斗門水庫向城市湖泊生態(tài)補(bǔ)水量分析

張（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院陜西西安710001）

斗門水庫向城市湖泊生態(tài)補(bǔ)水量分析

本文基于城市湖泊的功能，通過水量平衡法、最小生態(tài)水位法對西安市西北部3個(gè)城市湖泊的生態(tài)需水量進(jìn)行了計(jì)算，最終確定斗門水庫應(yīng)向西安市西北部3個(gè)城市湖泊補(bǔ)水1536.14萬m3。

城市湖泊；生態(tài)需水量；生態(tài)補(bǔ)水

隨著城市發(fā)展，水資源供需矛盾日益突出，如何在新形勢下合理利用和配置水資源，實(shí)現(xiàn)水生態(tài)文明目標(biāo)，是亟待解決的問題。目前，西安市正在進(jìn)行積極構(gòu)建“5引水、7濕地、10河系、28湖池”的水系網(wǎng)絡(luò)，保證河湖生態(tài)用水量是實(shí)現(xiàn)大西安生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)的基本保證。

1　工程概況

陜西省斗門水庫工程位于西安市西郊灃河右岸原昆明池遺址，是引漢濟(jì)渭輸配水工程的調(diào)蓄水庫，是一座調(diào)蓄引漢濟(jì)渭工程的水量，以供水、防洪為主，兼顧改善生態(tài)環(huán)境的水資源綜合利用平原水庫，其主要功能是調(diào)蓄引漢濟(jì)渭工程南干線水量，承擔(dān)向?yàn)枛|、灃西新城供水的任務(wù)，還兼顧著調(diào)蓄灃河洪水和雨、洪資源，改善西安市生態(tài)環(huán)境并向西北部水系湖泊生態(tài)補(bǔ)水的功能。

表1　需補(bǔ)水的三座湖池蒸發(fā)增損量及滲漏損失量計(jì)算表

表2　湖泊補(bǔ)水制度

表3　最小水位法計(jì)算各湖泊生態(tài)需水量結(jié)果一覽表

斗門水庫建成后，將向西安市西北部3座湖泊（即高新湖、漢城湖、漢護(hù)城河湖）進(jìn)行自流補(bǔ)水，因此，確定斗門水庫向城市西北部3座湖泊的生態(tài)補(bǔ)水量，即確定西北部3座城市湖泊的生態(tài)需水量顯得尤為重要。

湖泊最小生態(tài)需水量是指特定時(shí)段內(nèi)為保證湖泊生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定、確保湖泊生物多樣性及湖泊環(huán)境和生態(tài)功能的正常發(fā)揮所必需的最小水量［1］。城市湖泊生態(tài)需水量是指維持城市湖泊正常生態(tài)環(huán)境功能所需的水量。

2　斗門水庫生態(tài)補(bǔ)水量計(jì)算

目前計(jì)算湖泊生態(tài)需水量的方法主要有湖泊水量平衡法、最小水位法、功能法等。其中，湖泊水量平衡法適用于人為干擾較小的閉流湖或水量充沛的吞吐湖的保護(hù)和管理，也適用于人工控制的城市人工湖泊［2］。最小水位法適用于人為干擾嚴(yán)重的自然湖泊，或是存在季節(jié)性缺水和水質(zhì)性缺水問題的湖泊。功能法適用于受損嚴(yán)重的湖泊。

需要斗門水庫生態(tài)補(bǔ)水的湖泊主要是高新湖、漢城湖、漢護(hù)城河湖，均屬于城市湖泊，其生態(tài)功能主要為文化娛樂型，包括美化環(huán)境、調(diào)節(jié)氣候、休閑娛樂等。此種城市湖泊生態(tài)需水量的確定應(yīng)以維護(hù)其服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)湖泊生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)［3］。因此在確定高新湖、漢城湖、漢護(hù)城河湖等城市湖泊生態(tài)需水量時(shí)應(yīng)首先滿足湖泊自身存在的需水量，水面蒸發(fā)散發(fā)量、湖泊滲漏需水量，湖泊凈化需水量，還應(yīng)滿足景觀和娛樂需水量，此外，還應(yīng)體現(xiàn)動(dòng)態(tài)性原則，即考慮到湖泊蒸發(fā)水量的季節(jié)性變化，以及考慮到降雨量豐枯、湖泊水深的變化，確定不同季節(jié)的湖泊生態(tài)需水量的動(dòng)態(tài)變化。

