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user: 4. 实例研究 4.1. 研究区概况 沙颍河是淮河的最大支流，位于北纬32˚31'~34˚59'、东经111˚56'~116˚31'之间，北临黄河，西毗黄河支流伊洛河和汉江支流唐白河，南与洪汝河、东与涡河相邻，流域面积34，480 km 2 ，跨河南和安徽两省，见图3。 图3. 沙颍河流域及水系示意图 沙颍河流域位于南北气候过渡带，冷暖气流交汇频繁，降雨年内分配不均，夏秋多、冬春少，洪涝干旱灾害易发生，并且呈现南部大、北部小、山区大、平原小的地域分布特征。过去，沙颍河流域河流闸坝密集，改变了河流天然水文情势，造成河流天然基流匮乏，流域水环境水生态破坏严重 [ 21 ]。通过收集文献资料和实地调研，了解目前沙颍河流域主要干支流生态环境问题，如表1所示。 Table 1 Ecological status of main trunk and tributaries in Shaying River basi 序号 河流 河流主要生态问题 1 沙颍河 纵向连通性差，生态流量满足率较低，TP污染严重，浮游生物、底栖动物多样性差；周口段河岸硬质化，生境类型单一 2 沙河 浮游生物多样性差；漯河段栖息地有一定程度的破坏 3 北汝河 上游水质较好，下游河道内流量不足，造成生物多样性不足，河道沿岸景观效果较差 4 颍河 水资源匮乏、生态流量满足率低，断流频率 > 40%；许昌段COD和TP超标严重 5 汾泉河 河道内水量不足，现状水质较差，浮游动物多样性相对较低 6 黑茨河 周口段上游段COD、氨氮和TP等均严重超标；周口段中下游段浮游植物、浮游动物等生物多样性低 7 贾鲁河 水质较差，栖息地破坏、生物多样性差，开封段河岸带受到侵蚀 8 清潩河 闸坝分布广泛，水动力不足，生境单一，浮游动物、底栖动物生物多样性差 表1. 沙颍河流域部分主要干支流生态状况表 基于沙颍河流域的现状调查和分析，综合考虑河流生态恢复的历程与生态环境保护发展的要求、沙颍河流域总体特点以及河流间水量、水质、水生态的差异，沙颍河流域河流/河段可划分为三大类型：基流匮乏型、生态脆弱型、近自然型，如表2。 Table 2 Classification of main rivers in Shaying River basi 类型 河段/河流 起始断面 终止断面 总长(km) 基流匮乏型 北汝河下游 郏县石桥乡吕寨村北公路桥 襄城县入沙河口 70.3 颍河中下游 禹州市后屯 沈丘县槐店闸下 216.8 汾泉河 漯河市翟庄 沈丘县李坟闸 136.8 生态脆弱型 黑茨河 太康县逊母口镇老达庙河源 郸城县候楼闸 90 黑泥河 漯河市区 沈丘县李坟闸 113.4 贾鲁河 新密市圣水峪 周口市贾鲁河闸入颍河口 233.9 澧河 孤石滩水库(坝上) 漯河市橡胶坝 163 清潩河 新郑市辛店 西华县入颍河 106 沙河中下游 白龟山水库大坝 周口市周口闸 219 颍河上游 登封市大金店镇 禹州市后屯 66.9 近自然型 北汝河中上游 汝阳县竹园乡八里滩公路桥 郏县石桥乡吕寨村北公路桥 95.2 沙河上游 鲁山县昭平台水库大坝 白龟山水库大坝 66 表2. 沙颍河流域主要河流分类 4.2. 沙颍河生态流量适应性管理目标 适应性管理是解决和应对不确定性的管理方式，为能够有效的通过生态流量管理来实现流域内具有不同水生态环境特征的河流健康可持续发展，需要结合河流水生态改善需求，分类明确生态保护目标，分期估算不同类型河流的生态流量目标值，以期实现流域水生态环境整体逐步改善，见表3。 Table 3 Adaptive management objectives of ecological flow in Shaying River basi 类型 生态保护目标 生态流量调控目标计算 基流匮乏型 保障生态基流，维持河流生态系统健康。重点关注河流沿河取水口生态环境用水被挤占的问题，特别是在枯水期。 1、7~11月份采用最小生态径流频率法计算，3~6月份采用月保证率法计算，2月、12月份采用10%多年平均径流计算结果。 生态脆弱型 保障适宜水生生物生存的水位和流量，为生物提供良好的生存环境。重点关注入河排污口的污染物入河量超出河道的水环境纳污能力问题。