生態(tài)環(huán)境水位[2]一般采用湖泊形態(tài)法和水文分析法進行計算，取兩者中的大值做為湖泊最低生態(tài)環(huán)境水位。

一是采用湖泊形態(tài)法計算生態(tài)環(huán)境最低水位。湖泊水位和面積或容積之間為非線性關系。在湖泊面積或容積隨水位的變化率中有一個最大值，達到最大值后湖泊水位每降低一個單位，湖泊水面面積或湖泊容積將顯著減少，同時湖泊功能也將顯著減少。湖泊水位與湖泊面積或容積隨水位的變化率的關系可能存在多個“最大值”。由于湖泊最低生態(tài)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”相應的水位為湖泊最低生態(tài)水位。所以可以用湖泊水位作為湖泊水文和地形子系統(tǒng)特征的指標，用湖面面積或湖泊容積作為湖泊功能指標，建立湖泊水位與湖泊面積或容積隨水位的變化率之間的關系曲線[3]。

根據(jù)東平湖水位-面積變化率曲線，可得出東平湖為水位37.72 m時對應的面積最大，以后東平湖水位每降低一個單位，湖泊面積減少率顯著增加，因此可將37.72 m作為東平湖最低生態(tài)水位。

二是水文法計算生態(tài)環(huán)境最低水位。在水文統(tǒng)計資料中，一般將90%保證率下的湖泊多年平均月最低水位，作為防止湖泊生態(tài)系統(tǒng)的進一步退化的生態(tài)水位。以1954—2016年逐月最低水位序列做為研究對象，得出90%保證率下的最低水位為37.95 m。

圖1 東平湖水位-面積變化率曲線圖

三是計算最低生態(tài)環(huán)境需水位。湖泊最低生態(tài)環(huán)境需水位采用湖泊形態(tài)法和水文分析法兩者中的大值確定，為37.95 m。

2）水生生物棲息需水位。湖泊水生生物除自身生長繁殖需水之外，還要有必需的生息空間及產(chǎn)卵和越冬的場所。湖泊水生生物需水量及水位與棲息地等級的對應關系詳見表2。

表2 水生生物棲息地等級

東平湖平均湖底高程為37.5 m左右，生態(tài)需水量按最小等級計算，則對應水位為39.0 m。

3）東平湖湖區(qū)航運需水位。在南水北調(diào)東線一期工程建設中，南四湖至東平湖段以輸水與航運結(jié)合的原則，按Ⅲ級航道、Ⅱ級船閘標準進行建設。批復的東平湖區(qū)段最低航運水位為39.22 m，最高航運水位44.72 m。

4）東平湖生態(tài)環(huán)境最低水位。綜上，東平湖生態(tài)環(huán)境最低水位應取生態(tài)環(huán)境最低水位、水生生物需水位、航運需水位3者中的最大值，為39.22 m。

2.1.4 生態(tài)恢復目標水位

生態(tài)恢復目標水位既要滿足東平湖市級濕地自然保護區(qū)的需求，又要滿足南水北調(diào)東線一期工程的正常運行，還要滿足生態(tài)環(huán)境水位需求，同時結(jié)合東平湖老湖區(qū)歷年最低水位綜合進行分析，最終確定東平湖老湖生態(tài)恢復目標水位為39.22 m。

2.2 補水時機

根據(jù)南水北調(diào)調(diào)度方案，東平湖水量調(diào)度期為當年10月至翌年5月，補湖水位按39.22 m控制。因此生態(tài)補水期為南水北調(diào)非調(diào)水期，即在6月1日～9月30日進行相機補水。

3 補水量計算

3.1 蒸發(fā)量

依據(jù)戴村壩水文站1981—2016年多年平均蒸發(fā)、降水資料，對東平湖老湖區(qū)6～9月多年平均蒸發(fā)能力進行計算，計算結(jié)果詳見表3。

表3 6～9月多年平均蒸發(fā)能力計算表mm

如表3所示，東平湖老湖區(qū)6～9月多年平均蒸發(fā)能力為150.6 mm，老湖水面面積按39.22 m水位對應湖區(qū)面積130.6 km2進行計算，則老湖區(qū)6～9月蒸發(fā)量為1 967萬m3。

3.2 滲漏量

河流、湖泊中有水存在，水位抬高，水壓加大，在地下水位較低的情況下就會產(chǎn)生滲漏損失。河湖、水庫滲漏的經(jīng)驗公式為：

式中：W滲為河湖滲漏損失，m3；W蓄為河湖平均需水量，m3；K為經(jīng)驗取值或系數(shù)。

東平湖老湖區(qū)滲漏地質(zhì)條件較差，6～9月滲漏損失量按39.22 m水位對應蓄水量1.996億m3進行計算，月滲漏損失系數(shù)取為1.5%，則老湖區(qū)6～9月滲漏損失量為1 198萬m3。

3.3 周邊灌區(qū)引水量

東平湖老湖區(qū)周邊共有二十里鋪灌區(qū)等6處引湖灌區(qū)，灌溉面積為95.33 hm2，引水期主要為每年的2～10月。

老湖區(qū)湖周灌區(qū)用水量年際變化較大，據(jù)統(tǒng)計，6～9月最大引量為2014年的1 075.94萬m3，最低為零，分別在2007年和2008年。老湖區(qū)湖周灌區(qū)用水量受氣候影響較大，干旱年份用水量大，因此東平湖老湖區(qū)相機補水時機應選在干旱年份，湖周灌區(qū)6～9月用水量采用2014年用水量1 075.94萬m3，取整為1 076萬m3，見表4。

表4 東平湖老湖區(qū)引湖灌區(qū)引水量統(tǒng)計表 萬m3

3.4 補水量

東平湖老湖區(qū)最低生態(tài)水位為39.22 m，相應庫容為1.996億m3，南水北調(diào)調(diào)水期水位基本維持在39.22 m以上。在非調(diào)水期，為維持東平湖老湖區(qū)最低生態(tài)水位，應綜合考慮蒸發(fā)滲漏量及湖周灌溉用水量，計算可得，總的生態(tài)環(huán)境需水量為4 241萬m3，月均補水量為1 060萬m3。

綜合考慮國那里閘現(xiàn)狀引水、灌溉、相機補水及含沙量等因素，新建河湖連通生態(tài)補水二級湖堤桑園閘設計流量可確定為20 m3/s。

4 結(jié)語

老湖生態(tài)恢復目標水位采用湖泊最低生態(tài)水位計算方法分析確定。在分析過程中結(jié)合東平湖的實際情況，重點分析了老湖濕地正常生態(tài)功能目標水位和航運功能需求目標水位，從而綜合

分析確定了老湖生態(tài)恢復目標水位，并結(jié)合東平湖作為黃河下游重要滯洪區(qū)的特殊區(qū)位功能和水源情況，分析確定了保證生態(tài)目標水位的進湖閘建設措施。