考慮到高新湖、漢城湖、漢護(hù)城河湖等城市湖泊的功能以及各種計(jì)算方法的適用性，本文主要采取水量平衡法、最小水位法計(jì)算湖泊生態(tài)需水量。

2.1水量平衡法

水量平衡法是在湖泊水量動(dòng)態(tài)平衡的基本原理上形成的，根據(jù)出入湖水量交換的基本平衡規(guī)律有：

式中：△W1——湖泊蓄水量的變化量，億m3；

P——湖面降水量，億m3；

Ri——入湖水量，億m3；

Rf——出湖水量，億m3；

E——蒸發(fā)量，億m3；

△Wg——地下水變化量，億m3。

對干旱地區(qū)湖泊而言，蒸發(fā)量大于降水量，在地下水維持動(dòng)態(tài)平衡的條件下，△Wg=0，湖泊生態(tài)需水主要是用于維持湖泊水量平衡而消耗于蒸發(fā)的水量［2］，其計(jì)算公式為：

式中：W1——水面蒸發(fā)量，億m3（可用于表示干旱地區(qū)湖泊的生態(tài)需水量）；

Ai——湖泊水面面積，m2；

Ei——水面蒸發(fā)能力，m3/m2；

P——降水量，m3/m2；

E——蒸發(fā)量，億m3；

△Wg——地下水變化量，億m3。

在西安地區(qū)，針對以上3個(gè)湖泊，除了考慮蒸發(fā)因素外，還應(yīng)考慮滲漏損失及湖泊循環(huán)更新水量（凈化水質(zhì)水量）。結(jié)合《“八水潤西安”規(guī)劃》對湖池水資源配置要求進(jìn)行考慮。

（1）蒸發(fā)增損量、滲漏損失水量

為了維持其生態(tài)及景觀功能，城市景觀水面常年維持一定的水面面積和水位，可認(rèn)為湖池的蓄水量在一年中各月基本不變。蒸發(fā)增損量采用長安氣象站實(shí)測水面蒸發(fā)資料，將水面蒸發(fā)量換算為蒸發(fā)損失量。滲漏損失系數(shù)r根據(jù)地質(zhì)條件確定，斗門水庫地質(zhì)條件為粉砂、粘土等類型，取0.01。高新湖、漢城湖、漢護(hù)城河湖3個(gè)湖池的蒸發(fā)增損量、滲漏損失量計(jì)算詳見下表1。

由上表可見，3個(gè)湖池的蒸發(fā)增損量、滲漏損失量為109.49萬m3。

（2）循環(huán)更新水量

根據(jù)現(xiàn)狀湖泊調(diào)查，現(xiàn)有的漢城湖主要是通過灃惠渠補(bǔ)水，補(bǔ)水量和補(bǔ)水頻次較為機(jī)動(dòng)，根據(jù)2014年10月、2015年3月對漢城湖水源灃惠渠三干渡槽取水口的水質(zhì)監(jiān)測，總氮監(jiān)測值為6.12mg/L和4.86mg/L，超出《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)中總氮1.5mg/L的限值，現(xiàn)狀補(bǔ)水水源的灃惠渠水質(zhì)不能達(dá)標(biāo)，無法保證漢城湖湖泊水體水質(zhì)。

根據(jù)《“八水潤西安”規(guī)劃》［4］中確定的湖泊換水制度，補(bǔ)水頻次較為頻繁，補(bǔ)水量較大，規(guī)定的補(bǔ)水頻次和補(bǔ)水量均大于現(xiàn)狀湖泊的補(bǔ)水制度。故采用《“八水潤西安”規(guī)劃》中規(guī)定的3個(gè)湖泊的換水制度計(jì)算湖泊的循環(huán)更新水量，3個(gè)湖泊的循環(huán)更新水量為1287萬m3（詳見下表2）。