在汛前期，发生小洪水时，当闸门无序开启，会出现污水集中下泄的情况。 分别采取段首+段尾控制法、月保证率法及10%多年径流法计算所需生态流量，选取结果较大值作为所需生态流量。 近自然型 保障的目标是扩大流域内水生生物栖息地空间，提高水生生物多样性，延拓食物链结构。研究流域内河流水生生物繁殖等对河流生态流量的需求过程。 确定河段保护目标种群以及产卵繁殖期所需的流速和水深，开展河道栖息地模拟，以达到最大栖息地面积确定丰水期6月~8月、平水期4月~5月、枯水期3月所需生态流量，9~12月采用最小生态径流逐月频率法计算；1月~2月采用10%多年平均径流计算。 表3. 沙颍河流域生态流量适应性管理目标 生态流量管理受到多种不确定因素的制约，生态流量适应性管理的主要目的是根据未来变化的不确定性，调整生态流量及其保障措施，因此为实现沙颍河生态流量适应性管理的目标，必须深入认识沙颍河流域水量、水质、水生态和水资源供需的不确定性特征。 1) 沙颍河流量的不确定性。平顶山和周口市集中了沙颍河流域内一半以上的地表水和地下水资源，沙河与北汝河提供了流域内1/3的河库取水量，而颍河流域水资源极度匮乏，气候变化带来的降雨量变化使得入河水量具有不确定性，枯水期断流现象明显，影响生态用水保证率。 2) 沙颍河水质不确定性。沙颍河流域存在水质分化严重且流域水资源开发利用差异化明显等问题，北汝河、沙河、澧河的水质大部分能达到地表水III类水，而贾鲁河、黑茨河等中小型河道受沿途郑州、许昌、漯河等地市工业废水排放的影响，河流污染较为严重。 3) 沙颍河水生态系统恢复的不确定性和难以预知性。沙颍河流域内水生态现状差异显著，流域内不同河流水文条件差异较大，从而对水生生物分布产生了一定程度的影响。水量和流速较多样的沙河、贾鲁河的浮游生物种类较多，而颍河水系水资源匮乏，修建的闸坝众多，颍河干流几乎无流动现象，其支流的截留情况也十分严重，水生生物相对也较少。同时，流域内河流水质不同，其水生生物种类差别也较大。水质较好的北汝河和沙河的底栖动物类型多以清洁种蜉蝣和纹石蚕为主；而黑茨河和贾鲁河因水质较差，其底栖动物种类多为摇蚊幼虫、水丝蚓等耐污种，采取生态流量调度方案后需要通过系统性的监测来认知生态系统与水文过程的响应关系。 4) 沙颍河流域经济社会和生态用水矛盾的不确定性。沙颍河流域包含大型水库5座，对流域内10个城市用水户——郑州、开封、许昌、洛阳、汝州、平顶山、南阳、漯河、驻马店与周口的灌溉、工业及城镇生活供水等方面起到重要作用。经济社会的快速发展和人们生活水平的提高，使得社会经济用水和生态用水需求矛盾凸显，需要结合实际情况适当调整地表水资源的分配方案。 4.3. 沙颍河生态流量适应性管理方案及其效果评价 明确沙颍河生态保护需求以及管理中的不确定因素之后，为实现生态保护目标制定生态流量保障方案，根据调度权限统筹协调生态流量适应性管理工作，制定沙颍河生态流量适应性管理方案，并根据监测结果开展效果评价。 以上游重要控制断面周口断面为例，在保障生活用水的同时，也要尽量满足周口断面生态流量，保障河流生态系统健康安全。参与生态调度的水源工程选择对兴利效益影响较小的工程，优先考虑蓄水量大、水环境质量好的大型水库工程。综合考虑库容和调水线路，沙颍河周口断面以上主要水源工程有昭平台水库、白龟山水库、孤石滩水库、白沙水库、燕山水库，重要控制闸坝有大陈闸、马湾拦河闸、漯河闸和周口闸。 生态流量的库–闸调度方案如表4所示，当断面流量等于或小于该月生态流量目标时，开启距离周口断面最近的周口闸泄水，使得周口断面流量达到生态流量保护目标。当周口闸的可调水量不能满足调水需求，考虑由周口闸和沙河漯河节制闸开展生态调度，若仍不能满足调水需求时，则要考虑利用第三级水源工程进行调度，依次递推。当河道蓄水工程蓄水量和调度水库蓄水量无法满足设计目标时，依距离远近依次调度上游大型水库进行水量下泄。 