摘要: 构建丰枯互济的水系连通工程格局，对于完善水利对经济社会发展的资源保障能力、安全保障能力，实现经济社会高质量发展意义重大。本文以安徽省淮北平原水系连通工程为例，分析了跨市县尺度的水系连通工程对水生态环境的改善效果。基于研究区长系列实测流量资料和工程调度规则进行分析计算，统计实施水系连通工程前后典型断面的生态流量保证情况，结果表明，通过淮北水系连通工程的生态流量调度，蒙城闸、固镇闸、宿县闸不满足生态流量的总天数分别由5379、4740和7024天减少至2033、1493和1463天。蒙城闸、固镇闸、宿县闸生态流量的平均保证程度由52.5%、58.1%、37.9%分别提升至82%、86.8%、87.1%。因此，水系连通工程对于生态基流保证程度的提高效果较为显著，其对于维护河湖生态健康，改善水生态环境效果显著。
Abstract:
It is of great significance to realize the pattern of water system connection that helps each other to im-prove the resource guarantee capacity and safety guarantee capacity of water conservancy for economic and social development. Taking the Huaibei Plain water system connection project in Anhui Province as an example, this paper analyzes the improvement effect of the cross city and county scale water system connection project on the water ecological environment. Based on the analysis of a long series of measured flow data and operation rules in the study area, the ecological flow assurance of typical sections before and after the implementation of the water system connectivity project is statistically analyzed. The results show that through the ecological flow scheduling of the Huaibei water system connectivity project, the total number of days that Mengcheng gate, Guzhen gate and Suxian gate do not meet the ecological flow is reduced from 5379, 4740 and 7024 days to 2033, 1493 and 1463 days, respectively. The average guarantee degree of ecological flow of Mengcheng gate, Guzhen gate and Suxian gate increases from 52.5%, 58.1% and 37.9% to 82%, 86.8% and 87.1%, respectively. Therefore, the water system connection project exhibits a significant effect on improving the guarantee degree of ecological base flow. It helps to maintain the ecological health of rivers and lakes and improve the water ecological environment.
1. 引言
自2011年中央1号文件和中央水利工作会议要求尽快建设一批河湖水系连通工程以提高水资源调控水平和供水保障能力以来，水利部全面安排和部署河湖水系连通工作，全国开展了多个市县层面的水系连通项目，这些项目的实施在改善河湖生态环境、优化区域水资源配置、恢复河湖自然面貌、提升区域综合竞争力等方面取得了较好的综合效益。
目前众多学者开展了水系连通相关方面的研究，主要聚焦于水系连通模型与方案研究 [1] [2] [3]、典型地区的水系连通工程优化分析 [4] [5] [6]、水系连通工程综合效应评价体系研究 [7] [8] [9]、水系连通对水生态环境影响等方面。在水系连通对水生态环境影响方面，纪昌明等 [10] 提出了改进的Tennant法，分析计算了开都河丰、枯等不同时期的生态基流量和对应最小生态需水量。结果表明：开都河在保证其自身最小生态需水量、河损及地表用水量后，剩余水量在丰、平水年均能支撑博斯腾湖及流域水系连通生态需水保障任务，但在偏枯和特枯水年无法满足对博斯腾湖的生态供水。杨创等 [11] 基于对矿区水文地质条件的分析，通过水系连通，模拟自然地表水系状态，实现了经济高效的河湖一体化修复治理，为逐步恢复木里地区水源涵养和生态系统功能打下了基础。刘玉玉等 [12] 以济南西部多水源连通交汇区为研究对象，定量分析1988~2014年研究区水系连通过程中土地利用转型及其对生态环境的影响。结果表明：1988~2014年，济西多水源连通交汇区林地、耕地和建设用地分别减少了7.76、3.26和4.77 km2，水域和草地分别增加了9.77和6.03 km2；研究区生态服务价值由9.04亿元增至15.01亿元，说明当地生态质量不断提高，生态系统逐渐趋于复杂。以上研究均表明，水系连通工程对水生态环境具有一定的改善作用。
安徽省淮北平原水系连通工程，是跨市县尺度的水系连通项目(见图1)。由于当地水资源不足和地表水污染，长期以来皖北地区工业和城市不得不依靠超采中深层地下水维持发展，导致阜阳、亳州、宿州等市部分区域地下水位持续下降，超采面积接近3000 km2，诱发了一系列生态环境问题。安徽省淮北平原国土面积3.74 km2，分布有颍河、涡河、新汴河等众多南北向天然河道，通过疏挖、新开东西向河道，可以连通颍河、涡河、新汴河等河道。连通河道建成后，河流之间水力联系加强，水量交换加快，为水生态环境的改善创造了条件。本文以生态基流作为切入点，基于长系列实测流量资料，拟定相应的工程调度规则进行分析计算，统计实施水系连通工程前后典型断面的生态流量保证情况，分析该水系连通工程对水生态环境的改善效果，为工程的生态调节作用提供参考。
Figure 1. Schematic diagram of connected water system of Huaibei Plain water system connection project