（3）總需水量

各湖池的逐月生態(tài)需水量應(yīng)為各月的蒸發(fā)增損量、滲漏損失量和循環(huán)更新?lián)Q水量之和，為1396.49萬m3/年，計(jì)入輸水損失10%，斗門水庫外湖每年向西北3個(gè)湖泊生態(tài)補(bǔ)水1536.14萬m3。

2.2最小水位法

最小水位法是指綜合維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)各組成分和滿足湖泊主要生態(tài)環(huán)境功能的最小水位最大值與水面面積，來確定湖泊生態(tài)環(huán)境需水量。

式中，Wmin——湖泊最小生態(tài)環(huán)境需水量；

Hmin——維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)各組成分和滿足湖泊主要生態(tài)環(huán)境功能的最小水位最大值；

S——水面面積。

在進(jìn)行Hmin的確定時(shí)，對于已建的湖泊可以采用調(diào)查法，調(diào)查歷年湖泊運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值作為其維護(hù)湖泊生態(tài)環(huán)境功能的最小水位最大值。除此以外，還可根據(jù)其湖泊功能，對于具有景觀娛樂功能的城市湖泊可根據(jù)主要娛樂項(xiàng)目確定水深的方法來計(jì)算景觀娛樂需水量：湖泊景觀娛樂項(xiàng)目主要包括劃船、游泳、垂釣等，當(dāng)水深h＞0.7m時(shí)可以用于劃船，當(dāng)水深h為1.0～2.0時(shí)可以滿足游泳要求，當(dāng)水深h＞2.0m時(shí)可以行駛機(jī)械船等［5］。

采用最小水位法計(jì)算各湖泊的生態(tài)需水量見下表3。

由上表可以看出，采用最小水位法計(jì)算各湖泊生態(tài)需水量為398萬m3，計(jì)入輸水損失10%，斗門水庫外湖每年向西北3個(gè)湖泊生態(tài)補(bǔ)水437.8萬m3。

3　結(jié)語

斗門水庫建成后，其外湖的主要任務(wù)是防洪和生態(tài)補(bǔ)水，其主要水源為灃河洪水、城市雨洪，外湖多年平均取水量1934 萬m3。綜合分析以上用于計(jì)算斗門水庫向城市湖泊生態(tài)補(bǔ)水量的方法，采用水量平衡法計(jì)算得出的湖泊生態(tài)補(bǔ)水量為1536.14萬m3，大于最小水位法的計(jì)算結(jié)果437.8萬m3，對以上計(jì)算過程和結(jié)果進(jìn)行分析，針對于本工程而言，需要確定生態(tài)需水量的高新湖屬于未建湖泊，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)水體水質(zhì)情況會(huì)比較復(fù)雜，其維持湖泊生態(tài)功能的最小水位也難以精確確定；而水量平衡法綜合考慮了湖泊的蒸發(fā)、滲漏、循環(huán)更新等因素，得出的結(jié)果較為可信。

采用水量平衡法的計(jì)算結(jié)果，斗門水庫向城市西北部湖泊生態(tài)補(bǔ)水量為1536.14萬m3后，工程還可充蓄防洪庫容398萬m3，可以兼顧水庫的防洪和生態(tài)補(bǔ)水功能，因此可以認(rèn)為，采用水量平衡法計(jì)算得出的生態(tài)補(bǔ)水量較為可行。陜西水利

［1］崔保山，趙翔，楊志峰；基于生態(tài)水文學(xué)原理的湖泊最小生態(tài)需水量計(jì)算［J］；生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25（7）：1788-1795.

［2］李鴻，龍平沅，王軍根；不同類型生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算方法的探討；紅水河，2005年第4期，第24卷第4期，100～103.

［3］馮翠紅，劉海學(xué)，余建民；基于生態(tài)服務(wù)功能的城市湖泊生態(tài)系統(tǒng)需水量分析；水土保持研究，2007年6月，第14卷第3期，161～163.

［4］《“八水潤西安”規(guī)劃》，西安市水務(wù)局，西安市水利規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)院，西安理工大學(xué)，西安市水資源利用技術(shù)服務(wù)中心，西安市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，2012.12.8.

［5］王俊，孫秀玲，曹升樂等；東平湖老湖區(qū)生態(tài)環(huán)境需水量研究；人民黃河，2014年11月，第36卷第11期，77～80.

（責(zé)任編輯：暢妮）

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