Table 4 Application sequence and priority of Shaying river ecological regulation water source projec 级别 具体方案 第一级 周口闸–目标断面 第二级 沙河闸–周口闸–目标断面 第三级 白沙水库–周口闸–目标断面 第四级 马湾拦河闸–沙河闸–周口闸–目标断面 第五级 孤石滩水库–沙河闸–周口闸–目标断面 燕山水库–沙河闸–周口闸–目标断面 第六级 白龟山水库–马湾拦河闸–沙河闸–周口闸–目标断面 大陈闸–马湾拦河闸–沙河闸–周口闸–目标断面 第七级 昭平台水库–白龟山水库–马湾拦河闸–沙河闸–周口闸–目标断面 玉马水库–大陈闸–马湾拦河闸–沙河闸–周口闸–目标断面 (前坪水库)–大陈闸–马湾拦河闸–沙河闸–周口闸–目标断面* 表4. 沙颍河生态调度水源工程运用先后顺序及优先级别 *注：生态调度线路还包括不同线路的组合，以低级别线路确定组合线路的级别。 管理过程中实时监测重点控制断面的流量和水生生物数据，初步建立起生态流量与水生生物种群、栖息地保护目标之间的响应关系。考虑到降雨等气象因素的不确定性，在监测过程中发现生态流量不达标时采取应急调度，保障重点河段的生态基流。 2018年1月至2018年底，在常规调度的同时，通过生态监测效果发现河道内生态流量尚不能为水生生物提供较适宜的生存和繁殖环境，在重点保障河段生态基流的前提下，管理部门各成员单位积极配合，根据监测数据调整下泄流量，适应性调整原有调度方案，适应性调度的具体时间段、放水流量如表5所示。2018年度通过白龟山水库共计放水6次满足生态流量管理目标，随着适应性管理实践的不断深入，管理部门结合监测数据进一步学习生态系统与流量之间的响应关系，使得生态补水量和补水效果为水生生物提高良好的生存空间。 Table 5 Adaptive regulation of ecological water supplement in Shaying River basin in 201 放水次数 起始时间 结束时间 放水流量(m 3 /s) 备注 1 1月29日16时 2月4日12时 41.4 生态补水过程中燕山水库根据来水科学调度，在按照水库设计生态流量5 m 3 /s，根据来水情况控制发电机组开启量，保证均匀放水，拉长放水时间，保证下游河道生态用水需求 2 2月8日16时 3月5日15时 17.7 3 3月30日10时 4月6日10时 11.6 4 4月26日11时 5月25日11时 29 5月25日11时 6月21日18时 45.4 6月21日18时 6月27日10时 97 5 7月2日17时 7月6日8时 52 6 9月25日18:30 - 16.6 表5. 2018年沙颍河流域生态补水适应性调度 2019年1月至2019年11月底，通过监测发现吴家渡断面实测流量长期不满足生态流量目标，分析其原因主要是受断面以上降雨量偏少且蚌埠闸承担了周围城市抗旱供水任务的影响。河南省水利厅、安徽省水利厅、河南省沙颍河流域管理局及蚌埠闸工程管理处高度重视，及时组织调度保障控制断面生态流量，蚌埠闸工程管理处于6月1日、7月10日~9月8日、9月8日~11月30日进行生态补水，及时应对了气候变化的不确定性。 此外，对监测资料整合分析后了解到周口断面有21天流量为0，并且不达标天数全部发生在汛期，分析原因主要是今年沙颍河流量汛期降水较少，流域旱情较为严重。为了维持河流水生态环境健康，保证断面生态流量，河南省沙颍河流域管理局及时预警并上报河南省水利厅，周口水利局积极配合协调，根据调度职责和流程开展了三次(2019年6月1日、7月9日和9月17日)协调调度工作：6月1日通过贾鲁河后槽开闸放水，7月9日燕山水库放水，9月17日贾鲁河开闸放水对周口断面生态流量进行补充，同时漯河节制闸开闸放水，补充漯周区间沙河水量。至9月20日，沙颍河周口断面生态流量恢复。沙颍河流域管理局通过监测及时掌握了流域生态流量问题并适应了当地气候条件对河流生态流量的影响，通过适应性管理进行科学调度，有效缓解了今年较为严峻的河道水情形势，使下游生态流量得到了有效保障。 采用现状资料与历史资料相对比的方法对适应性管理前后流域的生态状况进行分析与评估，结果显示流域整体的水生态状况有较大程度的改善。具体体现为对水环境要求较高的滤食者淡水壳菜(湖沼股蛤)等生物变得较为常见，寡毛类和水生昆虫占比增加以及河蚬和方格短沟蜷种群均有增长，说明流域生态系统不断向好。后续可将高流量指示种作为重要指示种予以重点关注，密切关注种群动态变化，可以较快地初步识别生态流量调度方案的实施效果。综上可知，沙颍河流域生态流量适应性管理工作取得成效。