图1. 淮北平原水系连通工程连通水系示意图
2. 研究区概况及研究数据
2.1. 研究区水资源概况
由于河流上游地区出于自身用水考虑，安徽省淮北地区河道多建有河道节制闸拦蓄，一般在非汛期不向下游放水，使得非汛期或干旱年份水量较少，生态基流难以保证。统计分析了颍河、涡河、新汴河的相应水资源分区颍河上段区(界首市)、涡河区(涡阳县)、新汴河区(埇桥区)的降雨量特征值，见表1、图2。可以看出颍河上段区的丰枯比，显著高于涡河区及新汴河区，颍河上段区、涡河区、新汴河区的最小值均不同步出现。因此，可初步判断颍河、涡河、新汴河丰枯不完全同步，具备水量丰枯调剂的条件。
Table 1. Comparison of rainfall and characteristic values of representative water resources zones of relevant rivers
表1. 相关河流代表水资源分区降雨量、特征值对比表
Figure 2. Comparison diagram of rainfall and characteristic values of representative water resources zones of relevant rivers
图2. 相关河流代表水资源分区降雨量特征值对比图
2.2. 研究区河流生态基流情况
2015年4月2日，国务院印发《水污染防治行动计划》(国发[2015]17号)，提出要“科学确定生态流量”，在黄河、淮河等流域进行试点，分期分批确定生态流量(水位)，作为流域水量调度的重要参考。目前形成了阶段性成果，提出了淮河干流、颍河、涡河、新汴河、浍河等河流的生态流量，并制定了调度指导意见。各河流控制断面生态流量见表及保证程度见表2。
Table 2. Statistical table of ecological flow and assurance degree of representative sections of relevant rivers (Unit: m3/s)
表2. 相关河流代表断面生态流量及保证程度统计表(单位：m3/s)
从表2中可以看出，涡河、浍河、新汴河的现状生态基流保证程度均不高，涡河的保证程度明显低于颍河。建立三者之间的水系连通通道，有利于实现河流间的丰枯互济。
2.3. 研究数据
颍河界首站、涡河蒙城闸站、包浍河固镇站、新汴河宿县闸站等流量站具有的实测流量系列见表3。本文选取各代表站均有实测流量的年份，即1960~1969年、1971~1973年、1996~2001年、2003~2015年共计32年实测流量进行分析计算。
Table 3. Statistical table of measured flow series of representative stations of relevant rivers
表3. 相关河流代表站实测流量系列统计表
3. 研究方法
本研究分析计算流程见图3。具体分析计算方法描述如下：当涡河蒙城闸站日均流量小于其生态流量时，判断颍河界首站日均流量在满足本身生态流量的前提下是否能够通过新河调水满足涡河的生态流量补给；当包浍河固镇闸站日均流量小于其生态流量时，判断颍河界首站和涡河蒙城站日均流量在满足本身生态流量的前提下是否能够通过新河调水满足包浍河的生态流量补给；当新汴河宿县闸站日均流量小于其生态流量时，判断颍河界首站、涡河蒙城站和包浍河固镇闸站在满足本身生态流量的前提下是否能够通过新河调水满足新汴河生态流量的补给，对比调度前和调度后涡河、包浍河和新汴河系列年不满足生态流量的天数，分析新河对此三条河流生态流量的改善效果。
Figure 3. Schematic diagram of ecological flow scheduling calculation method
图3. 生态流量调度计算方法示意图
4. 研究结果
根据淮河流域气象开放研究基金项目采用标准化降水蒸散指数对1961~2015年淮北平原干旱情况研究成果，1966年为年度重旱，是淮北地区年尺度上最干旱的一年，2009~2015年呈现多年持续干旱的特征。从季节尺度上看，淮北地区发生过2次春季重旱(1981年和2001年)和1次春季特旱(2001年)、1次秋季重旱(2001年)和1次秋季特旱(1998年)、2次冬季重旱(1977年和1999年)。1966年、1998~1999年、2001年、1999~2015年淮北水系连通工程生态流量调度前后相关河道不满足生态流量天数对比成果见图4~图6和表4。由图、表可知，通过淮北水系连通工程的生态流量调度，蒙城闸、固镇闸、宿县闸不满足生态流量的总天数分别由5379、4740和7024天减少至2033、1493和1463天。蒙城闸、固镇闸、宿县闸生态流量的平均保证程度由52.5%、58.1%、37.9%分别提升至82%、86.8%、87.1%。因此，通过淮北水系连通工程生态流量调度，涡河、包浍河和新汴河生态流量保证率显著提高。水系连通工程对维护河流的生态健康、改善河流水生态环境具有十分重要的作用。
Table 4. Statistical table of days of Wo River, Baohui River and Xinbian River fail to meet the ecological flow before and after the ecological flow regulation of Jiesuxin River
表4. 界宿新河生态流量调度前后涡河、包浍河和新汴河不满足生态流量天数统计表
Figure 4. Comparison chart of days of Wo River not meeting ecological flow
图4. 涡河不满足生态流量天数对比图
Figure 5. Comparison chart of days of Baohui River not meeting ecological flow
图5. 包浍河不满足生态流量天数对比图
Figure 6. Comparison chart of days of Xinbian River not meeting ecological flow
图6. 新汴河不满足生态流量天数对比图
5. 结论
本文以安徽省淮北平原水系连通工程为例，分析了跨市县尺度的水系连通工程对水生态环境的改善效果。基于研究区长系列实测流量资料和工程调度规则进行分析计算，统计实施水系连通工程前后典型断面的生态流量保证情况，结果表明，通过淮北水系连通工程的生态流量调度，蒙城闸、固镇闸、宿县闸不满足生态流量的总天数分别由5379、4740和7024天减少至2033、1493和1463天。蒙城闸、固镇闸、宿县闸生态流量的平均保证程度由52.5%、58.1%、37.9%分别提升至82%、86.8%、87.1%。因此，水系连通工程对于生态基流保证程度的提高效果较为显著，其对于维护河湖生态健康，改善水生态环境效果显著。